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Trabalho realizado em colaboração com os alunos:

Alexandre dos Santos Dias: 030503051

Francisco Gonçalves Goiana Mesquita: 010503082

Luís Guilherme Amorim Vigário Silva, 010503174

Página 1

5ºAno

Ricardo Nuno Freitas Neves: 020503035

MIEEC

5ºAno

PDIS – Pilhas de Combústivel

Ricardo Nuno Freitas Neves: 020503035 Página 2

Índice

Índice ........................................................................................................................... 2

Introdução .................................................................................................................... 3

Contextualização .......................................................................................................... 3

Considerações Gerais sobre Pilhas de Combustível ....................................................... 4

Nota Histórica............................................................................................................... 5

Ciência.......................................................................................................................... 7

Os 5 tipos diferentes de pilhas de combustível ............................................................. 9

PEFC / PEM – Polymer Electrolyte Fuel Cell / Proton Exchange Membrane ............ 9

AFC – Alkaline Fuel Cell .......................................................................................... 9

PAFC – Phosphoric Acid Fuel Cell ......................................................................... 10

MCFC – Molten Carbonate Fuel Cell ..................................................................... 10

SOFC – Solid Oxid Fuel Cell ................................................................................... 11

Alínea 1) Cálculo da Energia Primária Necessária ........................................................ 13

Alínea 2) Cálculo da Potência Necessária .................................................................... 15

1º Processo.......................................................................................................... 15

2º Processo.......................................................................................................... 16

Análise dos 2 Processos ....................................................................................... 17

Cálculo da Potência ............................................................................................. 17

Alínea 3) Análise SWOT ............................................................................................... 18

Forças ......................................................................................................................... 19

Benefícios ambientais: ......................................................................................... 20

Minimiza nossa dependência em produtos do petróleo para produzir energia:

................................................................................................................................ 20

Emite menos gases causadores do efeito estufa: ......................................... 20

Mais eficiência na geração da energia e no consumo da fonte de energia: .. 20

Redução de Baterias nos Aterros Sanitário:.................................................. 20

Fraquezas ................................................................................................................... 22

Oportunidades ........................................................................................................... 24

Aplicações dos sistemas fotovoltaicos com células combustíveis / baterias ................. 25

Aplicação 1: Protótipo Hélios........................................................................... 25

Aplicação 2:Comunidade isolada no norte da Islândia ..................................... 26

Aplicação 3: Residência auto-sustentável e parque solar – hidrogénio ............. 26

Estudo Económico de um sistema híbrido ligado a Rede de BT ................................... 28

Conclusões ................................................................................................................. 29


Introdução

Contextualização

Vivemos numa época de mudança, na qual se procura fazer face, de forma rápida, nem

sempre clara, nem consciente, aos factores responsáveis pelos impactos ambientais nefastos

que sofremos actualmente e cujas previsões para o futuro só tem tendência para um

agravamento destes mesmos efeitos negativos. O uso dos combustíveis fósseis em larga escala

tem mudado substancialmente a composição da atmosfera e o balanço térmico do Planeta

provocando alterações climáticas. As previsões dos efeitos decorrentes para um futuro

próximo são várias, isto é, ninguém sabe dizer exactamente quais são as consequências, mas

todos estão de acordo num ponto, estas consequências são catastróficas. Alternativas como a

energia nuclear, que eram apontadas como solução definitiva, já mostraram que só podem

piorar a situação.

Portanto surge uma necessidade iminente de encontrar soluções limpas e

ambientalmente correctas. A utilização das energias renováveis em substituição aos

combustíveis fósseis é uma direcção viável e vantajosa. Pois, além de serem praticamente

inesgotáveis, as energias renováveis podem apresentar impacto ambiental muito baixo ou

quase nulo, sem afectar o balanço térmico ou composição atmosférica do planeta. Graças aos

diversos tipos de manifestação, disponibilidade de larga abrangência geográfica e variadas

possibilidades de conversão, as renováveis são bastante próprias para geração distribuída e ou

autónoma.

A mudança para as energias limpas é feita recorrendo ao estabelecimento de metas e

objectivos a atingir para este tipo de energia no valor total de produção das nações. Por

exemplo, o protocolo de Quioto define metas e objectivos a atingir aos quais maior parte das

nações entrou. O protocolo de Quioto tinha por principal objectivo reduzir a emissão de gazes

em pelo menos 5,2% em relação aos níveis de 1990 no período entre 2008 e 2012, no entanto,

as metas de redução não são homogéneas a todos os países e foram colocados níveis

diferenciados para os países que emitem mais gazes. A título de curiosidade, os EUA mesmo

sendo dos maiores emissores de gases não ratificaram o protocolo. No entanto, apesar de

existir metas, estas por si não chegam, é necessário investir na investigação e desenvolvimento

de novas tecnologias que possam aproveitar estas mesmas energias. Portanto, foram

elaboradas estratégias de forma a incentivar os investidores nomeadamente assegurando

estabilidade nas tarifas de vendas de forma a incutir confiança aos investidores.

Tendo em conta os tipos de produção de energia convencionais que recorrem

maioritariamente aos combustíveis fosseis, cujo previsão aponta para uma extinção no prazo

de 40 a 50 anos caso a sua utilização não diminua, é necessário e exigível uma busca

incessante de alternativas que tem conduzido a diversas fontes de energia ditas “limpas”

(algumas das quais já foram abordadas no âmbito das cadeiras de PDIS, de EESO e de GENE).


Considerações Gerais sobre Pilhas de Combustível

Neste trabalho vamos abordar a tecnologia das pilhas de combustível. Esta é

reconhecida como uma forma limpa de produzir electricidade com alta eficiência energética

em diversas aplicações, desde a portátil até a geração distribuída. Não importando a sua

aplicação, elas oferecem um número importante de benefícios para usuários individuais,

companhias de energia e a sociedade em geral.

As pilhas de combustíveis apresentam facilidades de instalação, quer devido às suas

dimensões, quer devido ao fácil transporte. Comparativamente com as restantes formas de

energias “limpas”, as pilhas de combustível não necessitam de condições especiais de

instalação (como por exemplo no caso das marés) e o seu local de instalação pode ser mais

próximo ainda dos centros de consumo, reduzindo assim perdas quer no transporte, quer na

distribuição de energia.

Relativamente aos aspectos socioeconómicos, esta tecnologia poderá contribuir para

estimular a economia nacional, criando postos de trabalho desde as áreas de I&D as áreas da

prestação de serviços, desde que para isso se recorra, na medida do possível, ao tecido

empresarial português para a sua realização aumentando assim a actividade nos sectores das

matérias-primas, dos transportes e prestação de serviços relativamente as pilhas de

combustível.

