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Índice

Introdução...........................................................................3

O potencial do hidrogénio....................................................5Produção e fontes de hidrogénio............................................................................6

Alternativas para o transporte e distribuição.........................................................8

Células de combustível.......................................................11Processo electroquímico na célula de combustível..............................................12

Pilha de combustível............................................................................................14

Reformadores de combustível..............................................................................14

Células de combustível existentes.......................................................................15

Conclusão..........................................................................20

Ligações úteis....................................................................22

Bibliografia.........................................................................................23

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Introdução

Entre o final dos anos 90 e 2020 prevê-se que o consumo mundial de

energia cresça quase 60 porcento devido ao aumento populacional, à

urbanização contínua e à expansão económica e industrial. O

consumo de energia eléctrica será ainda mais acentuado, atingindo

praticamente os 70 porcento. A maior parte desta energia adicional

deverá provir dos combustíveis fósseis, agravando as já actualmente

nefastas consequências para o ambiente e saúde pública.

O Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas (IPCC), um

organismo internacional que congrega aproximadamente 2000

cientistas e economistas de todo o mundo, concluiu que as emissões

de dióxido de carbono (CO2) deverão ser reduzidas em pelo menos 70

porcento durante os próximos 100 anos para que a concentração

atmosférica de CO2 se estabilize nas 450 partes por milhão – ainda

assim uma concentração 60 porcento superior ao nível pré-industrial.

Há vários indícios de que os actuais níveis de CO2 são excessivos:

verificou-se um decréscimo de 10 porcento na cobertura de neve

desde 1960; uma regressão significativa dos glaciares nas regiões

não-polares durante o século passado; uma redução de cerca de 40

porcento nas calotes polares do Ártico entre o final do Verão e o início

do Outono; e, entre outros, um aumento de 0,6 ºC da temperatura

média do planeta ao longo do século XX, tendo a década de 90 e o

ano de 1998 os mais quentes desde que há registos (ou seja, desde

1861). Durante o século XX, o nível médio dos oceanos subiu entre

0,1 e 0,2 metros, enquanto fenómenos extremos como o “El Niño

Southern Oscillation” se tornaram mais frequentes e intensos. O IPCC

considera mesmo que “há indícios novos e fortes de que a maior

parte do aquecimento verificado nos últimos 50 anos se deve às

actividades humanas”, e estima que, pelo ano 2100, a temperatura

média do planeta poderá ser 1,4 a 5,8 ºC superior à actual e o nível

médio dos oceanos situar-se entre 9 e 88 centímetros acima.

Visto que mais de 80 porcento das emissões humanas de CO2 se

devem à queima de combustíveis fósseis, reduzir os seus níveis só

será possível através de um aumento significativo da eficiência

3

energética e de uma transição para energias renováveis,

particularmente no sector dos transportes. Este já representa, na

Europa, cerca de 20 porcento das emissões totais de gases com

efeito de estufa (GEE).

4

Mas também há boas notícias. Estima-se que as novas renováveis

(que excluem a grande hídrica e a biomassa tradicional) já forneçam

à rede, globalmente, mais de 100 000 megawatt (MW) de

electricidade, sobretudo devido ao crescimento verificado nas

energias eólica e solar. Contudo, os combustíveis fósseis ainda são a

fonte de 77 porcento da energia consumida mundialmente, tendo em

1999 sido produzidos qualquer coisa como 3,5 mil milhões de barris

de crude.

Portugal possui um grande potencial para as energias renováveis, de

tal forma que um painel solar instalado no nosso país pode ser até

duas vezes mais eficiente do que se for colocado na Alemanha. Ainda

assim, a potência total instalada é bastante reduzida. No sentido de

inverter este cenário e de promover a eficiência energética o Governo

adoptou, em 2001, o Programa E4 (Eficiência Energética e Energias

Endógenas), que, a prazo, se poderá afigurar determinante para a

competitividade da indústria portuguesa num quadro europeu

alargado.

Particularmente interessante e digno de estudo é o caso da

Alemanha. A coligação SPD/Verdes conseguiu transformar o país num

líder na produção de renováveis, quando, no início dos anos 90, a sua

produção era praticamente nula. Também a Dinamarca e o Reino

Unido têm apostado de forma determinada neste sector, sobretudo

na eólica, com resultados francamente positivos.

