A Célula de Hidrogênio

...

Consciente disso, o trabalho trata de informações importantes sobre a célula de combustível. Desde sua origem, o processo de obtenção de energia, vantagens e desvantagens do uso, e suas informações atuais.

-

CÉLULA COMBUSTÍVEL DE HIDROGÊNIO

-

O QUE É?

As células a combustível são, em princípio, baterias (pilhas) químicas, ou seja, dispositivos que convertem energia química diretamente em energia elétrica e térmica, possuindo, entretanto, uma operação contínua graças à alimentação constante de um combustível (PRAKASH, 2002).

Esta conversão ocorre por meio de duas reações eletroquímicas parciais de transferência de carga em dois eletrodos separados por um eletrólito apropriado, ou seja, a oxidação de um combustível no anodo, que seria o hidrogênio, e a redução de um oxidante no catodo, o oxigênio (do ar ambiente). Nessa tecnologia, temos a formação de água e produção de calor, além da liberação de elétrons para um circuito externo, que podem gerar trabalho elétrico. [pic 2]

[pic 3]

-

ONDE E QUANDO COMEÇOU A SER UTILIZADA?

A célula combustível é uma tecnologia bastante antiga, tendo sido desenvolvida em 1839, pelo físico inglês William Grove, que conhecia o princípio da eletrólise da água – ao passar corrente elétrica através da água, era possível isolar seus constituintes, hidrogênio e oxigênio. Por isso, ele pensou em fazer o reverso dessa reação e, ao combinar esses dois elementos, obteve água e energia elétrica. Entretanto, naquele tempo, não havia muita aplicação para o seu projeto. Mesmo assim, em 1889, dois cientistas criaram o nome célula a combustível. Essa célula só teve aplicação no século seguinte, quando a Agência Espacial dos EUA, a NASA, a levou para o espaço nos projetos Gemini e Apollo.

-

PROCESSO DE GERAÇÃO DA ENERGIA

Todas as células de combustível são constituídas por dois eletrodos, um positivo e outro negativo, designados por, cátodo e ânodo, respectivamente [Larminie, 2002].

Igualmente, todas as células têm um eletrólito, que tem a função de transportar os íons produzidos no ânodo, ou no cátodo, para o eletrodo contrário, e um catalisador, que acelera as reações eletroquímicas nos eletrodos.

[pic 4][pic 5]

O combustível da célula é o hidrogênio (H2), que antigamente era obtido através da reforma do metano (CH4). Esse processo não era viável economicamente, pois se fazia necessário fazer uma reforma catalítica para gerar o H2.

CH4(g) 2 H2(g) + C(s)[pic 6]

Mas hoje em dia, o H2 pode ser obtido através da eletrólise da água.

H2O(g) H2(g) + O(g)[pic 8][pic 7]

Assim, o processo de obtenção de energia inicia-se quando o hidrogênio (H2) entra no ânodo (polo negativo) da célula. No ânodo ocorre as reações de oxidação (perda de elétrons), desse modo, sabe-se que o hidrogênio oxida, e sofre a seguinte reação:

H2(g) 2 H+ + 2 e- (o H2 passa de nox 0 para nox +1)[pic 9]

Os elétrons perdidos pelo H2 caminham pelo ânodo e vão para a parte seca (os fios), nunca pela parte iônica, pois a solução iônica não tem elétrons, e sim íons. Essa solução é conhecida como ponte salina, que se faz necessária para permitir o fluxo de cátions H+ de um polo parra o outro. Nesse fio por onde passa os elétrons, instala o aparelho, que vai funcionar com essa energia gerada pela célula. Cada mol de H2 gera 0,7 V de energia.

1 mol de H2 0,7 V[pic 10]

No outro lado da célula, fica o cátodo (polo positivo), que é alimentado pelo oxigênio (O2) proveniente do ar. No cátodo ocorre as reações de redução (ganho de elétrons). Desse modo, sabe-se que o oxigênio reduz.

O oxigênio entra na célula, e por ser muito eletronegativo, recebe os dois elétrons que passam do fio para a placa catódica (os elétrons partem do polo negativo para o polo positivo), e também reage com os cátions H+, sofrendo a seguinte reação.

O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e- 2 H2O(l) (o O2 passa de nox 0 para nox -2)[pic 11]

Percebe-se que para cada mol de O2 são necessários dois mols de H2.

1 mol de O2 2 mols de H2[pic 12]

Os produtos gerados por essa reação são a água e calor, onde o H2O pode ser reaproveitado para sofrer a eletrólise, e abastecer a célula com hidrogênio.

Então, se o hidrogênio perde elétrons e o oxigênio ganha, mantem-se assim uma corrente, um fluxo de elétrons, que passa sempre do ânodo para o catodo. Portanto, a energia da célula combustível de hidrogênio obtém sua energia desse fluxo.

-

VANTAGENS DO USO DA CÉLULA COMBUSTÍVEL DE HIDROGÊNIO

- Possui uma maior velocidade de combustão;

- Reduz consideravelmente a emissão de poluentes na atmosfera;

- A célula é considerada 25% mais eficiente do que o motor à combustão interna;

- O seu processo de produção é realizado de maneira descentralizada;

- Se torna considerado como um combustível renovável sempre que produzido através de fontes e tecnologias renováveis, tal como a eólica, a solar e a hidráulica;

- O seu uso diminui cerca de 50% da emissão de dióxido de carbono;

- É um recurso muito abundante;

- É um combustível de alta eficiência de desempenho;

- É ecologicamente correto;

- Possui flexibilidade em seu planeamento;

- A substituição dos combustíveis fósseis pelas células de combustíveis prometem melhorar a qualidade do ar, diminuindo ainda a quantidade de do consumo de água;

- O combustível hidrogenado não sofre paragens bruscas por causa de atritos ou falhas nas partes móveis o veículo em