Actualmente a grande barreira que existe está relacionada com o custo elevado desta

tecnologia. Este valor resulta da investigação, preços dos materiais e dos processos de fabrico,

o que tem restringido o uso da tecnologia das pilhas de combustível. Futuramente, com o

surgimento de novas fontes de energia “limpas” e renováveis, com a produção em massa das

pilhas de combustível e também devido á cada vez maior escassez de fontes de energia não

renováveis (combustíveis fósseis), todos estes factores conduzirá a uma nova filosofia de

produção energética.


Nota Histórica

Apesar da alta tecnologia empregada para o seu funcionamento, as pilhas de

combustível são conhecidas pela ciência há mais de 150 anos. Embora tenham sido

consideradas uma grande curiosidade do século XIX, elas foram alvos de intensas pesquisas

principalmente durante a Segunda Guerra Mundial.

A primeira célula a combustível foi construída em 1801 por Humphrey Davy, que

realizou estudos em electroquímica usando carbono e ácido nítrico. No entanto, o primeiro

ensaio de transformação electroquímica dum combustível numa célula galvânica foi levado a

cabo por Sir William Grove, que construiu uma série de pilhas de combustível de hidrogénio-

oxigénio entre 1839 e 1842. As correntes debitadas pela pilha de Grove eram tão reduzidas

que a sua realização não teve importância técnica (usava um eléctrodo de platina imerso em

ácido nítrico e um eléctrodo de zinco imerso em sulfato de zinco para gerar uma corrente de

12 amperes e uma tensão de 1.8 volts).

Grove descobriu que colocando dois eléctrodos de platina com cada lado de cada

eléctrodo imerso num tubo contendo ácido sulfúrico diluído, e os outros dois lados

separadamente conectados em tubos fechados com oxigénio e hidrogénio, uma corrente

contínua circularia entre os eléctrodos. Os tubos isolados e fechados produziam água e

também gases, e ele notou que o nível de água aumentou em ambos os tubos onde a corrente

eléctrica passou.

Figura 1: Descoberta de Grove

Em seguida, Grove construiu uma fonte de energia usando vinte e seis células em série

e foi o primeiro a notar e explicitar a dificuldade de produzir altas densidades de corrente

eléctrica em uma pilha de combustível (várias pilhas de combustível conectadas em série), que

utiliza gases como reagentes. O problema que enfrentou na época ainda hoje é alvo de

estudos por pesquisadores da área. O seu empenho neste problema é demonstrado pela

seguinte citação:

“Como a acção química ou catalítica só poderia acontecer com uma placa de platina

comum na linha ou marca de água onde o líquido, o gás e a platina se encontram, há

dificuldade em obter um dispositivo capaz de oferecer uma superfície notável de acção”.


Esforços multilaterais foram desenvolvidos posteriormente por Ostwald (1894),

Nernst, Haber e sobretudo Baur (1933, 1938), mas nenhum deles conduziu a pilhas com

interesse económico.

No entanto, as pilhas de combustível não tiveram aplicação prática até 1960, quando

passaram a ser usadas no Programa Espacial Americano, particularmente nas missões Apollo à

Lua, que usaram pilhas de H2 / KOH / O2, cada módulo apresentando uma tensão aos terminais

de 0,9V a 100 mA cm-2, para produzir electricidade e água potável, processo extremamente

caro porque as células exigem hidrogénio e oxigénio puríssimo.

As células rapidamente adquiriam altas temperaturas ao entrar em funcionamento o

que era um problema em muitas actividades. Mais adiante avanços tecnológicos entre 1980 e

1990 com o uso do Nafion como electrólito e a redução na quantidade do caríssimo catalisador

de platina tornou-se possível o uso das células por parte de consumidores do automobilismo

por exemplo. Actualmente a Casio pretende lançar uma célula de combustível DMFC para

notebooks a ser alimentada com o álcool metanol, em substituição às baterias de lítio de uso

de três horas para 20 horas com o álcool que após esgotado seria trocado o cartucho vazio por

outro cheio. Por outro lado a MTI Micro pretende lançar um carregador de baterias movido a

célula de combustível. O metanol é tóxico, inflamável e terá de ser equacionado para ter seu

uso autorizado.

Actualmente, as pilhas de combustível apresentam uma evolução em durabilidade,

diminuição dos custos e são uma das principais soluções energéticas ambientalmente

amigáveis. É só uma questão de tempo para que as pilhas de combustível façam parte da vida

das pessoas como ocorreu com os computadores pessoais.

http://pt.wikipedia.org/wiki/1960



http://pt.wikipedia.org/wiki/Metanol

http://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADtio


Ciência

Sob o ponto de vista técnico, uma pilha de combustível é um aparelho conversor de

energia electroquímica. A célula de combustível converte os elementos químicos hidrogénio e

oxigénio em água, e gera electricidade no processo.

Aparelhos electroquímicos que conhecemos bem são as baterias. Uma bateria tem

todos os elementos químicos incorporados no seu interior, convertendo-os em electricidade.

O que significa que a bateria perde a sua utilidade caso não seja recarregada. Nas pilhas de

combustível, os elementos químicos fluem constantemente para a célula, como tal ela nunca

perde a sua função. Assim, desde que a célula seja “alimentada” pelos elementos químicos,

vamos ter produção permanente de electricidade. Actualmente, a maioria das pilhas a

combustível utiliza o hidrogénio e o oxigénio.

Estas são equipamentos estáticos que convertem a energia química contida no

combustível directamente em energia eléctrica. O princípio de funcionamento de uma célula

de combustível é semelhante ao de uma bateria. É composta por um ânodo e um cátodo

porosos, cada um revestido num dos lados por uma camada catalisadora de platina, e

separados por um electrólito.

Figura 2: Esquema de princípio de funcionamento de uma pilha de combústivel

O ânodo é alimentado pelo combustível, enquanto o cátodo é alimentado pelo

oxidante. No caso mais simples em que o combustível é hidrogénio molecular as reacções

electroquímicas que ocorrem são as seguintes:

Ânodo: H2 → 2H+ + 2e-

Cátodo: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

Os electrões libertados pela separação das moléculas de hidrogénio no ânodo são

captados pela placa de platina e conduzidos através de um circuito eléctrico até ao cátodo,

originando uma corrente eléctrica contínua. Os iões (neste caso protões) são transferidos para

http://carros.hsw.uol.com.br/baterias.htm


o cátodo através do electrólito, onde se associam às moléculas de oxigénio formando

moléculas de água. Assim, no caso de uma célula de combustível PEFC o produto da reacção

global é apenas água.