O avanço tecnológico tem permitido um aumento significativo da

eficiência neste campo: no espaço de 15 anos, a energia eólica

passou a ser competitiva relativamente às energias convencionais

(mesmo ignorando as externalidades negativas a que estas últimas

estão associadas). A potência média de uma turbina aumentou de

100-200 quilowatt (kW) para mais de 900 kW hoje em dia, sendo

fabricadas, para uso em alto mar, turbinas com uma potências entre

os 2000 e 5000 kW.

Há um problema relativamente às energias renováveis que tem de

ser ultrapassado: como podem ser armazenadas para utilização

5

posterior, dependendo das necessidades? Já foi sugerida uma possível

resposta: chama-se hidrogénio.

6

O potencial do hidrogénio

Júlio Verne, no seu livro “A Ilha Misteriosa”, publicado em 1874,

afirma a certa altura através de um engenheiro: “Sim, meus amigos,

eu acredito que a água virá um dia a ser usada como combustível e

que o hidrogénio e o oxigénio que a constituem, usados isoladamente

ou em conjunto, fornecerão uma fonte inesgotável de calor e de luz

com uma intensidade de que o carvão não é capaz... A água será o

carvão do futuro.”

Esta afirmação impressionante, verdadeiramente visionária, arrisca-

se a ser verdadeira um século e um quarto depois de ter sido

publicada.

Se observarmos a evolução das principais fontes de energia

apercebemo-nos de que a razão hidrogénio-carbono aumentado

sucessivamente (Figura 1 e ). A transição fez-se de combustíveis ricos

em carbono (e, logo, geradores de grandes quantidades de CO2

quando queimados) e com reduzida densidade energética, para

combustíveis proporcional e sucessivamente mais ricos em

hidrogénio e energéticos (e, portanto, mais amigos do ambiente). A

este fenómeno podemos chamar “descarbonização”.

Simultaneamente, é evidente também uma transição de combustíveis

sólidos (lenha, carvão) para líquidos (petróleo) e, segundo uma

aposta mais recente e em expansão, para gases (gás natural). O

hidrogénio oferece o potencial de se tornar numa energia limpa,

permitindo às nações reduzirem significativamente as suas emissões

de GEE. No entanto, isto depende da fonte de produção de

hidrogénio.

7

Figura 1 – Transição dos sistemas energéticos globais.

O hidrogénio é o elemento mais abundante do Universo (mais de 90

porcento do que é observável) e o mais simples. Cada átomo é

composto, apenas, por um protão e por um electrão.

A primeira utilização significativa do hidrogénio enquanto combustível

remonta a 1950, em aplicações espaciais, através de uma célula de

8

Figura 2 – Razão hidrogénio-carbono

para

vários combustíveis.

combustível que combinava este elemento com oxigénio para formar

água e produzir electricidade – sistema ainda hoje utilizado pelo

programa espacial norte-americano. Em 1970, a General Motors

definiu o conceito de “economia do hidrogénio”, por oposição à

economia dos combustíveis fósseis em que vivemos actualmente. O

interesse científico pelo hidrogénio cresceu consideravelmente em

1973, com a primeira crise petrolífera. Contudo, após a segunda crise

energética mundial os preços do petróleo começaram a descer para

níveis históricos. O interesse pelo hidrogénio decresceu mas

felizmente a investigação prosseguiu, desenvolvendo-se como

resultado vários tipos de células de combustível.

Produção e fontes de hidrogénio

São produzidos cerca de 400 mil milhões de metros cúbicos (m3) de

hidrogénio anualmente, o que equivale a cerca de 10 porcento da

produção de petróleo de 1999. A maior parte deste hidrogénio é

obtido a partir da reforma de gás natural por vapor em refinarias e é

consumida localmente para a produção de fertilizantes à base de

amónia, resinas, plásticos e solventes, entre outros (ver Figura 3). Só

5 porcento do hidrogénio é efectivamente comercializado e

transportado sob a forma líquida ou gasosa para outros pontos.

Figura 3 – Sistema energético à base de hidrogénio.

Metade da produção de hidrogénio é obtida a partir do aquecimento

de metano (CH4) num reactor catalítico, o que liberta os átomos de

hidrogénio. É adicionado ao sistema vapor, que facilita a libertação de

mais hidrogénio, produzindo-se CO2 como subproduto.

