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Células a combustível - boa alternativa energética (ART754)

Vivemos nos nossos dias uma constante preocupação com o esgotamento das fontes de energia não renováveis como o petróleo e o carvão. Alternativas energéticas como o álcool, energia solar e eólica tem sido amplamente estudadas com o desenvolvimento de tecnologias que possibilitem seu aproveitamento. No entanto, uma alternativa energética interessante, que também merece uma atenção especial é a das células a combustível. É justamente delas que tratamos nesse artigo de 2008

Uma das grandes preocupações de muitas das fontes de energia que temos hoje e mesmo das alternativas é a relacionada diretamente com a poluição.

Não basta termos energia abundante de uma fonte alternativa. É preciso também que ela seja limpa. Nosso planeta está ameaçado pela emissão de gás carbônico, esgotamento da camada protetora de ozônio, além da presença de uma grande quantidade de gases tóxicos, produto das mais diversas emissões, com os quais temos de conviver e eventualmente morrer....

A energia solar e a energia eólica são alternativas bastante interessantes, pois são limpas. No entanto, além de ainda ser caro o seu aproveitamento, elas também têm suas limitações. A energia solar só pode ser obtida sob boas condições de presença de sol, o que não ocorre em todas as partes do mundo e, além disso, somente durante o dia. O armazenamento para uso à noite envolve o uso de baterias, cuja tecnologia ainda não é suficiente para fazer isso de maneira eficiente.

Por outro lado, a energia eólica depende dos ventos que não soprar de maneira constante na maioria das regiões, e da mesma forma, o armazenamento esbarra na necessidade de uma tecnologia que não temos.

Conforme vimos no início do artigo, a energia das células a combustível oferece uma alternativa que, em princípio, contorna os maiores problemas de todas as outras formas de fontes de energia, exceto ainda uma que é o custo.

Para entender as vantagens que essa fonte alternativa de energia oferece em nossos dias e que certamente será muito melhor aproveitada no futuro, será interessante partirmos de seu princípio de funcionamento.

 

A Célula a Combustível

Gerar eletricidade diretamente a partir de um combustível, quando ele é queimado, não é uma idéia nova. Na verdade, a observação do fenômeno que permite gerar energia dessa forma, tem mais de 60 anos.

Conforme mostra a figura 1, se injetarmos um sistema formado de membranas e eletrólito hidrogênio (combustível) e oxigênio (comburente) ocorre uma reação lenta interna que leva à liberação de elétrons que se dirigem a um dos eletrodos (anodo).

 

Figura 1
Figura 1

 

O outro eletrodo ficará então com falta de elétrons (catodo). Entre eles manifesta-se então uma diferença de potência, capaz de forçar a circulação de corrente por um circuito externo, ou seja, temos a disponibilidade de energia elétrica.

Como produtos do processo, além da energia elétrica, temos a geração de calor (muito) e também a produção de água. Essa água é portanto o único tipo de emissão que a bateria produz, sendo portanto totalmente não poluente.

Em suma, esse tipo de célula não precisa ser recarregada e produz energia sempre que injetarmos hidrogênio e oxigênio, sendo isso por tempo praticamente ilimitado.

Na prática, com a tecnologia totalmente desenvolvida, bastaria termos um refil de hidrogênio para encaixar na célula e ela produziria energia enquanto houvesse gás no seu interior. O oxigênio viria do próprio meio ambiente, conforme sugere a figura 2.

 

Figura 2
Figura 2

 

Tudo isso seria muito simples se não existissem alguns problemas técnicos ainda por resolver.

 

As limitações

Comecemos pelo próprio armazenamento do hidrogênio. Diferentemente do gás de cozinha ou o propano usado em isqueiros, o hidrogênio não é apenas combustível, mas explosivo.

Outro problema é que o gás comum ao ser um pouco comprimido, ele já se torna líquido o que facilita seu armazenamento em grande quantidade. Com o hidrogênio isso não é possível pois além de uma grande pressão, ele precisa ser muito resfriado (centenas de graus abaixo de zero) para se tornar líquido.

Passamos agora às próprias células que ainda não podem ser fabricadas facilmente em tamanhos pequenos. As células comuns são para potências elevadas, alguns quilowatts e mais, e muito grandes exigindo complexos sistemas de refrigeração, já que muito calor também é gerado.

Se bem que o custo de tais células ainda seja muito elevado, no Japão já se trabalha com células de uso residencial, capazes de fornecer energia para uma casa comum. Essas células que hoje custam o equivalente a R$ 20 000,00 devem ter seu custo diminuído com o tempo e passar a ser uma alternativa para o fornecimento de energia doméstico.

Para as células muito pequenas, o que hoje temos é uma empresa chamada Jadoo que fabrica pequenas células na faixa de 100 a 400 W de potência, servindo para alimentar equipamentos como transceptores de comunicações, laptops, equipamento médico e muito mais em lugares em que a energia convencional não está disponível.

No entanto, o custo dessas células ainda é muito alto, da ordem de mil dólares por unidade o que limita bastante sua aplicação em coisas comuns.

A grande vantagem desse sistema está na sua não poluição do meio ambiente, pois o resultado da queima do hidrogênio é a água, e também na abundância do hidrogênio como combustível, pois em princípio, todo o oceano consiste numa fonte desse elemento, bastando extraí-lo da água.

Evidentemente não queremos "queimar" nossos oceanos, mas trata-se de uma fonte alternativa abundante que pode ser usada de uma forma racional sem poluir, pois basta lembrar que ao dissociarmos uma molécula de água para usar o hidrogênio como combustível, ao ser queimado ele volta ao seu estado inicial: água. Mesmo extraindo todo o hidrogênio do oceano, ao usarmos esse elemento, ele volta a ser água e com isso enche novamente os oceanos...

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