Reacção global: 2H2 + O2 → 2H2O

O rendimento eléctrico é superior ao que se obtém no caso dos motores de

combustão interna. Neste segundo caso a energia química contida no combustível sofre uma

série de conversões até atingir a forma de energia eléctrica (química → térmica → mecânica →

eléctrica), resultando em sucessivas perdas de energia. Numa célula de combustível, durante o

processo de conversão da energia química do combustível em energia eléctrica, liberta-se

calor, o que implica que uma parte da energia química não é convertida em electricidade e

portanto o processo não tem um rendimento de 100%. Em sistemas de cogeração, o calor

libertado pode ser aproveitado, o que faz aumentar o rendimento global. O rendimento de

uma pilha de combustível varia de forma inversa à potência devido a perdas por efeito de Ohm

e de polarização.


Os 5 tipos diferentes de pilhas de combustível

PEFC / PEM – Polymer Electrolyte Fuel Cell / Proton Exchange Membrane

Temperatura: <100º;

Combustível: H2;

Eléctrodos: Platina;

Aplicações: Aparelhos portáteis e transporte.

É um sistema de baixa temperatura (<100ºC). O electrólito é uma membrana

polimérica condutora de protões. Os materiais de eléctrodo são filmes delgados de metais

nobres dispersos em suportes de carbono. Os materiais de construção adicionais são

poliméricos. O custo médio destas unidades é de 1.000.000 escudos por kW, para usos civis.

Usam-se também em missões espaciais e militares (submarinos). A eficiência na produção de

energia eléctrica é de 55%.

AFC – Alkaline Fuel Cell

Temperatura: <90º (Elevadas concentrações para altas temperaturas);

Combustível: H2;

Eléctrodos: porosos, platina (Reacções Lentas);

Electrólito: KOH, NaOH;

Aplicações: Aparelhos portáteis e transporte.

É um sistema de baixa temperatura (<90ºC). O electrólito é uma solução concentrada

de hidróxido de potássio (30% KOH). Os catalisadores não são de platina, tais como o níquel

de Raney e a prata em suportes de carbono (PTFE-C). O custo médio destas unidades é de

500.000 escudos por kW. Usam-se em missões espaciais e militares. A sua eficiência na

produção de energia eléctrica pode ir até cerca de 55%, portanto maior que aquela que é

possível por combustão clássica (~35%).


PAFC – Phosphoric Acid Fuel Cell

Temperatura: de 160º - 220º (A baixas temperaturas o H3PO4é mau condutor);

Combustível: H2;

Eléctrodos: platina (Contaminação com CO);

Electrólito: H3PO4;

Aplicações: estacionárias.

Opera até temperaturas de 220ºC. O electrólito é ácido fosfórico concentrado

absorvido numa matriz sólida. Os eléctrodos são de grafite carregados com partículas de

platina ou de metais pouco nobres. Os materiais de construção adicionais são poliméricos. O

custo destas pilhas é de 600.000 escudos por kW. Usa-se no fornecimento de energia

(potências <200 kW), em zonas residenciais e na distribuição de energia para locais remotos

(<11 MW).

A eficiência da célula com o regenerador na produção de energia eléctrica é de 40%.

MCFC – Molten Carbonate Fuel Cell

Ou

Ánodo: CO(g) + CO32-2CO2(g) + 2e-

Temperatura: 600º - 700º (Para a fusão dos carbonatos);

Combustível: H2;

Catalisadores: Ni no ânodo e NiO no cátodo;

Electrólito: Carbonatos de (Na, K, Li) estabilizados com LiAlO2;

Aplicações: estacionárias.

É um sistema de alta temperatura (<700ºC). O electrólito é uma mistura fundida de

K2CO3 (28%), Li2CO3 (32%) e LiAlO2 (40%) contido num cadinho cerâmico. Os eléctrodos são de

níquel (ânodo) e óxido de níquel dopado com lítio (cátodo).

Os materiais adicionais para a construção, são o aço macio e os materiais cerâmicos

Usam-se nas centrais eléctricas. A eficiência da pilha na produção de energia eléctrica é de

65%, valor que cai para menos de 55% se tivermos em linha de conta com o regenerador.


SOFC – Solid Oxid Fuel Cell

Temperatura: 600º - 1000º (velocidades de reacção elevadas sem catalisadores);

Combustível: H2;

Eléctrodos: ânodo é Co-ZrO2 ou Ni-ZrO2 e o cátodo é Sr-LaMnO3;

Electrólito: Y2O3 estabilizado em ZrO2 sólido não poroso;

Aplicações: estacionárias (Custos de fabrico elevados).

É um sistema de alta temperatura (<1000ºC). O electrólito é, essencialmente, um

condutor cerâmico oxianiónico (ZrO2. 15%Y2O3). Os eléctrodos são de Ni (ânodo) e LaMnO3

dopado com Sr (cátodo). Os materiais de construção adicionais são o aço macio e cerâmicos.

Estas pilhas estão numa fase experimental, visando ser usadas como sistemas estacionários da

terceira geração.

Apresentamos no quadro 1, um resumo dos 5 tipos de pilhas de combustível

apresentadas.

Quadro 1 – Características dos cinco tipos de pilhas de combustível

As pilhas de combustível do tipo AFC foram desenvolvidas no âmbito da investigação

espacial incluindo as missões Apollo e Space Shuttle. O elevado custo de produção tem sido o

factor responsável por um atraso no desenvolvimento de deste tipo de pilhas de combustível,

quando comparado com o desenvolvimento das PEFC ou PAFC. As pilhas de combustível dos


tipos PEFC e PAFC agrupam-se na categoria de baixa temperatura de funcionamento, por outro

lado, as pilhas de combustível MCFC e SOFC pertencem à categoria de alta temperatura de

funcionamento. O princípio de funcionamento é semelhante para todos os tipos de pilhas de

combustível. No quadro 2 fazemos a comparação entre as pilhas de combustível de baixa e de

alta temperatura, apresentando vantagens, desvantagens e dimensões características.