9

Também o carvão pode ser reformado para produzir hidrogénio

através da sua gaseificação, mas este processo só pode competir

com o do metano quando o gás natural é muito dispendioso. Para

além disso, isso obrigaria a que o grosso do carbono libertado fosse

sequestrado (partindo do princípio de que se querem reduzir os níveis

de CO2 na atmosfera), o que, sendo possível, é também

extremamente oneroso.

O hidrogénio pode ainda ser extraído do petróleo, gasolina e metanol

através da sua oxidação parcial. Como este processo gera maiores

emissões de CO2 do que o derivado do gás natural mas é preferido

pelas petrolíferas, estas estão a investir em novas tecnologias para

sequestro e armazenamento do poluente.

Um método promissor é o da electrólise, que consiste na utilização de

electricidade para dissociar a água nos seus elementos constituintes.

Este processo é custo-efectivo para pequenas quantidades, mas visto

que esta energia é 3 a 5 vezes mais cara que o petróleo bruto não é

ainda rentável para a grande escala. No futuro, este cenário poderá

mudar. Prevê-se que os custos associados à electrólise a partir de

energia fotovoltaica ou eólica sejam reduzidos a metade durante a

próxima década. Além disso, visto que com este método o hidrogénio

pode ser produzido onde é preciso e na quantidade necessária,

evitam-se os custos de transporte.

Um processo de produção de hidrogénio a partir de fontes renováveis

resultaria, portanto, num ciclo energético extremamente limpo

(Figura 4), ainda que por algum tempo com custos directos superiores

aos associados à reforma do gás natural.

10

Em certos casos pode ser

preferível transmitir directamente

para a rede a energia eléctrica

renovável, evitando o passo

intermédio de produção de

hidrogénio. A produção deste

elemento, contudo, pode ser

extremamente útil para a criação

de um reservatório de combustível

pronto a ser utilizado quando as

condições para a produção de

energia renovável não são

favoráveis.

Alternativas para o transporte

e distribuição

A utilização do hidrogénio em grande escala requer o seu

armazenamento e distribuição de uma forma económica, o que é um

obstáculo tendo em conta a reduzida densidade energética que

possui. Há um conjunto de soluções para obviar este problema:

armazenamento sob a forma de gás comprimido, hidrogénio

liquefeito, hidretos metálicos e sistemas baseados no carbono. A

escola da melhor opção depende de vários factores, como a aplicação

concreta a que se destina, a densidade energética exigida, as formas

de energia disponíveis e os custos de capital e de operação (ver

Tabela 1).

Método Uso

Subterrâneo Grandes quantidades a longo prazo

Líquido Grandes quantidades a longo prazo

Gás comprimido Pequenas quantidades a curto prazo

Hidretos metálicos Pequenas quantidades

Nanotubos de carbono Pequenas quantidades

Tabela 1 – Métodos de armazenamento de hidrogénio.

O método mais simples e barato de armazenamento do hidrogénio

em veículos é a compressão. A maior desvantagem é a baixa

11

Figura 4 – Ciclo de produção de

hidrogénio a partir de fontes

renováveis.

densidade alcançável, que é de apenas um décimo da que é obtida

com a gasolina (o que é em parte compensado pelo maior rendimento

das células de combustível relativamente aos motores de combustão

interna). Maiores densidades de armazenamento são possíveis mas

colocam problemas de segurança e fazem elevar consideravelmente

os custos.

Alternativamente, o hidrogénio pode ser liquefeito, o que exige o seu

arrefecimento e compressão para formar um líquido denso até se

atingirem os -250 ºC, temperatura à qual deve ficar armazenado. Os

custos desta operação são quatro a cinco vezes superiores aos

envolvidos na compressão, ainda que os associados ao transporte

sejam muito menores. Em acréscimo, durante o processo consome-se

energia equivalente a 30 porcento da originalmente contida no

hidrogénio.

Um método mais recente e promissor para o armazenamento

consiste na utilização de hidretos metálicos. Estes albergam o

hidrogénio de forma semelhante à absorção de água por uma

esponja. Durante um processo de arrefecimento, os átomos

posicionam-se nos interstícios da estrutura molecular do metal, à qual

ficam ligados quimicamente. Durante o aquecimento ocorre o inverso,

libertando-se o hidrogénio. As desvantagens dos hidretos metálicos

são o seu elevado peso, baixa densidade, a necessidade de fornecer

energia para libertação do hidrogénio e, comparativamente, o maior

custo. Para pequenos usos diários (automóveis, por exemplo) esta

solução poder-se-á revelar competitiva.

