Celula combustivel
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Este documento explica o que é uma célula combustível, como funciona convertendo a energia química diretamente em eletricidade, e seus potenciais usos no futuro para veículos e geração de energia estacionária. Apresenta também os tipos de célula combustível em desenvolvimento e os desafios relacionados ao armazenamento e transporte de hidrogênio.
![2.0 - E como Funciona ?
Quando átomos de hidrogênio e oxigênio
se combinam para formar uma molécula
de água, dois elétrons são liberados
formando uma corrente elétrica. Esta
reação química também libera calor.
Veja o exemplo:
2H + O -> H2O + 2e- + [calor]](https://image.slidesharecdn.com/celulacombustivel-170331135557/85/Celula-combustivel-3-320.jpg)
Celula combustivel
- 1. Célula Combustível Trabalho de Química UNICEP © Aledon – Novembro de 2002
- 2. O Que é uma Célula Combustível? A Célula Combustível - CC - produz energia elétrica diretamente, a partir de um combustível. Trata-se de uma reação química silenciosa, sem combustão, realizada com eficiência energética superior à obtida com o gerador convencional. A CC também produz calor que pode ser usado para o aquecimento / resfriamento, operando como um co-gerador.
- 3. 2.0 - E como Funciona ? Quando átomos de hidrogênio e oxigênio se combinam para formar uma molécula de água, dois elétrons são liberados formando uma corrente elétrica. Esta reação química também libera calor. Veja o exemplo: 2H + O -> H2O + 2e- + [calor]
- 4. 2.1 - Exemplificando uma Reação O modelo mais simples de CC consta de um material eletrolítico separado por dois eletrodos (anodo e catodo). O anodo separa os elétrons e os prótons dos átomos de hidrogênio. Os elétrons formam uma corrente elétrica, que flui para fora do sistema. Os prótons são transportados através de um eletrólito e se combinam no catodo, com o oxigênio (ar), formando água e irradiando calor. O hidrogênio é fornecido diretamente ou obtido a partir de um combustível em um equipamento chamado Reformador
- 5. O que é o Reformador ? O reformador é um equipamento que "quebra" a molécula do combustível liberando os átomos de hidrogênio (H2), água 2O), CO2 e CO. Ele trabalha com vapor de água em temperaturas relativamente elevadas e, para tanto, utiliza parte da energia do combustível que geralmente é da ordem de 20%. mais
- 6. 3 - O Combustível O combustível ideal para as CCs é o hidrogênio puro. Muitos trabalhos vêm sendo desenvolvidos em todo o mundo, inclusive no Brasil, visando um futuro no qual o hidrogênio substitua os hidrocarbonetos como o vetor energético ideal. Para que isso aconteça, no entanto, será preciso resolver problemas relacionados com o armazenamento e transporte do gás, que apresentam muitas dificuldades. O sucesso da era do hidrogênio vai depender, em um primeiro momento, da existência de CCs de baixo custo, usando reformadores. Enquanto a economia do hidrogênio não se torna uma realidade, o ideal é usar combustíveis homogêneos para que os reformadores funcionem melhor. Quanto menor a cadeia de carbono dos hidrocarbonetos, mais vantajoso. Um combustível importante é o gás natural. O metanol e o etanol (álcool comum) também podem servir. A gasolina é menos conveniente, pois trata-se de uma mistura de diversas moléculas.
- 7. 4 - Tipos de CC Atualmente diversas tecnologias de CC estão em desenvolvimento. As CCs de ácido fosfórico já estão disponíveis comercialmente. Há cerca de 200 unidades em operação usando gás natural como combustível. Elas têm uma eficiência para conversão em eletricidade de 40% e 85% quando usadas em regime de co- geração. Dentre outras categorias se destacam as PEM (Proton Exchange Membrane), Molten Carbonate, Solid Oxide (SOFC), Alcalina e Direct Alcohol Fuel Cells. Nesta última, o catodo também retira os átomos de hidrogênio do álcool, desenvolvendo o papel do reformador.
- 8. 5.0 - Aplicações para CC Uso Automotivo O uso veicular das CCs é um mercado-alvo importante devido a motivação de reduzir as emissões de CO2. Serão unidades de 30 - 100 kW de potência. Os autores apontam que a maior dificuldade para este uso está em desenvolver reformadores simples, pois estes operam com temperaturas muito elevadas. Fabricantes pretendem lançar os primeiros modelos de veículos com esta tecnologia nos próximos anos.
- 9. 5.1 - Aplicações para CC Uso Estacionário Pelas dificuldades apontadas, muitos fabricantes estão dirigindo o seu desenvolvimento para equipamentos estacionários junto a instalações prediais. Nestes, é mais fácil acomodar o funcionamento dos reformadores em função da maior disponibilidade de espaço. Como as CCs são unidades de co-geração, elas permitem um ganho econômico maior para seus usuários em hospitais, hotéis e condomínios. Alguns fabricantes estão lançando linhas domésticas para operar a partir do gás natural. A Concessionária de Energia Elétrica do Paraná - COPEL - tem uma unidade instalada que abastece o seu Centro de Processamento de Dados com uma CC de 200 kW. Também aquece 6 mil litros de água usados no refeitório do Pólo (1.600 pessoas servidas).
- 10. 5.2 - Aplicações para CC Recentemente alguns trabalhos têm mostrado a conveniência de usar CCs para substituir as baterias em equipamentos de pequeno porte como os lap-tops A célula combustível foi um sucesso enorme no programa espacial, e é usada em todos os veículos espaciais tripulados dos EUA. Provê energia elétrica, água para beber e calefação.
- 11. Histórico O princípio de funcionamento da CC é conhecido desde o século XIX quando foi inventada a pilha elétrica, também chamada de Pilha Combustível. Em 1839 foi demonstrada pelo inventor William Grove. O seu uso prático foi desenvolvido nos anos 60 com o objetivo de equipar as naves espaciais. Voltou a ser desenvolvido na década de 90 como forma de reduzir emissões na geração elétrica e nos VEHs (Veículo Elétrico Híbrido). Os primeiros modelos de CC estão sendo testados em prédios. Muitas unidades brasileiras estão trabalhando em pesquisas relacionadas a este equipamento.
- 12. Notas sobre esta versão Esta versão visa apenas apresentação de uma CC, maiores detalhes e exemplificações sobre as diversas confecções de CC podem ser obtidas no documento anexo ou no site: http://www.aledon.rg3.net/ - Link Artigos
- 13. Agradecimentos Professora Maria Estudantes Antonio Silva e André Luiz Ao Windows: por não perder esse trabalho FIM DA APREDENTAÇÃO