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Tecnologia
Terça - 15 de Abril de 2003 às 14:32

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Os astronautas as vêm usando como fonte de energia a bordo de espaçonaves desde a década de 60. Em breve, é possível que se tornem igualmente comuns na Terra -acionando automóveis, caminhões, computadores portáteis e telefones celulares. Chamam-se células combustíveis.

Ao combinar hidrogênio combustível e oxigênio, as células combustíveis são capazes de produzir uma abundância de energia elétrica, e o único subproduto dessa atividade seria água potável. Elas são tão limpas que os astronautas de fato bebem a água produzida pelas células combustíveis, em missões do ônibus espacial.

Nos últimos anos, o interesse em trazer essa tecnologia não prejudicial ao meio ambiente ao mercado comum se tornou muito intenso. Mas existem alguns problemas. Não se pode abastecer um carro com hidrogênio em um posto de gasolina comum como os que estamos acostumados. E os carros e computadores acionados por células combustíveis são ainda relativamente caros. Esses obstáculos relegaram as células combustíveis a um pequeno número de veículos de demonstração e a alguns usos especializados, como por exemplo o fornecimento de energia ao ônibus espacial e de energia auxiliar a hospitais e aeroportos em caso de falha do suprimento normal.

Agora, um projeto de pesquisa patrocinado pela Nasa está ajudando a enfrentar alguns desses obstáculos. Ao encontrar uma maneira de produzir células combustíveis de "óxido sólido", que operem à metade da temperatura dos projetos atuais -ou seja, 500 graus em lugar de mil graus-, os pesquisadores do Centro para Supercondutividade e Materiais Avançados do Texas (TcSAM), na Universidade de Houston, esperam tornar esse tipo de célula combustível tanto mais barata de produzir quanto mais fácil de abastecer.

As vantagens da simplicidade

"Nosso principal avanço foi produzir o coração da célula combustível -a folha de eletrólitos que controla o fluxo de íons dotados de carga elétrica- com uma película fina de apenas um mícron de espessura", diz Alex Ignatiev, diretor do TcSAM, financiado pela Nasa.

Em contraste, as células combustíveis de óxido sólido hoje empregadas comercialmente tem folhas de eletrólitos com 100 ou mais mícrons de espessura (um mícron equivale a um milésimo de milímetro). Ignatiev explica: "Quanto mais fina a camada, menor a resistência interna à corrente elétrica, de modo que podemos obter produção de energia comparável a uma temperatura operacional muito mais baixa".

Para produzir essa película ultrafina, Ignatiev e seus colegas do TcSAM não se limitam a barbear o material espesso até que atinja a espessura requerida. Em lugar disso, cultivam o eletrólito átomo por átomo, depositando uma camada de átomos de cada vez sob um processo conhecido como epitaxia. As películas finas nas células combustíveis do TcSAM têm cerca de mil átomos de espessura.

Extrair o mesmo poder à metade da temperatura gera um efeito cascata de economias de custo. Para começar, materiais mais baratos podem ser usados para produzir o equipamento, em lugar das dispendiosas cerâmicas tolerantes ao calor e aços de alta resistência requeridos pelas células combustíveis que geram energia a mil graus centígrados. E os automóveis e produtos eletrônicos pessoais que empreguem essas células combustíveis também evitariam o uso de materiais exóticos e de sistemas elaborados de dissipação de calor, o que lhes reduziria o custo de fabricação. Tudo isso inclina a escala na direção da viabilidade econômica, e é um avanço na direção certa.

O apoio às células combustíveis como sucessoras do motor de combustão interna é generalizado. Todas as grandes montadoras de automóveis do mundo estão ocupadas desenvolvendo veículos acionados por células combustíveis, e o presidente Bush recentemente propôs gastar US$ 1,2 bilhão para ajudar a levar essa tecnologia ao mercado.

O setor de produtos eletrônicos portáteis também vem explorando as células combustíveis miniaturizadas, como um substituto mais poderoso e de duração mais longa para as baterias. A Intel, por exemplo, bancou um estudo de uma empresa iniciante chamada PolyFuel para desenvolver células combustíveis desse tipo, para uso em laptops.

Encha o tanque com.... pode escolher!

As células combustíveis de óxido sólido são um dos seis tipos que estão em desenvolvimento no momento. Cada um deles depende de um truque químico diferente para combinar o hidrogênio combustível com o oxigênio para gerar energia. O setor automobilístico está estudando principalmente a Membrana de Troca de Prótons (PEM), um tipo de célula combustível que pode acionar os carros e caminhões do futuro, mas há empresas que também vêm estudando as vantagens da variedade de óxido sólido.

Essencial entre as vantagens do sistema é a capacidade de funcionar com os combustíveis que estiverem disponíveis, como metanol ou até gasolina, desde que contenham hidrogênio ligado ao carbono e às vezes ao oxigênio. Os outros cinco tipos de célula combustível também são capazes disso, mas apenas com a ajuda de um equipamento adicional chamado "reformador", que extrai hidrogênio puro desses outros combustíveis. Os reformadores custam dinheiro adicional, aumentam o tamanho dos motores e reduzem a potência, o que reduz a eficiência geral dos propulsores em cerca de 50%.

As células combustíveis de óxido sólido podem consumir combustíveis semelhantes ao metanol sem reformadores.

A maior parte dos benefícios ambientais das células combustíveis se perde quando combustíveis de hidrocarbonetos são utilizados, porque extrair deles o hidrogênio deixa o CO2 e os gases poluentes para trás, e eles têm de ser expelidos pelo escapamento. Mas o sistema pelo menos ajuda a resolver o problema do "ovo e a galinha". Quem vai comprar carros movidos a hidrogênio até que a maior parte dos postos de gasolina disponha de bombas de hidrogênio? Mas que empresa pagaria para instalar bombas de hidrogênio em centenas de postos de gasolina até que haja número suficiente de carros de células combustíveis nas estradas? As células combustíveis de óxido sólido podem fechar essa brecha. O sistema pode ser acionado por metanol ou gasolina, agora, e mudar para hidrogênio puro quando o combustível se tornar disponível.

A variedade de película fina em desenvolvimento no TcSAM melhora essa flexibilidade de combustíveis. "As células combustíveis de óxido sólido normais podem usar combustíveis como o metanol, mas perdem eficiência com o tempo à medida que o carbono recobre os eletrodos de níquel da célula combustível", diz Ignatiev. "Isso acontece em parte devido à temperatura de operação de mil graus da célula. Pesquisas demonstram que isso não acontece -pelo menos não em grau apreciável- nas temperaturas mais baixas em que nossas células operam".

As células combustíveis do TcSAM não foram ainda testadas com outro combustível que não o hidrogênio puro, diz Ignatiev, mas os cientistas planejam executar testes com combustíveis do tipo metanol durante o próximo estágio de suas pesquisas.

Resta ainda muito trabalho a fazer. Se tudo correr bem, no entanto, essas películas finas podem abrir caminho a veículos utilitários esportivos não poluentes e a outras maravilhas de uma economia baseada no hidrogênio.

Por Patrick L. Barry, da Nasa





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