Quadro 2 – Comparação entre pilhas de combustível de baixa e alta temperatura


Alínea 1) Cálculo da Energia Primária Necessária

Nesta alínea, foi calculado a energia primária necessária (H2) para uma pilha de

combustível de modo a fornecer a rede 3,68 kW durante 12 horas seguidas. Após obter a

energia calculou-se a massa de hidrogénio correspondente, primeiro para o rendimento

teórico (máximo) e depois estimou-se para um rendimento real (entre 40% a 50%). A

metodologia utilizada foi a seguinte:

Primeiro calculou-se a quantidade de energia produzida nas 12 horas com a potência

de 3,68 kW, utilizando a seguinte expressão:

Atendendo as leis da termodinâmica, sabes que a energia eléctrica teórica possível de

obter pela combinação de hidrogénio com o oxigénio é:

Então facilmente percebemos que para 285,5 kJ de energia “gasta” apenas 237,2 kJ

são convertidos em electricidade, isto é, o rendimento teórico é de 83,0%.

Para o nosso caso, de forma a determinar a quantidade teórica necessária de H2 foi

utilizada a seguinte expressão:

Ou

Após ser calculada a energia teórica necessária, calculou-se a massa de hidrogénio

correspondente a esta energia, utilizando a seguinte expressão:


Resumindo, para podermos fornecer a rede uma potência de 3,68 kW durante 12

horas é necessário teoricamente 1,34 kg de Hidrogénio. Importante é realçar que o

rendimento teórico duma pilha é de 83%, que é o máximo permitido pelas leis da

termodinâmica. No entanto, o rendimento real da pilha será menor e admitindo este varia

entre os 40 a 50%, então a quantidade de hidrogénio necessária real será entre os [2,23 ; 2,48]

kg.

Outro aspecto que relevante é saber qual é poder energético do hidrogénio de forma a

comparar com outros tipos de fontes de energia, a formulação utilizada foi:

Quando já se considera que a gasolina tem um elevado poder energético que é cerca

de 14 kWh/kg, então olhando para os valores do poder energético do hidrogénio poderíamos

dizer que tem um “super” poder energético. Analisando melhor os valores, verifica-se que este

é cerca de duas vezes superior em poder energético, isto é, com metade da quantidade

consegue-se obter a mesma energia, facilitando por exemplo os transportes. Neste aspecto, o

hidrogénio apresenta grande vantagem, para além da poluição evitada quando se utiliza este

tipo de energia.


Alínea 2) Cálculo da Potência Necessária

Nesta alínea, calculou-se a Potência (em tensão de 12 Volt CC) necessária para fazer a

electrólise da quantidade de H2 (calculada na alínea 1), a partir do elemento H2O, para o

rendimento teórico. O primeiro passo foi calcular a energia necessária para obtermos a

referida quantidade de hidrogénio. Este cálculo foi efectuado por dois processos diferentes.

No primeiro foi utilizado a Lei de Faraday e no segundo através do número de electrões

necessários para obter a quantidade de H2 referida. Após verificarmos que os dois processos

convergem para os mesmos resultados, definiu-se o número de horas para calcular a potência

a partir da energia calculada.

Para podermos realizar este exercício foi necessário analisar as equações químicas que

traduzem a electrólise, para o nosso caso, foi os cálculos foram todos feitos com base na

Equação 2, assim as equações das reacções envolvidas na electrólise são:

Oxidação do ânodo (ligado ao pólo positivo do gerador):

Redução do cátodo (ligado ao pólo negativo do gerador):

Reacção Global:

1º Processo

O cálculo da Energia necessária para electrolisar a quantidade de H2 (1340g) foi feito

com base na lei de Faraday e sabendo que a Potência é igual a Tensão x Corrente.

Enunciando a Lei de Faraday temos:

;


E sabendo que:

Por combinação da equação 4 com a equação 5 calculou-se directamente o valor da

energia, a partir da qual se irá calcular a potência para os diferentes cenários. A expressão

utilizada foi:

2º Processo

Neste processo através do número de electrões que é necessário para electrolisar os

1340g de H2, calculou-se a carga (em Coulomb) correspondente, e através da “manipulação”

de várias expressões chegou-se ao valor da Energia. As expressões utilizadas foram:

Para o nosso caso, os 1340g de H2 correspondem a 670,2 moles, então, substituindo

temos:


Análise dos 2 Processos

Tal como se pode observar, pelos dois processos obtiveram-se os mesmos resultados.

Desta forma, garantimos que a energia necessária para realizar a electrólise dos 1340g de

Hidrogénio é 1,55x109 Joules.

Assim, calculada a energia, podemos passar para o próximo passo, isto é, para o

cálculo da potência nos diferentes cenários.

Cálculo da Potência

É importante realçar que a energia calculada foi para o valor teórico considerando

rendimentos máximos nas equações. Para o cálculo da potência, partimos do pressuposto que

a duração da electrólise para obter os 1340g de Hidrogénio é de uma hora, portanto, a

expressão utilizada foi:

Como podemos observar, a potência necessária para obter os 1340 g de hidrogénio é

elevada, se entrarmos com rendimento entre os 40% e 60%, rapidamente se verifica que a

potência necessária (durante uma hora) para obter os 1340g de Hidrogénio aproxima-se de

1MW.


Alínea 3) Análise SWOT

Um exemplo de sistema híbrido consiste numa combinação de painéis FV com pilhas

de combustível. Comparativamente com os sistemas autónomos, a operação de sistemas

híbridos necessita de um controle mais sofisticado. Para um sistema isolado de FV com pilha

de combustível, a pilha de combustível deve funcionar quando a bateria (armazenador de

energia) alcançar um determinado nível de descarga e parar o funcionamento quando a

bateria retornar ao seu estado de carga normalizado.

Na implementação deste sistema híbrido, o componente fotovoltaico com baterias,

apresenta um custo menor do que apenas o sistema fotovoltaico autónomo. Portanto, o custo

total de um sistema híbrido pode ser menor do que um sistema autónomo fotovoltaico para

algumas aplicações. Um exemplo de duas configurações de sistema FV autónomo e híbrido é

esquematizado em seguida.

Figura 3 – Sistema FV – Autónomo e Híbrido Auto-regenerável Figura 4 – Sistema FV – Autónomo e Híbrido

O esquema da figura 3, produz electricidade de modo autónomo, usando o painel FV

para produzir e armazenar hidrogénio a partir de um electrolizador. Este hidrogénio é utilizado

na pilha de combustível para fornecimento de electricidade para a carga. A bateria também é

utilizada para armazenamento de energia do sistema FV e fornecer electricidade para a carga.

No esquema da figura 4, a pilha de combustível produz electricidade independente do módulo

FV, caracterizando um sistema híbrido. A bateria tem a mesma função do esquema anterior,

servindo como armazenador de energia.

O investimento em pilhas de combustível carece de uma análise rigorosa sobre

benefícios, fraquezas, potências investidores, áreas de aplicação e quais as energias que vão

concorrer directamente com as pilhas na sua área de intervenção.


