O que é célula a combustível?

Energia é um assunto que está sempre em alta, pois ela está diretamente ligada às atividades de um país, conferindo credibilidade a este. Em uma nação jamais podem haver os famosos apagões, visto que eles trazem demasiados prejuízos para todos os setores da economia. A partir disso, muito se discute sobre fontes de energia, podendo ser elas renováveis ou não. Porém, com o aumento da poluição, a legislação cada vez mais exigente e as limitações nas reservas de combustíveis fósseis, argumenta-se cada vez mais sobre métodos e meios para o desenvolvimento e a geração de energia limpa que sejam altamente eficientes e com ciclos de vida renováveis.

Nos próximos anos uma nova tecnologia de geração limpa de energia elétrica deve ganhar espaço para uso em veículos, estações geradoras de energia em residências, hospitais, pequenas indústrias e outras atividades. É a tecnologia das células a combustível (também conhecidas como pilhas a combustível).

A alta eficiência das células a combustível é uma vantagem marcante em relação a outras formas de transformar energia química em energia elétrica. Sua operação produz baixo impacto ambiental: sem vibrações, sem ruídos, sem combustão, sem emissão de particulados e, dependendo da tecnologia, sem emissão de gases estufa. Além disto, no atual estágio de desenvolvimento, sem emissão de gases ácidos e com baixa poluição.

A célula a combustível como sistema de conversão de energia foi inventada por sir William Grove no século XIX. Na época, as fontes primárias de energia eram abundantes, irrestritas e baratas. Esse fato não motivou o desenvolvimento das células a combustível.

Esse tipo de energia tem como princípio básico transformar energia química em energia elétrica. No entanto, as células a combustível não apresentam as perdas da conversão de energia dos combustíveis fósseis.

• Princípios básicos de funcionamento da célula a combustível

As células a combustível são células galvânicas nas quais a energia de Gibbs de uma reação química é transformada em energia elétrica (por meio da geração de uma corrente).

Com a tecnologia atual, o único combustível que proporciona correntes de interesse prático é o hidrogênio, apesar de já existirem células que utilizam diretamente metanol como combustível. Mas, neste caso, as correntes obtidas ainda são relativamente baixas.

A estrutura básica de todas as células a combustível é semelhante: a célula unitária consiste em dois eletrodos porosos, cuja composição depende do tipo de célula, separados por um eletrólito e conectados por meio de um circuito externo. Os eletrodos são expostos a um fluxo de gás (ou líquido) para suprir os reagentes (o combustível e o oxidante). Um esquema de uma célula a combustível hidrogênio/ oxigênio é apresentado na figura abaixo:

O hidrogênio gasoso (o combustível) penetra através da estrutura porosa do ânodo, dissolve-se no eletrólito e reage nos sítios ativos da superfície do eletrodo, liberando elétrons e formando prótons (H+). Os elétrons liberados na oxidação do hidrogênio chegam ao cátodo por meio do circuito externo e ali participam da reação de redução do oxigênio. Os prótons formados no ânodo são transportados ao cátodo, onde reagem formando o produto da reação global da célula a combustível: água.

Em outras palavras, nessa célula a combustível a reação que ocorre no ânodo é a oxidação de hidrogênio e a reação que ocorre no cátodo é a redução de oxigênio, usualmente do ar.

Consequentemente, a reação global da célula a combustível é:

H₂ + ½O2→ H₂O

 Observe a liberação da água nas figuras abaixo:

Observe nessa figura o acendimento da luz a partir da geração de eletricidade e observe também as moléculas de hidrogênio e oxigênio separadamente:

Esse tipo de energia com certeza merece maior atenção e mais pesquisas na área, pois ela se mostra como uma potencial fonte de energia para o futuro.