O documento discute o potencial do hidrogénio como fonte de energia sustentável. Explora as principais fontes de produção de hidrogénio, incluindo a reforma de gás natural, electrólise da água e gaseificação de carvão. Também analisa alternativas para o armazenamento e transporte de hidrogénio, como gás comprimido, líquido ou hidretos metálicos. Defende que o hidrogénio pode desempenhar um papel importante na transição para energias limpas se for produzido a partir de fontes

1. 1

2. Índice
Índice................................................................................................................ 2
Introdução....................................................................................................... 3
O potencial do hidrogénio............................................................................5
Produção e fontes de hidrogénio.............................................................................................................................6
Alternativas para o transporte e distribuição.......................................................................................................8
Células de combustível...............................................................................11
Processo 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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3. 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 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).
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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 posterior, dependendo das
necessidades? Já foi sugerida uma possível resposta: chama-se hidrogénio.
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5. 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.
Figura 1 – Transição dos sistemas energéticos globais.
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6. 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 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
Figura 2 – Razão hidrogénio-carbono para
vários combustíveis. 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.
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7. 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.
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.
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8. 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 Figura 4 – Ciclo de produção de hidrogénio a partir
de fontes renováveis.
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 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.
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9. 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.
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
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10. 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.
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11. 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.
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.
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12. 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 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.
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13. 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).
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)
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14. 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;
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.
14

15. 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 cell Célula de combustível de carbonato fundido
SOFC Solid oxide fuel cell Célula de combustível de óxido sólido
AFC Alkaline fuel cell Célula de combustível alcalina
Célula de combustível de membrana de troca
Proton exchange membrane fuel cell ou
PEMFC protónica ou Célula de combustível de electrólito
Polymer electrolyte membrane fuel cell
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+;
• 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.
1
- Com excepção da célula de combustível de metanol directo, cuja designação é dada pelo combustível
que utiliza e não pelo seu electrólito.
15

16. Temperatur Contaminante Aplicações
Construção Reformad Combustí Eficiênc Potênci
Sigla Electrólito a de s mais possíveis ou
típica or interno vel ia a típica
operação problemáticos existentes
H+ (solução de Carbono e CO < 1% e Centrais eléctricas e
PAFC Não H2 190-210 ºC 35 a 45% > 50 kW
H3PO4) cerâmica porosa enxofre aquecimento
CO32-
(tipicamente, Metais a elevadas
MCFC carbonato temperaturas e Sim CH4, H2, CO 650-700 ºC 40 a 50% > 1 MW Enxofre Centrais eléctricas
fundido, cerâmica porosa
LiKaCO3)
O2- (estabilizados Cerâmica e
> 200
SOFC numa matriz metais a elevadas Sim CH4, H2, CO 750-1000 ºC 45 a 55% Enxofre Centrais eléctricas
kW
cerâmica) temperaturas
OH- (tipicamente
Até 20 CO, CO2 e Submarinos, transporte
AFC uma solução de Plástico, metal Não H2 puro 90-260 ºC 32 a 40%
kW enxofre aeroespacial
KOH)
Veículos e aplicações
H+ (com aniões
domésticas (grande
imbuídos numa Plástico, metal ou Até 250 CO, enxofre e
PEMFC Não H2 puro 65-85 ºC 25 a 35% variedade, desde
membrana carbono kW NH3
computadores portáteis
polímera)
a telemóveis)
Membrana
DMFC - Não Metanol 60-130 ºC - < 10 kW - Aplicações portáteis
polímera
Tabela 4 – Tipos principais de células de combustível.
16

17. 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.
Figura 10 – Central eléctrica à base de MCFC com 250 kW, 1997.
17

18. 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.
Figura 12 – Maior SOFC do mundo, com 250kW. Foi desenvolvida pela Siemens Westinghouse
juntamente com a Kinectrics, Ontario Power Generation e com outras organizações.
18

19. 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.
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.
19

20. 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.
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.
20

21. Figura 14 – Autocarros com células de hidrogénio já desenvolvidos DaimlerChrysler.
21

22. Ligações úteis
Agência Regional da Energia da Região
http://www.arena.com.pt/ntec1.html
Autónoma dos Açores
California Fuel Cell Partnership http://www.drivingthefuture.org
European Hydrogen Association http://www.h2euro.org
European Integrated Hydrogen Project http://www.eihp.org/
Fuel Cell Bus Club http://www.fuel-cell-bus-club.com/
Fuel Cells 2000's http://www.fuelcells.org/
Fuell Cell Today http://www.fuelcelltoday.com
Hydrogen & Fuel Cell Letter http://www.hfcletter.com/
Hydrogen Fuel Cell energy information http://www.hydrogen.org
Hydrogen Now! http://www.hydrogennow.org/
Metalic Power http://www.metallicpower.com/
Pilhas de combustível http://www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htm
Plug Power http://www.plugpower.com
Proton Energy Systems http://www.protonenergy.com/
Shell Hydrogen http://www.shell.com/home/Framework?siteId=hydrogen-en
UTC Fuel Cells http://www.internationalfuelcells.com/
World Fuel Cell Council http://www.fuelcellworld.org
Nota: as fotografias apresentadas ao longo deste trabalho foram retiradas de várias
destas páginas.
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23. Bibliografia
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