Os sistemas baseados no carbono são outra opção ainda nas fases

iniciais de desenvolvimento mas que eventualmente permitirão o

armazenamento de grandes quantidades de hidrogénio à

temperatura ambiente. Estão a ser explorados dois tipos principais:

nanotubos de carbono: compostos de poros de tamanho molecular;

e

nanofibras de grafite: pilhas de nanocristais que formam uma

parede de pequenos poros similares.

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O método mais comum hoje em dia para transportar hidrogénio

liquefeito consiste no uso de camiões-cisterna com dupla parede (ver

na Tabela 2 uma lista dos métodos mais comuns). O hidrogénio em

estado líquido pode ainda ser transportado em hidretos metálicos que

são carregados para um camião ou vagão de um comboio. Chegando

ao seu destino, os hidretos carregados poderiam ser trocados por

outros vazios, à semelhança do que acontece hoje com as botijas de

gás natural.

O gás comprimido pode ser transportado usando cilindros sob alta

pressão, tubos e gasodutos. Os dois primeiros casos requerem

compressão a altas pressões. O sistema mais eficiente é usar uma

rede de gasodutos subterrâneos – o que, contudo, exigirá um elevado

investimento inicial.

Método Uso

Gasoduto Grandes quantidades a longas distâncias

Líquido Grandes quantidades

Gás comprimido Pequenas quantidades a pequenas distâncias

Hidretos metálicos Pequenas quantidades

Tabela 2 – Métodos de transporte de hidrogénio.

13

Células de combustível

O primeiro cientista a dissociar a água nos seus elementos

constituintes foi também o primeiro a provar que o processo era

reversível. Em 1839, o físico britânico Sir William Grove demonstrou

que o hidrogénio e o oxigénio podiam ser electroquimicamente

combinados para produzir água e electricidade através de um

dispositivo denominado “célula de combustível”. A descoberta de

Grove ficaria um século sem aplicação prática.

As células de combustível, ainda numa fase inicial de

desenvolvimento, constituem uma abordagem inovadora para a

produção de electricidade relativamente aos métodos convencionais

actualmente aplicados. À semelhança das baterias, as células de

combustível também produzem corrente directa através de um

processo electroquímico sem que ocorra combustão (portanto, não

operam segundo o ciclo térmico de Carnot). Porém, enquanto uma

bateria produz energia a partir de uma fonte finita de combustível,

uma célula de combustível pode operar indefinidamente desde que

possua uma alimentação contínua.

Cada sistema de uma célula de combustível é normalmente

constituído por três subsistemas primários, conforme ilustra a Figura

5:

a pilha de combustível que gera a corrente;

o reformador que converte o combustível original em hidrogénio;

o conversor que processa a electricidade e a converte em corrente

alternada ou contínua.

14

Figura 5 – Esquema simplificado de um sistema de produção de electricidade

baseado em pilhas de combustível de membrana de troca protónica. DC: corrente

contínua; AC: corrente alternada.

Processo electroquímico na célula de combustível

A reacção electroquímica que ocorre numa célula de combustível

requer a adição contínua dos reagentes ao reactor, tipicamente

hidrogénio e oxigénio na forma gasosa (Figura 6).

Figura 6 – Esquema de uma célula de combustível de membrana de troca protónica.

O hidrogénio e o oxigénio são continuamente alimentados ao ânodo e

ao cátodo, respectivamente (Figura 7 e Figura 8). Visto que os dois

gases não se misturam directamente não se dá a sua combustão. Em

vez disso, o hidrogénio oxida-se molécula a molécula na presença de

15

um catalizador. O controlo do processo ao nível molecular evita as

condições necessárias à formação de óxidos de azoto (NOx) e de

outros poluentes.

Enquanto os electrões fluem do ânodo através de um circuito externo,

os iões de hidrogénio (protões) fluem para o electrólito até chegarem

ao cátodo, movidos tanto pela diferença de concentrações como de

potencial. No cátodo, o oxigénio gasoso é combinado

electroquimicamente, na presença de um catalizador, com os iões de

hidrogénio e os electrões livres para formar água.

