O que é uma Celula à Combustível

Célula à Combustível é um dispositivo que combina hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade, tendo a água e o calor como sub-produto.

Enquanto houver alimentação destes gases a célula produzirá energia elétrica. A conversão do combustível em energia ocorre via um processo eletroquímico, sem combustão, o que torna o processo limpo, totalmente silencioso e altamente eficiente. Apenas para se ter uma idéia, algo em torno de 2 a 3 vezes a eficiência de um sistema a combustão.

Tipos de Célula à Combustível

Células à Combustível são uma família de tecnologias que produzem energia elétrica através de processos eletroquímicos, ao invés de combustão. Existem muitos tipos de Células à Combustível, mas as principais incluem Células Alcalinas (AFC), Células de Membrana de Troca Protônica (PEM), Células de Metanol Direto (DMFC), Células de Carbonato Fundido (MCFC), Células de Ácido Fosfórico (PAFC) e Células de Óxido Sólido (SOFC). Todas estas tecnologias citadas já possuem produtos comerciais.

Cada tipo de Células à Combustível possui características particulares, como diferentes temperaturas de operação, catalisadores e eletrólitos. As características de operação de uma Célula à Combustível ajudam a definir sua aplicação, por exemplo, para baixas temperaturas utilizam-se células tipo PEM ou DMFC, que podem ser aplicadas também em veículos, empilhadeiras, ônibus, unidades de Backup para telefonia, data-centers, hospitais, etc.

Pesquisadores do mundo todo continuam melhorando as tecnologias em Células à Combustível, sempre buscando diferentes materiais que possibilitem uma melhora de desempenho do sistema e uma redução dos custos para sua fabricação.

Há também desenvolvimentos de novas tecnologias como em Células Micro Biológicas que estão sendo analisadas ainda em escala laboratorial ou piloto.

Características de Células à Combustível tipo Membrana de Troca Protônica (PEM)

Eletrólito: Membrana de Polímero Sólido.
Catalisador: Platina é o catalisador mais ativo para Células de baixa temperatura.
Temperatura de Operação: De 60ºC a 80ºC.
Eficiência Elétrica: De 40% a 90% se usado em Ciclo Combinado de Calor (CHP).

Células PEM operam sob temperaturas relativamente baixas, possuem alta densidade de potência, e podem variar a saída de energia rapidamente para suprir as demandas de potência. Elas são muito bem utilizadas em aplicações de energia onde é necessária uma partida rápida, como em automóveis, empilhadeiras, e unidades de backup.

O range de uma simples unidade pode variar desde poucos Watts até kiloWatts e podem ser modulares, suprindo demandas de altas potências. As maiores unidades PEM sendo instaladas são da ordem de 1 Megawatt.

Os sistemas PEM estão disponíveis hoje para uma grande variedade de aplicações, com as vendas focadas em telecomunicações, data centers, e mercados residenciais (como fonte de energia primaria ou backup), e para alimentar empilhadeiras elétricas e outros veículos de manuseio de materiais.

As Células PEM também são usadas em ônibus e outros veículos de transporte de passageiros. A maioria dos fabricantes de veículos anteciparam recentemente suas estimativas de início de comercialização dos carros movidos à Células à Combustível entre 2014 e 2016.

PEM Alta Temperatura (HT-PEM) são similares às células tipo PEM, porém operam em temperaturas maiores, entre 110ºC e 170ºC. Células PEM de Alta Temperatura são normalmente integradas à reformadores de combustíveis, permitindo sua operação com um range bem variado de combustíveis. Células de Alta Temperatura podem ser usadas em veículos elétricos ou híbridos como adicional às baterias, e também em pequenos prédios comerciais e residências.

Características de Células à Combustível de Metanol Direto (DMFC)

Eletrólito: Membrana de Polímero Sólido.
Catalisador: Platina é a mais comum.
Temperatura de Operação: Entre 45 e110ºC.
Eficiência Elétrica: Até 40%.

DMFC são similares às Células PEM pois ambas usam a mesma membrana de polímero como eletrólito. Contudo, nos sistemas DMFC o catalisador do anodo retira nele mesmo o hidrogênio do metanol líquido, eliminando a necessidade de um reformador de combustíveis. A baixa temperatura de operação faz as DMFC atraentes para aplicações miniaturas como telefones celulares, laptops, e carregadores de baterias para consumidores de eletrônicos, Em aplicações de tamanho médio alimentando eletrônicos em barcos ou barracas de acampamentos.