A Célula de Hidrogênio

Célula de Hidrogênio

Hidrogênio constitui é um transportador de energia versátil, não uma fonte dela (ele armazena a energia e a disponibiliza de forma útil) que pode ser usado para suprir quase todos os dispositivos que fazem uso de energia.

O hidrogênio pode ser gerado a partir de abundante e diferentes fontes de energia incluindo combustíveis fósseis como o carvão e o gás natural, de fontes renováveis como a solar, eólica e de biomassa e da energia nuclear.

A célula de combustível, um dispositivo conversor de energia que pode eficientemente capturar e usar a energia do hidrogênio, é o fator principal que torna iso possível.

• Células de combustível estacionárias podem ser usadas como fontes de abastecimento de energia para o suprimento de áreas remotas, distribuição de energia e cogeração (na qual o excesso de calor gerado durante a produção de eletricidade é aproveitado em outras aplicações).
• Células de combustível podem suprir quase todos os aparelhos portáteis que usam pilhas, inclusive geradores portáteis.
• Células de combustível também podem alimentar meios de transporte, inclusive carros, caminhões, ônibus e embarcações, assim como prover energia auxiliar às demais tecnologias de transportes. O hidrogênio pode ser, no futuro, fator de grande importância, pois será utilizado na substituição do petróleo.

Por que Células de combustível?

• Células de combustível convertem diretamente a energia química do hidrogênio em eletricidade. Calor e água pura são os únicos subprodutos.
• Células de combustível de hidrogênio além de não poluírem, são duas a três vezes mais eficientes do que as tecnologias de combustão tradicionais. Uma usina de energia que utiliza a combustão em seus processos, gera eletricidade com 33 a 35% de eficiência, enquanto sistemas que operam com células de combustível são capazes de gerar eletricidade com eficientemente acima de 60% e até mais com cogeração de energia.
• O motor a gasolina de um carro comum transforma a energia química da gasolina em energia cinética para mover o carro com menos de 20% de eficiência. Células de hidrogênio que usam motores elétricos o fazem com 40 – 60% de eficiência, correspondendo a mais 50% de economia no consumo de combustível se comparado a um veículo convencional.
• Em adição, células de hodrogênio operam sem fazer barulho, têm menos partes móveis e se adequam bem a uma variedade de aplicações.

Como Funcinam as Células de Combustível?

Uma célula de combustível consiste de um eletrólito colocado entre dois eletrodos, um anodo e um catodo. Placas bipolares em ambos os lados da célula ajudam a distribuir gases e servem como coletores de corrente. Em uma célula com eletrólito de membrana polimérica, hidrogênio no estado gasoso flui através de canais para o anodo, onde um catalisador faz com que as moléculas de hidrogênio separem-se em prótons e elétrons. A membrana permite que somente os prótons passem por ela, enquanto são conduzidos para o outro lado da célula, a corrente de elétrons segue em um circuito elétrico para o catodo. Este fluxo de elétrons é a corrente elétrica ou a eletricidade que pode ser usada para realizar algum tipo de trabalho, como acionaor o motor de um carro, por exemplo.

Do outro lado da célula, oxigênio retirado do ar, flui através dos canais para o catodo e reage com elétrons que estão retornando, juntamente com os prótons de hidrogênio (que passaram pela membrana) para formar água. Esta é uma reação exotérmica, isto é gera calor que pode ser aproveitado no exterior da célula.

Célula de hidrogênio.

Bipolar plate – Placa bipolar

Anode – anodo

Electrolyte – eletrólito

Cathode – catodo

Oxygen - oxigênio

Hydrogen - hidrogênio

A energia produzida por uma célula de combustível depende de diversos fatores, incluindo o tipo de célula, tamanho, temperatura de operaçãoe pressão dos gases. Uma única célula produz 1 volt ou menos – pouco até mesmo para alimentar o menor dispositivo. Assim, para aumentar a eletricidade gerada, as células são combinadas em séries formando uma pilha delas ( o termo “célula de combustível” é geralmente usado no sentido de referir-se a um pilha inteira delas, assim como a célula individualmente).

Dependendo da aplicação, uma célula de combustível pode conter poucas ou centenas delas. Esta forma de combiná-las fazem das células de combustível elemento ideal para uma série de aplicações desde laptops (50-100 watts) até domicílios (1-5 kW), veículos (50-125 kW) e usinas de eletricidade (1-20 MW ou mais).

O uso do hidrogênio como forma de energia pode não só reduzir a nossa dependência do petróleo, como também beneficiar o meio ambiente pela redução de emissões poluentes que afetam a qualidade do nosso ar.