A principal promessa para o futuro das fontes de energia é o sistema de célula de combustível (expectativa de lançamento do primeiro veículo nos próximos 3 anos – 2005). O principal fabricante é a General Motors – GM que desenvolveu seu próprio conceito de célula. Criar o sistema não é o principal fator, fornecimento, abastecimento e armazenamento com Hidrogênio, custos e “miniaturização” dos mecanismos, compreendem as dificuldades.
Para DIETRICH (2002), “William Grove é em geral reconhecido como o “Pai da Célula de Combustível”. As idéias de Grove surgiram de seus experimentos, em 1839, com a eletrólise da água. Grove deduziu que deveria ser possível reverter o processo, reagindo hidrogênio com oxigênio para gerar eletricidade. O termo “célula de combustível” foi cunhado em 1889 por Ludwig Mond e Charles Langer, os quais tentaram construir o primeiro dispositivo prático, usando ar e gás industrial gerado de carvão.”
A tecnologia apresenta-se em um primeiro momento como soluções especiais. Mas foi este exatamente a necessidade - gerar eletricidade no espaço para o programa Apolo da National Aeronautics and Space Administration – NASA.
Com base em DIETRICH (2002), as células de combustível (Figura, 2.8) são freqüentemente descritas como baterias de operação contínua ou motores eletroquímicos. Como as baterias, as células de combustível produzem energia sem a
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Estas células podem ser “empilhadas” até que um determinado nível de potência desejado seja atingido. A célula apresenta apenas 1,3 mm de espessura que gera aproximadamente de 0,7 a 1 volt (já descontadas as perdas internas). Um carro de porte médio necessita de aproximadamente 200 volts para deslocá-lo, logo, seriam necessárias 200 células.
Figura, 2.8 – O mais importante numa célula a combustível é a PEM (Membrana para Troca de Prótons, ou Membrana Eletrolítica), revestida em ambos os lados por platina que funciona como catalisador. A membrana, que possui alguns décimos de milímetro de espessura, é protegida nos dois lados por eletrodos permeáveis ao hidrogênio gasoso. Prótons (íons de hidrogênio) são as únicas partículas que atravessam a membrana que separa a reação entre os gases hidrogênio e oxigênio. Os prótons são produzidos no anodo, onde o hidrogênio é oxidado e os elétrons liberados. Simultaneamente o oxigênio do ar sofre redução no catodo. As partículas de oxigênio juntam-se com os prótons para formar água. A diferença de potencial (voltagem) gerada entre os dois eletrodos é então aproveitada como energia elétrica.
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O uso dessa tecnologia requererá fontes abundantes de Hidrogênio. De acordo com Matthias Altman, especialista alemão em tecnologia do hidrogênio (apud. RENDELL, 2002), “o mundo produz por ano 50 milhão toneladas, o suficiente para abastecer todos os carros dos EUA, da Europa e da Ásia”. Da mesma forma, como nos carros movido a Hidrogênio, é um combustível difícil de manipular.
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O sistema foi testado inicialmente em um Opel Zafira adaptado – chamado Zafira 1 (Figura, 2.9). Apesar das diferenças entre um motor convencional, a explosão, os componentes críticos da célula são colocados em uma posição muito similar aos similares a petróleo. Na parte dianteira é alojada a célula de combustível, os vários reguladores da carga elétrica, o motor elétrico e o sistema de transmissão. Não há caixa de engrenagens, porque o motor elétrico tem um torque constante. Há, também, um eficiente sistema de troca de calor para manter o sistema refrigerado. Pois, somente a reação química para gerar a eletricidade contribui com aproximadamente 80ºC. Conjunto que acrescenta 150 kg aos 1.425 kg do Zafira à diesel.
Sob os bancos traseiros está o tanque e no fundo do porta-malas uma bateria de alta tensão, elevando o assoalho em aproximadamente 15 cm – neste veículo. Esta bateria objetiva estabilizar o fluxo de eletricidade que vai para o motor, mas existem estudos da GM para eliminá-la em modelos futuros de produção. Com potência constante de 107 c.v., e temporária de 160 c.v. (de acordo com a GM, o motor produz 25,8 mkgf de torque – similar a um 2.5-litros turbo diesel), conseguem-se performances de 16 segundos de 0 a 100 km/h e velocidade máxima perto dos 150 km/h.
Recentemente a GM americana apresentou no Salão de Paris o carro conceito GM Hy- Wire (nome que reflete a combinação do uso de célula a combustível – hydrogen, hidrogênio, e à tecnologia de direção sem cabos – by wire – Figura, 2.10/A-F). Com base na plataforma de outro carro conceito, o Autonomy, todos os componentes mecânicos e de controle estão contidos em uma base com 28 cm de altura. Assim, a plataforma poderá receber diferentes carrocerias com facilidade.
A célula a combustível, desenvolvida na Alemanha, é a mesma do conceito HydroGen3, que utiliza no veículo Zafira como base. Montada no centro do veículo, armazena o hidrogênio a altíssima pressão (5.000 lb/pol2) e transmite energia a um motor elétrico de 94 kW, o equivalente a 126 c.v., que pode levá-lo a cerca de 160 km/h. O carro pesa 1.900 kg e tem rodas enormes, de 20 pol. à frente e 22 pol. atrás.
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Outro fabricante que está bom avançado nas pesquisas é a Daimler-Chrysler. As pesquisas iniciaram-se em 1994 com o NECAR 1 (No Emission Car), sistema que inicialmente pesava 360 kg. Vieram os NECAR 2, 3, 4 e o NEBUS até chegarem hoje ao NECAR 5. Com base em um Mercedes-Benz Classe A (conceito desenvolvido prevendo o emprego de fontes de energia alternativas), o veículo com sistema parecido ao da GM alcança 145 km/h e possui autonomia de 450 km. O combustível empregado é o Hidrogênio, podendo utilizar a gasolina e o metanol.
Para Ferdinand Panik, chefe do Projeto de Células de Combustível da Daimler-Chrysler (apud. Sua boa Estrela), “o significado da redução do tamanho das células compara-se ao impacto que o microchip teve na tecnologia do computador, ao tomar o lugar do transistor.”
Os Necar´s de 2 à 5 são Mercedes-Benz Classe A com células a combustível. Em 1997 tornou-se o primeiro veículo no mundo com geração de hidrogênio a bordo. O tanque carrega 38 litros de metanol, significando 400 quilômetros de autonomia. O motor elétrico de 50 KW permite acelerar de 0 a 100 km/h em menos de 16 segundos, sendo que a velocidade está limitada propositadamente a 120 km/h a fim de manter a autonomia.
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