Forças

Analisando as vantagens desta forma de energia, podemos enumerar as seguintes:

Ficam colocadas perto dos centros consumidores, evitando-se investimento de

transporte de energia eléctrica, na protecção destas infra-estruturas e equipamentos auxiliares

e manutenção;

As pilhas de combustível podem ser construídas em pequenas unidades modulares,

em grandes quantidades, facilmente transportáveis e montadas num determinado local em

um intervalo de tempo muito reduzido (se por qualquer motivo deixarem de ser necessárias

no local, poderão num curto espaço de tempo ser facilmente deslocada para outro onde exista

défice de energia);

Reduz-se as perdas eléctricas associadas ao transporte e distribuição;

Densidade energética alta;

Grande eficiência com baixo factor de carga;

Baixa temperatura de arranque;

Não produz vibrações (quase silenciosa);

No processo de funcionamento normal das pilhas de combustível gera-se uma

quantidade significativa de calor que pode ser aproveitado para produzir vapor ou água

quente. Esta optimização permite que haja um aumento da eficiência do sistema;

Se a energia primária das pilhas de combustível for o H2, este pode ser obtido a partir

da electrólise (fotovoltaíco, eólico, hidroelectricidade);

Podem ser utilizadas como sistemas de emergência, em zonas onde não existe rede

eléctrica, em aparelhos portáteis e veículos.

A transformação de energia tem perdas associadas daí que, quanto menores forem as

transformações, melhor é o rendimento. Nas pilhas de combustível existe uma transformação

directa da energia química em eléctrica, o que é uma vantagem face as tecnologias

convencionais de produção de energia eléctrica.

Um factor positivo das pilhas de combustível é a sua simplicidade em termos de

princípios de funcionamento, com a inexistência de movimento mecânico no interior desta e

com a conversão directa da energia.

Quando é usado o hidrogénio como combustível os subprodutos da reacção são o

calor e a água pura, o que significa que a pilha de combustível pode ser vista como tendo “zero

emissões”. Mesmo usando combustíveis fósseis os níveis de poluição são consideravelmente

mais baixos, devido ao elevado rendimento deste tipo de tecnologia, o que permite reduções

no consumo destes combustíveis.

A conversão directa da energia e a inexistência de movimento mecânico no interior da

pilha pode conduzir a sistemas altamente seguros e de longa duração.


Benefícios ambientais:

Minimiza nossa dependência em produtos do petróleo para produzir energia:

O petróleo, gás natural e carvão são um dos tipos de combustíveis fósseis que têm

certas desvantagens. O petróleo é uma fonte limitada, o gás natural é difícil de transportar, e o

carvão é extremamente agressivo ao meio ambiente. As pilhas de combustível poderão

satisfazer as nossas necessidades de energia ao mesmo tempo impede que as reservas de

combustíveis fósseis diminuam. Para isso, deve-se utilizar fontes renováveis de energia, como

a cana-de-açúcar e outras fontes de biomassa, pois durante o seu crescimento, ocorre a

absorção de carbono da atmosfera.

Emite menos gases causadores do efeito estufa:

A maior parte das pilhas de combustível emitem

oxigénio e água como seus subprodutos. Imaginem dentro

de alguns anos que a maior parte da frota de automóveis

emita somente estes componentes ao invés de monóxido

de carbono, dióxido de carbono e outros gases nocivos.

Embora algumas pilhas de combustível emitam dióxido de

carbono, a emissão é em pequenas quantidades.

Mais eficiência na geração da energia e no consumo da fonte de energia:

Actualmente, os motores a combustão interna mais eficientes apresentam valores de

eficiência de 25 a 30%. No entanto, em média, este valor varia entre 13 a 20%. As plantas mais

eficientes de geração de energia têm eficiência de 33 a 35%. As pilhas de combustível mais

usuais no momento são as de ácido fosfórico (PAFC) e as que utilizam metanol (DMFC),

apresentando uma eficiência de 40%. Entretanto, quando é utilizado num sistema de

cogeração (onde se aproveita o calor produzido para gerar mais energia), as pilhas de ácido

fosfórico podem obter eficiência de 85%. Outras tecnologias de pilhas de combustível têm suas

eficiências variando desde 40% até 85%. De um modo geral, todas as pilhas de combustível

têm eficiência maior que os motores a combustão e plantas de geração.

Redução de Baterias nos Aterros Sanitário:

As micro células de combustível são potenciais

substitutos da maioria das baterias recarregáveis usadas

hoje em dia em muitos tipos de equipamentos

electrónicos. Além dos benefícios em performance que

as células oferecem (embora em protótipos pouco

práticos), elas também podem reduzir potencialmente

uma vasta quantidade de baterias colocadas nos lixos e

que vão parar aos aterros sanitários. O efeito destas

baterias nos aterros é a contaminação dos lençóis

freáticos, fonte de água potável, algo muito raro nos

dias de hoje. A cada ano, bilhões de baterias são


compradas, usadas, e deitadas fora por todo o mundo, principalmente nos EUA. Por exemplo,

no ano de 1998, mais de 3 bilhões de baterias industriais e de uso doméstico foram vendidas.

Todos os anos, a requisição por baterias cresce entre 5 e 6%, devido ao crescimento na venda

de telemóveis, câmaras de vídeo, computadores portáteis, ferramentas que utilizam baterias e

brinquedos. As baterias são uma fonte potencial de lixo tóxico. Este tipo de lixo é responsável

por 20% do lixo tóxico gerado nos EUA por residências e empresas. Praticamente todas as

baterias recarregáveis usadas em laptops e outros equipamentos portáteis são de níquel-

cádmio. O vazamento de metais pesados no solo como o cádmio e o níquel, e na água de rios é

um problema de grande preocupação.

As pilhas de combustível têm uma expectativa de vida muito superior quando

comparadas com as baterias recarregáveis w são construídas com materiais menos nocivos.

Desta forma, com o aumento do uso de pilhas de combustível em micro-aplicações, espera-se

que diminua a contaminação de metais pesados nos aterros sanitários.


Fraquezas

No entanto, as pilhas de combustível apresentam inconvenientes, tais como:

Custos elevados quer na investigação, nos materiais usados, na produção das pilhas e

nos processos de fabrico;

Intolerância à impureza do H2;

O conhecimento destas técnicas encontra-se restrito a um número limitado de

pessoas.

Existe uma falta de infra-estruturas para a produção, transporte e armazenamento do

combustível hidrogénio e as poucas infra-estruturas que existem estão viradas para a indústria

química em geral;

A produção do hidrogénio que recorre ao uso intensivo de energia e que resulta

muitas vezes dos combustíveis fósseis;

O combustível, consoante o tipo de célula de combustível em questão, necessita de

estar livre de determinados contaminantes, caso contrário, as pilhas de combustível podem

ver o seu rendimento reduzido, podendo em casos extremos deixar de funcionar.