Figura 7 – Processo electroquímico que ocorre numa célula de combustível de

electrólito ácido.

Figura 8 – Processo electroquímico que ocorre numa célula de combustível de óxido

sólido (electrólito cerâmico sólido).

16

Reacção do ânodo (oxidação): 2H2 4H+ + 4e-

Reacção do cátodo (redução): O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

Reacção global: 2H2 + O2 2H2O (vapor) + energia

A energia libertada equivale à diferença entre a energia livre de Gibbs

dos produtos e dos reagentes (H = -242 kJ/mol)

17

Cada processo possui resistências naturais que reduzem a voltagem

operacional da célula relativamente à teórica, bem como

irreversibilidades, que se traduzem na transformação de cerca de um

sexto da energia potencial em calor (de acordo com a Segunda Lei da

Termodinâmica). A potência eléctrica gerada é igual ao produto da

corrente (medida em amperes) pela voltagem operacional (que se

situa, por norma, entre os 0,55 e os 0,80 volts).

Uma estimativa simplificada da eficiência da célula pode ser obtida

pela razão entre a diferença de potencial máxima (1,48 volts) e a

operacional, enquanto o calor produzido será pode ser estimado

através do produto da corrente pela energia potencial perdida como

calor (ou seja, a diferença entre a voltagem teórica e a operacional).

A eficiência eléctrica global da célula é dada pelo rácio entre a

potência gerada e o poder calorífico do hidrogénio consumido. A

eficiência termodinâmica máxima será dada pela razão entre a

energia livre de Gibbs do hidrogénio e o seu poder calorífico.

Pilha de combustível

Na prática, as voltagens necessárias são superiores às alcançadas por

uma única célula de combustível. Para isso são normalmente

combinadas em série centenas de células individuais, formando assim

uma pilha de combustível. A corrente é regulável através da área de

cada célula, que vai de 100 cm2 até mais de 1 m2. A potência total é o

produto de três factores: corrente gerada, diferença de potencial

existente em cada célula e número de células combinadas em série.

Reformadores de combustível

Para se utilizarem outros combustível que não o hidrogénio é

necessário um reformador. Este dispositivo é o componente que tem

como função converter os hidrocarbonetos num gás rico em

hidrogénio que é consumido pela célula. Existem vários métodos de

efectuar a conversão, sendo os principais:

conversão por vapor de água;

conversão por oxidação parcial;

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No caso da conversão por vapor de água os hidrocarbonetos e a água

reagem formando uma mistura gasosa de H2, CO2 e CO num processo

altamente endotérmico. O calor necessário pode ser fornecido pela

própria pilha de combustível. No processo de oxidação parcial é

utilizado ar em vez de vapor de água. Consequentemente, o gás

resultante contém uma quantidade considerável de azoto. Neste caso

a reacção é exotérmica. A combinação dos dois processos é

designada por “reforma autotérmica” uma vez que, teoricamente,

não produz nem requer o fornecimento de energia térmica para

ocorrer. As células que operam a elevadas temperaturas podem

incorporar um reformador interno formando um conjunto com um

excedente energético líquido. A concepção destas unidades mistas é

complexo, mas a versatilidade que possuem constitui um estímulo ao

seu desenvolvimento e comercialização.

Células de combustível existentes

Há seis tipos principais de células de combustível (Tabela 3),

dependendo do electrólito que utilizam1, das quais apenas duas (PAFC

e MCFC) são comercializadas.

Sigla Designação anglo-americana Designação portuguesa

PAFC Phosphoric acid fuel cell Célula de combustível de ácido fosfórico

MCFC Molten carbonate fuel cellCélula de combustível de carbonato

fundido

SOFC Solid oxide fuel cell Célula de combustível de óxido sólido

AFC Alkaline fuel cell Célula de combustível alcalina

PEMF

C

Proton exchange membrane fuel

cell ou Polymer electrolyte

membrane fuel cell

Célula de combustível de membrana de

troca protónica ou Célula de combustível

de electrólito polímero

DMFC Direct methanol fuel cell Célula de combustível de metanol directo

Tabela 3 – Tipos principais de células de combustível.

