Wiki - Tudo sobre hidrogênio

Atualizado em 3 junho 2024

O motor a hidrogênio

O combustível de hidrogênio pode ser o portador de energia dominante em um sistema de energia totalmente renovável, um motor a hidrogênio é necessário para gerar trabalho útil com ele. O desenvolvimento de motores a hidrogênio engloba dois tipos principais: células de combustível de hidrogênio e motores de combustão interna de hidrogênio (ICEs). Ambas as abordagens visam aproveitar o potencial energético limpo do hidrogênio, mas operam com princípios e tecnologias fundamentalmente diferentes. Ambos são igualmente atraentes porque funcionam com um combustível renovável e produzem emissões ecológicas.

Motor de célula de combustível de hidrogênio #

Os motores de célula de combustível de hidrogênio, muitas vezes referidos como células de combustível de hidrogênio, convertem gás hidrogênio em eletricidade através de um processo eletroquímico. Esta tecnologia está na vanguarda do transporte movido a hidrogênio devido à sua alta eficiência. O tipo mais utilizado de células de combustível são as células de combustível de membrana de troca de prótons (PEM), por exemplo, fabricadas pela Hyundai Motor Company. Eles usam um eletrólito de polímero sólido. O gás hidrogênio é dividido em prótons e elétrons no ânodo. Os prótons passam pela membrana até o cátodo, enquanto os elétrons viajam por um circuito externo, gerando eletricidade. No cátodo, prótons, elétrons e oxigênio se combinam para formar água e calor. As reações que ocorrem são:

Ânodo: H2 → 2H++2e
Kathode: 2H++2e+0.5O2 → H2O + calor

Uma das principais vantagens da tecnologia é sua alta eficiência: as células de combustível convertem energia química diretamente em energia elétrica, com eficiências muitas vezes superiores às dos motores de combustão interna. Os únicos subprodutos são o vapor de água e o calor, pelo que todas as emissões são ambientalmente benignas e o rótulo cada vez mais importante “emissão zero” é claramente aplicável. Finalmente, a tecnologia é escalável de pequena a grande escala e, portanto, adequada para toda uma gama de aplicações.

Desafios que ainda estão inibindo o aumento do uso são os altos custos dos materiais de células a combustível, particularmente catalisadores de platina.

O veículo elétrico a célula de combustível Hyundai Nexo é alimentado por um motor a hidrogênio.

Motor de combustão interna a hidrogénio (ICEs) #

Os motores de combustão interna a hidrogênio (ICEs) representam outra abordagem para utilizar o hidrogênio como combustível. Ao contrário das células de combustível, os ICEs de hidrogênio queimam hidrogênio de maneira semelhante aos motores tradicionais a gasolina ou diesel. Durante o processo de combustão, o hidrogênio é injetado na câmara de combustão do motor, onde se mistura ao ar e é inflamado por uma vela de ignição. A combustão do hidrogênio gera gases de alta temperatura que se expandem e acionam os pistões do motor, produzindo potência mecânica. Em termos simples, a reação em curso é:

2H2 + O2 → 2H2O + Energia

Uma das principais vantagens desta tecnologia é que o conhecimento e a tecnologia existentes sobre motores de combustão interna podem ser reutilizados. Além disso, a abordagem permite uma alta potência de saída e uma alta densidade de potência. Embora não seja completamente livre de emissões, a combustão de hidrogênio emite principalmente vapor de água, com níveis significativamente mais baixos de NOx em comparação com os combustíveis convencionais.

Os principais desafios são a redução das emissões, o que coloca desafios adicionais ao projeto geral do sistema, uma vez que implica que mais hidrogênio é necessário para a mesma energia utilizável.

Desenvolvimentos históricos e atuais #

A ideia de usar hidrogênio em motores remonta a mais de um século. François Isaac de Rivaz construiu o primeiro motor de combustão interna movido a hidrogênio em 1806. No entanto, não foi atéo século 20 que avanços significativos foram feitos em células de combustível e ICEs de hidrogênio. Nas décadas de 1960 e 1970, o programa Apollo da NASA utilizou células de combustível de hidrogênio para a energia das espaçonaves, demonstrando sua confiabilidade e eficiência. Depois disso, fabricantes automotivos como Toyota, Honda e Hyundai desenvolveram veículos de célula de combustível de hidrogênio (FCVs), como o Toyota Mirai e o Hyundai Nexo. Simultaneamente, empresas como a BMW experimentaram ICEs de hidrogênio, destacando a versatilidade do hidrogênio como combustível.

O futuro do motor a hidrogênio #

Os motores a hidrogênio, englobando células de combustível e motores de combustão interna, oferecem caminhos promissores para o transporte sustentável. Enquanto as células de combustível de hidrogênio lideram a carga com sua alta eficiência e zero emissões, as ICEs de hidrogênio fornecem uma aplicação mais imediata, aproveitando a tecnologia de motor existente. Ambos os tipos enfrentam desafios em custo, infraestrutura e eficiência, mas a industrialização em curso continua a pavimentar o caminho para o papel do hidrogênio no futuro da energia limpa.

Did this article help you?