A existência de sistemas auxiliares para as pilhas de combustível tem componentes

sujeitos a avarias. A falha de um deles pode comprometer todo o processo de produção de

energia. Associado a estes sistemas, aumenta também as necessidades de manutenções.

O hidrogénio como combustível do futuro para os veículos tem sido veiculado pelos

media e pelos grandes construtores, mas existem vários problemas de ordem técnica, antes de

podermos ter esse cenário:

- A produção de hidrogénio pois os combustíveis fósseis não podem ser a solução e

para que as renováveis o sejam, necessitamos de mais investimentos;

- O armazenamento do hidrogénio, os -250º C a que o hidrogénio tem de estar para ser

líquido levanta grandes dificuldades no seu armazenamento nos veículos;

- A distribuição do hidrogénio uma vez que não há bombas de hidrogénio em

quantidade suficiente, nem sequer um conceito standard ainda.

Como referido ao longo do trabalho, uma célula de combustível usa o oxigénio e o

hidrogénio para produzir electricidade. O oxigénio exigido para uma célula a combustível vem

do ar, então, numa célula combustível PEM, o ar atmosférico é bombeado para dentro do

cátodo. No entanto, o hidrogénio não é obtido com tanta facilidade. Existem algumas

limitações que o tornam impraticável para a maioria das aplicações (por exemplo, não existem

tubulações de hidrogénio vindo das residências, e nem é possível usar bombas de hidrogénio


nos postos de gasolina). O hidrogénio é difícil de ser armazenado e distribuído. Seria bem mais

conveniente se as pilhas de combustível pudessem usar outros combustíveis mais acessíveis.

Este problema pode ser resolvido recorrendo a um aparelho chamado reformador, que

transforma combustíveis de hidrocarboneto ou álcool em hidrogénio, podendo então ser

usados para alimentação da célula de combustível. Infelizmente, os reformadores não são

perfeitos, geram calor e produzem outros gases além do hidrogénio. Para além disto, os

reformadores são constituídos por vários aparelhos com o objectivo de purificar o hidrogénio,

no entanto, não conseguem produzir hidrogénio puro, diminuindo assim a eficiência da célula

de combustível.

O gás natural, o propano e o metanol são considerados os combustíveis de maior

probabilidade de aplicação. Já existem inúmeras residências e prédios abastecidos por gás

natural ou tanques de propano, de modo que esses combustíveis são os de aplicação mais

provável para as pilhas de combustível de uso doméstico. O metanol é um combustível líquido

com propriedades semelhantes às da gasolina (fácil de transportar e distribuir) e portanto um

candidato provável para suprir de energia os carros de pilhas de combustível.


Oportunidades

A percepção de que as pilhas de combustível constituem um modo de produção de

energia próprio, silencioso e com elevado rendimento potencial suscita interesse de diversas

áreas da indústria e da sociedade tais como, o sector dos transportes, da co-geração

descentralizada de energia eléctrica e calorífica e outras aplicações como nos telefones e

computadores.

Outras aplicações futuras possíveis das pilhas de combustível, além de produção de

energia eléctrica em pequena escala em sítios remotos como no espaço, são a produção de

electricidade em grande escala, a tracção de veículos e a queima de produtos secundários

como o hidrogénio resultante de processos químicos industriais, de modo a recuperar a

energia eléctrica.

Sob o ponto de vista ambiental, estas pilhas também têm muito interesse pois a

quantidade de CO2 libertado para a atmosfera é menor por MW de electricidade que noutros

processos de produção de energia eléctrica. A produção de automóveis eléctricos em grande

escala irá, na próxima década, depender muito das baterias de lítio mas, na geração seguinte

(terceira década deste milénio) é seguro que os automóveis e outros veículos eléctricos vão

depender das pilhas de combustível em que o hidrogénio será, certamente, um dos

combustíveis mais apropriados.

Esta revolução está a ser encorajada à escala mundial, em zonas geográficas que se

estendem da América do Norte à Ásia, da Australásia à Europa, e que envolvem agências

nacionais e internacionais, departamentos governamentais, instituições financiadoras,

organizações com variados interesses económicos. Estes agentes industriais procuram pilhas

não poluidoras, de elevada eficiência e preço acessível (250.000 escudos por kW), o que se

presume venha a acontecer muito em breve.

Em Portugal, somente na vertente da investigação é que tem vindo a ser realizado

algum trabalho sobre pilhas de combustível pelos Professores João Labrincha Batista

(Universidade de Aveiro), César Sequeira e João Toste Azevedo (Instituto Superior Técnico) e

pela Doutora Cármen Rangel (Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial).

Recentemente, o projecto Europeu OPET-Portugal (“Organisation for the Promotion of

Energy Technologies in Portugal”) propôs a promoção da tecnologia das pilhas de combustível

em Portugal, tarefa que será liderada pela CORA-ESA alemã.

Assim, Pilhas de Combustível tornaram-se nas mais importantes tecnologias

emergentes de conversão de energia dos nossos dias.


Aplicações dos sistemas fotovoltaicos com células combustíveis / baterias

Aplicação 1: Protótipo Hélios

O Hélios é um exemplo de sistema autónomo que usa célula combustível. A asa

voadora do Hélios é impulsionada por 14 motores eléctricos de 2 HP cada. A energia é gerada a

partir de células fotovoltaicas montadas na superfície externa de sua fuselagem e de um

sistema de células combustível regenerativas. Durante o dia a luz solar movimenta os motores

e faz a electrólise da água armazenada, transformando-a em hidrogénio e oxigénio. O

hidrogénio armazenado é utilizado à noite pelas células combustíveis para movimentar os

motores e gerar novamente água, possibilitando voar por longos períodos a altíssimas

altitudes e sem poluentes. A figura 5 mostra o protótipo em teste no ar e na tabela 1

apresenta-se as suas características técnicas (CELULA A COMBUSTÍVEL, 2005).

Figura 5 - Exemplo de sistema autónomo fotovoltaíco usando células combustíveis – Protótipo Hélios.

