Devemos também mencionar o Honda Clarity e o Hyundai Tucson FCEV, todos os três carros muito caros - cerca de 60.000 euros - que são produzidos em produção de ração gota-a-gota e que dificilmente estão nas mãos de particulares. Estes problemas, aliados a uma infra-estrutura de reabastecimento dedicada que quase não existe fora de alguns locais específicos, não os tornam propriamente atraentes para o público em geral.
Vamos ver como funciona para o entender melhor.
O que é uma célula de combustível
Basicamente é um dispositivo que, graças a um combustível e um oxidante, gera uma reacção química de oxidação no ânodo que liberta electrões, que passam através do electrólito, recombinam no catódico através da redução e, portanto, produzem electricidade. Para facilitar, podemos dizer que dois elementos químicos entram, e como resultado obtemos electricidade e outro elemento químico. No caso dos veículos, entra hidrogénio (H2) e ar (O2), que reage através de um electrólito para fornecer electricidade e água (H2O).
Os veículos a pilhas de combustível são eléctricos, apenas que em vez de acumularem toda a energia obtida de uma fonte externa (ficha ou painel solar) geram-na a bordo com um combustível que terá de ser reabastecido. Eles têm uma vantagem evidente em autonomia, porque fazem mais quilômetros por "recarga" e isso leva alguns minutos. Por outro lado, têm a desvantagem óbvia de necessitarem de hidrogénio de pureza muito elevada, caso contrário, os materiais delicados e caros que compõem as baterias estão contaminados.
Para compreender melhor, deixo-vos um vídeo muito explicativo sobre as pilhas de hidrogénio combustível:
Tipos de células combustíveis
Dependendo do combustível utilizado, podem ser hidrogênio, metanol, etanol ou glicose. No caso dos veículos, o combustível mais comum é o hidrogénio, mas a classificação mais comum é de acordo com o electrólito utilizado.
- Células a combustível com membranas PEM (Proton Exchange Membrane): Estas são as mais utilizadas na indústria automóvel (a DuPont normalmente fabrica a membrana), principalmente porque operam a baixas temperaturas, ou seja, entre 60 e 80 ºC. As cargas de mudança são iões H+.
- AFC (Células de Combustível Alcalinas): Neste caso trabalham a uma temperatura mais elevada, cerca de 120ºC. Neste caso, as cargas que passam através do catalisador são iões OH.
- Células combustíveis PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cells): Trabalham a alta temperatura, cerca de 220 ºC, utilizam ácido fosfórico como eletrólito, e as cargas em movimento são H+.
- Células combustíveis MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells): São utilizadas em grandes centrais de geração de energia. Eles operam a temperaturas muito altas, entre 600 e 700 ºC, e as cargas em movimento são de CO32-.
- SOFC (Solid Oxide Fuel Cells): Muito semelhantes às anteriores, operam entre 600 e 1.000 ºC, e são utilizadas em grandes instalações como recuperadores de calor. As cargas de mudança são de O2-ions. A Nissan apresentou este ano um protótipo e-NV200 alimentado por uma célula SOFC de bioetanol.
A utilização do hidrogénio garante as emissões mais limpas, apenas vapor de água, as outras soluções geram mais resíduos.
A aplicação em veículos
E como é que aplicamos isto a um veículo? Bem, a verdade é que muita coisa mudou desde que a GM lançou a sua Electrovan. Os componentes tornaram-se tão simplificados e miniaturizados que suas embalagens agora se encaixam em quase todas as plataformas. Em geral, um veículo a pilha de combustível a hidrogénio é basicamente um veículo eléctrico, muitos componentes são comuns aos modelos alimentados por bateria. Em geral, é composto pelas seguintes partes:
- Tanques de combustível (hidrogênio)
- Célula de combustível de hidrogênio
- Baterias de reserva
- Um ou mais motores elétricos
O combustível passa através do ar, através da célula de hidrogênio, e gera eletricidade e água. Isto carrega a bateria de reserva e conduz o veículo através dos motores eléctricos.
Como compreenderá, são os tanques de hidrogénio que ocupam mais espaço, uma vez que são cilindros pressurizados, que devem manter o gás em estado líquido para minimizar o volume que ocupam. Ao longo da evolução do carro a célula de hidrogênio, eles têm sido a grande dor de cabeça dos designers. O hidrogénio comprimido tem uma densidade muito baixa por unidade de massa (pesa muito pouco) mas ocupa muito espaço devido à sua baixa densidade por unidade de volume.
O reabastecimento dos tanques não leva mais tempo do que o enchimento com gasolina. Claro, embora já tenha níveis de segurança muito elevados, o manuseamento do hidrogénio ainda é perigoso... e estranho. Alguém viu uma fábrica de hidrogénio? E isto leva-nos à próxima pergunta: porque é que esta tecnologia não tem tido sucesso?
O futuro
Apesar de ter investido mais de 2.500 milhões de dólares, 50 anos de esforço e ter feito mais de 5 milhões de quilômetros em condições reais no caso da General Motors, ela não decolou. E há dois fatores fundamentais que a impedem de decolar: o desenvolvimento da infra-estrutura de abastecimento é muito escasso e o preço dos componentes, e portanto dos veículos, é muito alto.
Se a isto acrescentarmos que o carro eléctrico está a amadurecer muito rapidamente, e a baixar o seu preço, tenho a sensação de que os carros a hidrogénio são o equivalente aos vídeos Betamax dos anos 70-80: falharam antes de nascer... mas não completamente. Parece que existem nichos onde podem ser muito interessantes, como aplicações militares (ver ZH2 da GM) ou transporte pesado, tanto para passageiros (o Toyota H2, criado para os Jogos Olímpicos de Tóquio 2020) como para mercadorias (Nikola One, Renault Maxity).
Em qualquer caso, quer tenha ou não sucesso, devemos estar gratos pelos esforços de P&D feitos por algumas empresas como a GM, para nos levar à próxima geração de veículos não-poluentes.
Os fabricantes acreditam que será uma tecnologia que coexistirá com veículos puramente eléctricos num futuro em que os combustíveis fósseis tenham perdido o seu protagonismo, ou seja, para além de 2030. A célula de combustível faz mais sentido em veículos maiores ou que vão percorrer distâncias maiores, enquanto os veículos puramente eléctricos são mais adequados para distâncias curtas ou médias. Portanto, são tecnologias complementares, uma não substitui a outra.
