Celula combustivel

1. Célula Combustível
Trabalho de Química
UNICEP
© Aledon – Novembro de 2002

2. O Que é uma Célula Combustível?
 A Célula Combustível - CC - produz energia
elétrica diretamente, a partir de um combustível.
Trata-se de uma reação química silenciosa, sem
combustão, realizada com eficiência energética
superior à obtida com o gerador convencional. A
CC também produz calor que pode ser usado
para o aquecimento / resfriamento, operando
como um co-gerador.

3. 2.0 - E como Funciona ?
 Quando átomos de hidrogênio e oxigênio
se combinam para formar uma molécula
de água, dois elétrons são liberados
formando uma corrente elétrica. Esta
reação química também libera calor.
Veja o exemplo:
2H + O -> H2O + 2e- + [calor]

4. 2.1 - Exemplificando uma Reação
 O modelo mais simples de CC
consta de um material eletrolítico
separado por dois eletrodos
(anodo e catodo).
O anodo separa os elétrons e os
prótons dos átomos de hidrogênio.
Os elétrons formam uma corrente
elétrica, que flui para fora do
sistema.
 Os prótons são transportados
através de um eletrólito e se
combinam no catodo, com o
oxigênio (ar), formando água e
irradiando calor.
 O hidrogênio é fornecido
diretamente ou obtido a partir de
um combustível em um
equipamento chamado
Reformador

5. O que é o Reformador ?
 O reformador é um equipamento que "quebra" a
molécula do combustível liberando os átomos
de hidrogênio (H2), água 2O), CO2 e CO. Ele
trabalha com vapor de água em temperaturas
relativamente elevadas e, para tanto, utiliza
parte da energia do combustível que geralmente
é da ordem de 20%.
 mais

6. 3 - O Combustível
 O combustível ideal para as CCs é o hidrogênio puro. Muitos trabalhos vêm
sendo desenvolvidos em todo o mundo, inclusive no Brasil, visando um
futuro no qual o hidrogênio substitua os hidrocarbonetos como o vetor
energético ideal.
 Para que isso aconteça, no entanto, será preciso resolver problemas
relacionados com o armazenamento e transporte do gás, que apresentam
muitas dificuldades. O sucesso da era do hidrogênio vai depender, em um
primeiro momento, da existência de CCs de baixo custo, usando
reformadores.
 Enquanto a economia do hidrogênio não se torna uma realidade, o ideal é
usar combustíveis homogêneos para que os reformadores funcionem
melhor. Quanto menor a cadeia de carbono dos hidrocarbonetos, mais
vantajoso. Um combustível importante é o gás natural. O metanol e o etanol
(álcool comum) também podem servir. A gasolina é menos conveniente,
pois trata-se de uma mistura de diversas moléculas.

7. 4 - Tipos de CC
 Atualmente diversas tecnologias de CC estão em
desenvolvimento. As CCs de ácido fosfórico já estão
disponíveis comercialmente. Há cerca de 200 unidades
em operação usando gás natural como combustível.
Elas têm uma eficiência para conversão em eletricidade
de 40% e 85% quando usadas em regime de co-
geração.
 Dentre outras categorias se destacam as PEM (Proton
Exchange Membrane), Molten Carbonate, Solid Oxide
(SOFC), Alcalina e Direct Alcohol Fuel Cells. Nesta
última, o catodo também retira os átomos de hidrogênio
do álcool, desenvolvendo o papel do reformador.

8. 5.0 - Aplicações para CC
 Uso Automotivo
O uso veicular das CCs é um mercado-alvo importante
devido a motivação de reduzir as emissões de CO2.
Serão unidades de 30 - 100 kW de potência. Os autores
apontam que a maior dificuldade para este uso está em
desenvolver reformadores simples, pois estes operam
com temperaturas muito elevadas.
 Fabricantes pretendem lançar os primeiros modelos de
veículos com esta tecnologia nos próximos anos.

9. 5.1 - Aplicações para CC
 Uso Estacionário
Pelas dificuldades apontadas, muitos fabricantes estão dirigindo o seu
desenvolvimento para equipamentos estacionários junto a instalações
prediais. Nestes, é mais fácil acomodar o funcionamento dos reformadores
em função da maior disponibilidade de espaço. Como as CCs são unidades
de co-geração, elas permitem um ganho econômico maior para seus
usuários em hospitais, hotéis e condomínios. Alguns fabricantes estão
lançando linhas domésticas para operar a partir do gás natural.
 A Concessionária de Energia Elétrica do Paraná - COPEL - tem uma
unidade instalada que abastece o seu Centro de Processamento de Dados
com uma CC de 200 kW. Também aquece 6 mil litros de água usados no
refeitório do Pólo (1.600 pessoas servidas).

10. 5.2 - Aplicações para CC
 Recentemente alguns trabalhos têm mostrado a
conveniência de usar CCs para substituir as
baterias em equipamentos de pequeno porte
como os lap-tops
 A célula combustível foi um sucesso enorme no
programa espacial, e é usada em todos os
veículos espaciais tripulados dos EUA. Provê
energia elétrica, água para beber e calefação.

11. Histórico
 O princípio de funcionamento da CC é conhecido desde
o século XIX quando foi inventada a pilha elétrica,
também chamada de Pilha Combustível. Em 1839 foi
demonstrada pelo inventor William Grove. O seu uso
prático foi desenvolvido nos anos 60 com o objetivo de
equipar as naves espaciais. Voltou a ser desenvolvido
na década de 90 como forma de reduzir emissões na
geração elétrica e nos VEHs (Veículo Elétrico Híbrido).
Os primeiros modelos de CC estão sendo testados em
prédios.
 Muitas unidades brasileiras estão trabalhando em
pesquisas relacionadas a este equipamento.

12. Notas sobre esta versão
 Esta versão visa apenas apresentação de
uma CC, maiores detalhes e
exemplificações sobre as diversas
confecções de CC podem ser obtidas no
documento anexo ou no site:
 http://www.aledon.rg3.net/ - Link Artigos

13. Agradecimentos
 Professora Maria
 Estudantes Antonio Silva e André Luiz
 Ao Windows: por não perder esse
trabalho
FIM DA APREDENTAÇÃO