Peso máximo 928 kg

Carga útil 329 kg, incluído instrumentos e energia suplementar

Energia Eléctrica 62120 Células solares de dupla face com eficiência de 19%

Propulsão 14 motores eléctricos CC de 2 HP cada um, hélices de 2 metros projectadas para grande altitude

Velocidade 30 a 43 km/h a baixas altitudes e até 273 km/h a grandes altitudes

Altitude Até 100000 pés

Autonomia De dias a meses

Materiais Fibra de carbono, plástico transparente de alta resistência

Tabela 1 - Características técnicas do sistema Hélios

Foram utilizados inicialmente, baterias e painéis fotovoltaicos que alimentavam os

motores no período diurno. No período nocturno, houve a necessidade de energia superior

aos da bateria, passando a ser utilizado posteriormente célula combustível regenerativa. O

sistema de célula combustível tem densidade de energia maior do que qualquer bateria (trinta

vezes superior às baterias de chumbo ácido).


Aplicação 2:Comunidade isolada no norte da Islândia

A partir de modelos de sistemas híbridos existentes, como o fotovoltaico – diesel,

pesquisas desenvolvidas pela Helsinki University of Techonoloy (HUT) e a empresa NAPS Ltd,

foi traçado um perfil de inovação tecnológica e científica do modelo sistema FV – pilha de

combustível. Foram encontradas soluções práticas mais efectivas para a distribuição de

armazenamento ao longo prazo em algumas comunidades isoladas dos centros urbanos e com

difícil acesso ao fornecimento de energia convencional. Essas comunidades chegam a passar

três meses com radiação solar insuficiente.

No sistema híbrido que utiliza óleo diesel como gerador a dificuldade de

reabastecimento do combustível, poluição e ruídos no período de funcionamento são factores

que determinaram a utilização de outros tipos de geração.

O local de testes para pesquisa localiza-se no norte da Finlândia a 60º N de latitude. A

partir das simulações dos parâmetros, padrões dos sistemas fotovoltaicos e a capacidade de

armazenamento de carga, foram remodelados até encontrar melhor eficiência (LUND, 2001).

Durante o ano, o fornecimento de energia a carga, possibilita a operação em regime

constante, sendo suprido pela célula combustível e banco de baterias a partir do sistema

fotovoltaico. Nos primeiros e últimos dias do ano, a célula combustível fornece electricidade

para a carga usando o hidrogénio como combustível. Nos demais dias a utilização dos módulos

fotovoltaicos fornece electricidade para consumo de energia e para recarga da bateria.

Aplicação 3: Residência auto-sustentável e parque solar – hidrogénio

A utilização do sistema fotovoltaico para a geração de electricidade também pode ser

implementada em conjunto com o hidrogénio, possibilitando a utilização da autonomia

energética para o consumidor secundário com a distribuição e alimentação da energia

produzida. Estudos recentes da U.S. National Academy prevêem o uso do hidrogénio mais

próximo. A utilização deste conceito é visualizada em duas implementações distintas. A

primeira é a residência individual ou edifício, que apresenta autonomia na energia com a

produção, armazenamento e distribuição. A fonte primária da energia é o sol, convertida em

electricidade por módulos fotovoltaicos e utilizada no processo da electrólise para a produção

do hidrogénio. O armazenamento do hidrogénio é usado na célula combustível para produção

de electricidade, como também para combustível do carro, possibilitando assim a

independência do uso da energia. O excesso da electricidade é fornecido à rede eléctrica. A

figura 6 resume este tipo de implementação (KAZMERSKI, 2004).


Figura 6 - Casa auto-sustentável de electricidade usando fontes de energia fotovoltaica/hidrogénio

A segunda implementação é a distribuição de electricidade pelo sistema fotovoltaico

/hidrogénio: parque solar/hidrogénio para comunidade constituída de residências, edifícios e

comércio com posto de abastecimento de combustível para automóveis, camionetas e

camiões. A obtenção da electricidade e armazenamento do hidrogénio como combustível para

a célula combustível apresenta o mesmo processo da primeira implementação.


Estudo Económico de um sistema híbrido ligado a Rede de BT

Para o estudo económico foram definidos dois cenários, no primeiro, admite-se que

toda a energia produzida pelos painéis serve para produzir hidrogénio. No segundo cenário,

admite-se que a energia produzida pelos painéis vendida directamente a rede à excepção de

que quando for superior à potência de 3,68 kW, esta será para produção de Hidrogénio. Assim,

após definidos os cenários, é feito uma balanço económico do qual poderemos ter uma ideia

dos tempos de retorno de cada cenário permitindo assim ver em qual destas áreas é melhor

investir.

Para o nosso estudo, foi necessário entrar com alguns pressupostos, assim a

zona/região onde se pretende instalar o sistema híbrido é o Norte de Portugal, definindo-se

assim uma radiação média anual de 1500 kWh/m2.

Cenário 1:

Neste cenário, como já foi referido, toda a energia obtida pelos painéis serve para

produção de H2 que depois será utilizado para vender a rede. Foi considerado para este

cenário uma instalação com 80 m2 de painéis fotovoltaicos, considerando um preço de

1500€/m2. Na tabela 2 apresentam-se as características do nosso sistema e a energia

aproveitada pelos nossos painéis.

Painéis solares

Ht médio (kWh/m2/ano) 1500 Rendimento painel 15%

Área (m2) 80 Rendimento MPPT 0,95 Energia (kWh/ano) 17100

Energia (J) 6,16E+10 Tabela 2 – Energia obtida através da instalação

Sabendo que a energia necessária para se obter 1,34 kg de H2 é de 1,55x109 J, então o

número de vezes que se pode electrolisar aquela quantidade de H2 com a energia obtida pelos

painéis solares é dado por:

Sabendo que a energia é vendida a 0,65 €/kWh no regime bonificado e que a energia

que se consegue obter com 1,34 kg de H2 é de 44,16 kWh então o valor que se consegue

vender a rede com a energia obtida pelos painéis é:

A energia é dada por:


Cenário 2:

Neste cenário, admite-se que toda a energia produzida pelos painéis é vendida a rede,

excepto a energia cujo valor da potência é superior a 3,68kW de forma a beneficiar sempre do

regime bonificado. Assim, a energia que “sobra” servirá para produzir hidrogénio. Para este

cenário consideraram-se valores médios anuais tanto para o dia como para os valores da

potência. Para este cenário foi considerado a mesma área de painéis que no cenário 1, na

prática, corresponde a que durante 8 horas, a potência obtida pelos painéis é superior a

3,68kW, isto é, a energia utilizada para produção de H2.

Na tabela 3, podemos ver os valores calculados da média do maior dia do ano com o menor dia.

Dia Duração (Horas)

21 de Dezembro 9,45

21 de Junho 14,55

Média 12,00

Admite-se que o dia nasce ás: 6

e se põe ás: 18

Tabela 3: Cálculo da média de um dia, hora do nascer e pôr-do-sol.