Os seis tipos principais dividem-se da seguinte forma:

PAFC e PEMFC: possuem electrólitos ácidos e baseiam-se no

transporte de iões H+;

1 - Com excepção da célula de combustível de metanol directo, cuja designação é

dada pelo combustível que utiliza e não pelo seu electrólito.

19

MCFC e AFC: possuem electrólitos básicos e baseiam-se no

transporte de iões CO32- e OH-, respectivamente;

SOFC: possui um electrólito cerâmico sólido e baseia-se no

transporte de iões O2-;

DMFC: utiliza metanol directamente como combustível possuindo

um electrólito cerâmico.

As temperaturas óptimas de operação variam muito conforme a

célula em causa. A Tabela 4 sumaria algumas características

fundamentais de cada uma.

20

Sigla ElectrólitoConstrução

típica

Reformad

or

interno

Combustí

vel

Temperatu

ra de

operação

Eficiên

cia

Potênc

ia

típica

Contaminant

es mais

problemático

s

Aplicações

possíveis ou

existentes

PAFCH+ (solução de

H3PO4)

Carbono e

cerâmica

porosa

Não H2 190-210 ºC35 a

45%

> 50

kW

CO < 1% e

enxofre

Centrais eléctricas

e aquecimento

MCFC

CO32-

(tipicamente,

carbonato

fundido,

LiKaCO3)

Metais a

elevadas

temperaturas

e cerâmica

porosa

SimCH4, H2,

CO650-700 ºC

40 a

50%> 1 MW Enxofre Centrais eléctricas

SOFC

O2-

(estabilizados

numa matriz

cerâmica)

Cerâmica e

metais a

elevadas

temperaturas

SimCH4, H2,

CO

750-1000

ºC

45 a

55%

> 200

kWEnxofre Centrais eléctricas

AFC

OH-

(tipicamente

uma solução

de KOH)

Plástico,

metalNão H2 puro 90-260 ºC

32 a

40%

Até 20

kW

CO, CO2 e

enxofre

Submarinos,

transporte

aeroespacial

PEMF

C

H+ (com

aniões

imbuídos

numa

membrana

Plástico,

metal ou

carbono

Não H2 puro 65-85 ºC 25 a

35%

Até 250

kW

CO, enxofre e

NH3

Veículos e

aplicações

domésticas

(grande variedade,

desde

21

polímera)

computadores

portáteis a

telemóveis)

DMFCMembrana

polímera- Não Metanol 60-130 ºC -

< 10

kW-

Aplicações

portáteis

Tabela 4 – Tipos principais de células de combustível.

22

Célula de combustível de ácido fosfórico (PAFC): é geralmente

considerada a célula de combustível mais estabelecida e avançada (já

existe desde o início dos anos 70), estando em funcionamento em

centenas de aplicações em todo o mundo. Usam como combustível

primário, por norma, o gás natural ou o propano. Está disponível para

comercialização um pilha de 200 kW desde 1990, das quais já foram

produzidas mais de 200 unidades. O maior obstáculo reside no seu

elevado preço, que se situa entre os 4000 e 5000 €/kW.

Figura 9 – PAFC para demontração de 40 KW, 1979.

Célula de combustível de carbonato fundido (MCFC): a sua

história remonta ao início do século XX. A elevada temperatura de

operação permite-lhe incorporar um reformador interno e ser usada

em combinação com uma turbina, de modo a aproveitar o vapor

produzido e elevando assim a eficiência para os 60 porcento ou mais.

É relativamente tolerante a impurezas do combustível. O principal

problema da célula reside na deterioração dos seus componentes

devido à natureza corrosiva da combinação do electrólito com a

temperatura de operação.

23

Figura 10 – Central eléctrica à base de MCFC com 250 kW, 1997.

Célula de combustível de óxido sólido (SOFC): menos

desenvolvida tecnologicamente do que os géneros de células

apresentadas. Já foram, contudo, construídas e testadas várias destas

unidades com um design tubular concêntrico e uma potência de 100

kW (Figura 11). Está a ser desenvolvido um formato planar, com

maiores densidades de potência e menores custos, mas ainda não

alcançou a fiabilidade do formato tubular. As altas temperaturas de

operação tornam este tipo de célula, tal como a MCFC, especialmente

indicado para centrais híbridas de ciclo combinado, de modo a tirar

proveito do vapor gerado, aumentando-se assim a eficiência total

para os 45 a 60 porcento ou mais. Os custos são ainda

comparativamente elevados.

