Quando se trata de novas fontes de energia, a energia eólica, hidrelétrica, solar e nuclear são bem conhecidas, e a maioria delas são as queridinhas do mercado de capitais. No entanto, o hidrogénio, como concorrente igualmente significativo, permaneceu relativamente desconhecido e carece de grande visibilidade. No entanto, os tempos estão mudando. A Shanghai Import Expo de novembro de 2021 quebrou esse padrão inerente. A Toyota do Japão apresentou pela primeira vez na China o carro de passageiros com célula de combustível de hidrogênio Mirai de segunda geração. Possui um alcance máximo de 850 quilômetros, superando a maioria dos novos veículos de energia movidos a lítio em um único golpe.
Hoje em dia, o chamado "veículo movido a hidrogênio"refere-se especificamente a carros com células de combustível de hidrogênio. No entanto, ao contrário das baterias de íon-lítio, as células de combustível de hidrogênio são essencialmente dispositivos que geram energia elétrica por meio de uma reação química entre hidrogênio e oxigênio. O subproduto final dessa reação química é apenas água, ao contrário do combustível convencional veículos que emitem substâncias como óxidos de carbono, óxidos de nitrogênio e óxidos de enxofre.Portanto, o hidrogênio é considerado uma fonte de energia capaz de atingir “emissões zero”.
Nas células a combustível de hidrogênio, o titânio desempenha um papel crucial.Placas bipolares feitas de titânio em células a combustível de hidrogênio possuem espessura fina, excelente condutividade, boas propriedades térmicas, alta resistência mecânica e isolamento eficiente de gases. Essas características auxiliam no aumento da densidade de potência da célula. O veículo japonês Toyota MIRAI com célula de combustível utiliza placas bipolares feitas de titânio. Além disso, a camada de difusão de gás (GDL ou PTL), que constitui 17% do custo do eletrolisador, emprega titânio de alto desempenho de nível industrial como material de base do ânodo, permitindo a obtenção de atividade máxima.
O princípio básico de funcionamento das células a combustível de hidrogênio envolve a passagem do hidrogênio através do catalisador (platina) no eletrodo positivo da célula, onde se decompõe em elétrons e íons de hidrogênio. Os íons de hidrogênio então se movem através de uma membrana de troca de prótons para chegar ao eletrodo negativo, onde reagem com o oxigênio para formar água e calor. Simultaneamente, os elétrons fluem do eletrodo positivo através de um circuito externo para o eletrodo negativo, gerando energia elétrica.
Em termos simples, o hidrogénio e o oxigénio combinam-se dentro da célula de combustível, produzindo electricidade e água. A eletricidade alimenta o veículo, enquanto a água é o único subproduto expelido do veículo.
A partir deste princípio operacional, as vantagens significativas das células a combustível de hidrogênio são três:
Em primeiro lugar, limpeza: O único subproduto é a água, evitando emissões de dióxido de carbono.
Em segundo lugar, segurança:O processo eletroquímico que aciona as células a combustível de hidrogênio mitiga os riscos de combustão espontânea ou explosões, ao contrário dos sistemas baseados em combustão.
Em terceiro lugar, conveniência: Ho gás hidrogênio pode ser comprimido, facilitando seu transporte e armazenamento.
É importante notar que a célula de combustível nos veículos movidos a hidrogénio difere das baterias químicas convencionais. Uma célula de combustível facilita uma reação eletroquímica entre hidrogênio e oxigênio sem combustão, produzindo água como subproduto e liberando energia elétrica.
A energia eléctrica nos veículos com células de combustível a hidrogénio é gerada instantaneamente através da reacção entre o hidrogénio armazenado e o oxigénio atmosférico dentro da pilha de células de combustível, ao contrário dos veículos eléctricos que armazenam energia de uma rede externa antes de a utilizar. Portanto, apesar do nome “célula de combustível” nos veículos a hidrogénio, o seu processo de libertação de energia é mais semelhante ao dos motores de combustão interna (reagindo a gasolina com o oxigénio externo) do que o processo de armazenamento de energia nos veículos eléctricos.
Semelhante aos veículos com motor de combustão interna, o componente mais caro em um veículo com célula de combustível de hidrogênio é o dispositivo de geração de energia, e não o dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, em veículos elétricos, o componente mais caro é a bateria, e dentro da bateria, é o ânodo, o cátodo e o eletrólito). Especificamente, é a pilha de células de combustível, e não o tanque de armazenamento de hidrogênio.
Devido ao custo relativamente elevado dos sistemas de células de combustível de hidrogénio, especialmente da pilha de células de combustível, o estágio atual vê os custos de produção de veículos a hidrogénio mais elevados do que os dos veículos elétricos puros e dos veículos com motor de combustão tradicional. Este fator de custo continua a ser uma restrição significativa no desenvolvimento da indústria de veículos com células de combustível a hidrogénio.