De seguida, sabendo que o valor máximo da potência é ao meio dia e os valores

mínimos são as 6h e 18h, então foi feito uma distribuição da potência ao longo do dia. No

gráfico 1 podemos visualizar o resultado desta distribuição, permitindo assim fazer os cálculos

da energia “sobrante” para produção de H2.

Gráfico 1 – Distribuição da Potência ao longo do dia.

A energia total fornecida a rede pelo sistema fotovoltaico, é delimitada pela curva azul

e inferior a recta vermelha e toma o valor de 37,53 kWh, assim, a energia restante, isto é

delimitada pela curva azul e superior a recta vermelha serve para produzir Hidrogénio e toma

o valor de 3,35x107 J.

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,5

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Po

tên

cia

em k

W

Horas

Potência Média Diária

Potência Potência = 3,68kW


No entanto, para se fornecer a rede a potência de 3,68kW durante 12 horas o sistema

fotovoltaico não é suficiente sendo compensado pelas pilhas de combustível. Assim torna-se

necessário calcular a energia a produzir pelas pilhas de combustível. Feitos os cálculos, esta

energia toma o valor de 6,63 kWh, ou seja 2,39x107 J, ou seja, tendo em conta que o

rendimento (teórico) numa pilha de combustível é de 83%, a energia necessária para obter

aquela quantidade de energia eléctrica é 2,87x107 J, o que corresponde a 202g.

Para saber o número de vezes que conseguimos obter os 202g de H2 usamos a

seguinte expressão:

Então terá de comprar H2 para cerca de 364 dias isto é cerca de 73kg

Sabendo que o preço do H2 é cerca de 8,03 €/kg então para os 73kg é gasto 588€ por

ano. No entanto com este tipo de sistema aquilo que se consegue vender a rede anualmente é

dado por:

Balanço económico dos 2 cenários:

Com este balanço económico simples, podemos observar rapidamente em qual destes cenários é melhor apostar, isto é, através do tempo de retorno facilmente vimos qual é o melhor cenário para este tipo de negócio. Assim para o balanço, é calculado o valor do investimento, valor vendido anualmente e gastos anuais. O tempo de retorno é dado pela seguinte expressão:

Para o Cenário 1:

Investimento Sistema FV

Material Preço Unitário Unidades Preço Total

Painéis solar, Instalação, mão de obra (€/m2) 1.500,00 € 80 120.000,00 €

Tabela 4 – Investimento no Sistema FV de 80m2

Considerando que este sistema não tem manutenção e sendo o valor da energia vendida anualmente = , então o tempo de retorno é:


Para o Cenário 2:

Investimento no Sistema Híbrido

Material Preço Unitário Unidades Preço Total

Pilha de Combustível (€/KW) 15.000,00 € 4 60.000,00 €

Painéis solar, Instalação, mão-de-obra (€/m2) 1.500,00 € 80 120.000,00 €

Total 180.000,00 €

Tabela 5 – Investimento no Sistema Híbrido

Valor Vendido anualmente 10.476,96 €

Valor Comprado anualmente -588,62 €

Custo com manutenção -1.000,00 €

Balanço anual 9.888,34 € Tabela 6 – Balanço do Sistema Híbrido

Sabendo o investimento e o nosso balanço anual, o tempo de retorno é:

Conclusão sobre Balanço económico dos 2 cenários:

Facilmente se verifica que o cenário 2 é muito mais vantajoso, visto que o tempo de

retorno é muito inferior ao do cenário 1, concretamente o retorno do cenário 2 é cerca de 6

vezes mais rápido, não havendo dúvidas portanto em qual desses apostar.


Conclusões

As pilhas de células de combustível são máquinas electroquímicas, produzem

electricidade convertendo energia química em potência eléctrica sem movimento rotativo,

nem combustão.

É uma tecnologia que começa a aparecer cada vez mais, que comparativamente com

outras tecnologias tradicionais de produção proporciona alta eficiência (mesmo para potências

baixas) e reduzidas emissões acústicas.

As pilhas de combustível são amigas do ambiente, pois mesmo com a utilização de um

combustível fóssil, não produzem gases nocivos que contribuem para o aparecimento das

chuvas ácidas, nem libertam partículas poluentes que ponham em risco a qualidade do ar,

nenhum hidrocarboneto é derramado durante operação normal, e comparando com o dióxido

de carbono libertado com as outras tecnologias que usam este tipo de combustível, mesmo

com as mais eficientes o valor é bastante menor.

Permitem aumentar ou diminuir a potência de operação (capacidade de regulação)

respondendo rapidamente à carga, são simples de instalar, tem versatilidade de fontes na

alimentação, podem ser combustíveis fósseis (petróleo, óleo, gás natural, etc.), hidrogénio

puro produzido por electrólise (energia vinda de fontes renováveis como sol, o vento, a água,

etc.), a biomassa, etc.

Para além destas vantagens, convém realçar que esta é uma tecnologia revolucionária

por apresentar elevados índices de qualidade de energia, bem como permitir um

funcionamento contínuo sem interrupção durante um número de horas baste superior ao das

tecnologias tradicionais. Estas características permitem que sejam utilizadas em equipamentos

sensíveis a variações de corrente e tensão nomeadamente: hospitais, centros de tratamentos

de dados, bancos, esquadras de polícia e qualquer outro tipo de instalações com missões

importantes, servindo por vezes de geradores de emergência garantindo assim alimentação

para as cargas básicas.

Para locais remotos sem acesso para a rede de eléctrica as pilhas de combustível

constituem boas alternativas para a produção de energia. As Instalações poderão fazer o uso

efectivo de calor, usando aquela energia que se liberta aumentando a eficiência do sistema.

Assim alguns dos tipos de pilhas de combustível podem fornecer a oportunidade para fazer a

transição dos combustíveis fósseis, como gás natural, metano, e hidrocarboneto líquidos, para

o que muitos consideram ser o combustível do futuro, o hidrogénio.

No entanto os custos elevados das pilhas de combustível não estão ao alcance de

todos, constituindo assim a principal barreira para a implementação desta alternativa. Outro

aspecto negativo apontado é a falta de experiência em termos de durabilidade ao longo do

tempo da maior parte destas tecnologias de pilhas de células de combustível e a necessidade

de se estabelecer uma infra-estrutura para apoiar esta tecnologia. A viabilidade desta

tecnologia segundo especialistas da área poderá chegar dentro de 2 a 3 anos.

pdis – pilhas de combústivelee02035/pilhas_combustivel.pdf · de três horas para 20 horas com o...

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