Figura 11 – SOFC planar e tubular.

24

Figura 12 – Maior SOFC do mundo, com 250kW. Foi desenvolvida pela Siemens

Westinghouse juntamente com a Kinectrics, Ontario Power Generation e com outras

organizações.

Célula de combustível alcalina (AFC): foi a célula de combustível

usada nas missões Apollo e em vários vaivéns. As principais

vantagens desta tecnologia residem nos maiores desempenhos, no

uso de eléctrodos de metais não preciosos e no facto de não exigir

materiais invulgares. Como desvantagens enumeram-se a tendência

para absorver CO2 tornando o electrólito uma solução aquosa de

carbonato menos condutora. O interesse das células alcalinas tem

decrescido com o desenvolvimento das PEMFC.

Célula de combustível de membrana de troca protónica

(PEMFC): foi a NASA quem primeiro desenvolveu esta célula durante

os anos 60 para a missão Gemini. Tem recebido bastante atenção da

imprensa na última década devido aos elevados investimentos da

indústria automóvel na tecnologia. Possui uma elevada densidade de

potência mas é muito sensível ao envenenamento com CO. As

necessidades de platina já foram reduzidas em mais de 30 vezes,

reduzindo os custos associados à produção.

25

Figura 13 – PEMFC em placas.

Célula de combustível de metanol directo (DMFC): é um tipo

relativamente novo de célula, similar à PEMFC, que usa uma

membrana polímera como electrólito. A presença de um catalizador

no ânodo que retira o hidrogénio do metanol elimina a necessidade

de um reformador de combustível, pelo que o metanol pode ser

usado directamente. O desenvolvimento da DMFC parece

condicionado pela elevada toxicidade deste álcool e pela facilidade

com que pode contaminar a água.

26

Conclusão

A tecnologia das células de combustível encontra-se numa fase de

grande desenvolvimento. É altamente provável, devido às suas

características intrinsecamente pouco poluentes (só libertam vapor

de água), que venham a ser utilizadas em grande escala numa

enorme variedade de aplicações: automóveis, computadores,

aquecimento, fornecimento de electricidade à rede, armazenamento

de energia, etc.

A selecção do combustível primário a reformar não é inócua. Numa

tentativa de reduzir os custos de capital inicial e de aproveitar as

infra-estruturas já existentes, as grandes empresas de energia

preferem investir na utilização de petróleo ou gasolina para este fim,

ou ainda no gás natural. Esta última opção é preferível relativamente

às outras.

Porém, não só a utilização de hidrocarbonetos acarretará emissões de

CO2 (que são, naturalmente, de evitar a todo o custo), como um

investimento mal direccionado nos dias de hoje poderá atrasar a

transição para uma economia baseada nas energias renováveis e no

hidrogénio “limpo” em mais de uma década.

E são os custos de investimento o maior obstáculo à utilização do

hidrogénio, precisamente porque a sua distribuição descentralizada

requer infra-estruturas que estão por construir na sua quase

totalidade. Para contornar este problema é necessário que o Governo

tome uma opção e direccione para ela recursos e incentivos.

Numa fase inicial o hidrogénio será utilizado em economias de escala,

como em grandes operadores de transporte público. O projecto CUTE

(Clean Urban Transport for Europe) prevê a utilização experimental de

três autocarros com células de combustível abastecidos a hidrogénio

durante dois anos em dez cidades europeias (Figura 14). Uma dessas

cidades será o Porto, ficando o autocarro adstrito à frota da

Sociedade de Transportes Colectivos do Porto.

27

Aguarda-se, pois, pela evolução das células de combustível e dos

projectos em curso. É importante não perder esta oportunidade, que

poderá vir a tornar o sistema energético mundial num sector

substancialmente menos poluente do que actualmente.

Figura 14 – Autocarros com células de hidrogénio já desenvolvidos DaimlerChrysler.

28

Ligações úteis

Agência Regional da Energia da

Região Autónoma dos Açoreshttp://www.arena.com.pt/ntec1.html

California Fuel Cell Partnership http://www.drivingthefuture.org

European Hydrogen Association http://www.h2euro.org

European Integrated Hydrogen

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Nota: as fotografias apresentadas ao longo deste trabalho foram

retiradas de várias destas páginas.

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