As emissões veiculares de dióxido de carbono, monóxido de carbono, chumbo, óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio crescem 2,5% por ano, em especial nos países desenvolvidos, como nos EUA, onde existem 484 carros por 1.000 pessoas, comparados com 32 na América do Sul. As células de combustível surgem como a grande esperança de combustível limpo, mas acredito que o hidrogênio terá que vir da biomassa, abrindo outra grande oportunidade no agronegócio. Se o uso de carros é maior no Norte, será no Sul que produziremos o combustível.
Termodinâmica
Os motores de combustão interna queimam combustível para produzir energia mecânica, com grande desperdício de energia, pela dissipação do calor e pela fricção interna dos motores. A eficiência das células de combustível é duas vezes maior que a dos motores de combustão interna. Mas a sua maior vantagem é a emissão zero de poluentes. As células de combustível são micro-usinas de geração de energia elétrica, baseadas em reações químicas. Assemelham-se a baterias (que são células eletroquímicas), possuindo dois pólos externos (um positivo e outro negativo) e contêm, internamente, um eletrólito que transporta os elétrons entre os eletrodos.
Célula de hidrogênio
A mais promissora das células de combustível é a que utiliza hidrogênio, apesar de duas grandes dificuldades: Não existe hidrogênio puro (H2) disponível na Terra; e o custo energético de sua obtenção por eletrólise é muito alto. Os cientistas tentam viabilizar o etanol, metanol ou mesmo açúcar como fonte de H2. A primeira reação da célula ocorre no compartimento negativo, produzindo dois elétrons por molécula de H2. Os elétrons são transportados pelo eletrólito até o pólo positivo, onde ocorre redução do O2 atmosférico. O fluxo de elétrons das reações produz a energia elétrica. A intensidade da corrente pode ser aumentada com eletrodos de difusão gasosa, que são permeáveis aos gases reagentes. Desta forma, aumenta a freqüência das reações químicas, gerando maior eletricidade por unidade de tempo.
Sub-produtos
As reações químicas geram calor, vapor d’água e CO2 em proporção muito inferior à queima de combustíveis fósseis. E, ao utilizar biomassa, o CO2 liberado na atmosfera havia sido absorvido anteriormente pelas plantas, portanto não há aumento da sua quantidade no ar. Já o CO2 do petróleo havia sido retido no subsolo há milhões de anos e a sua queima aumenta a concentração de gases na atmosfera. Obviamente, deve-se gastar muito menos energia na geração de um produto com energia potencial acumulada, do que a energia que será liberada para uso, a partir desse produto. As células de hidrogênio têm excelente eficiência de conversão de energia, comparadas aos motores a combustão.
Fonte de hidrogênio
É fundamental contar com fonte de H2 abundante e barata, como a biomassa. O etanol, o metanol ou o açúcar podem ser estas fontes. Uma das técnicas desenvolvidas é a quebra molecular de substâncias vegetais por bactérias. Recentemente, foi descoberta uma forma mais rápida e eficiente de conseguir hidrogênio. O processo é simples e consiste em aquecer uma solução de açúcar a 200º C para decompor o açúcar em hidrogênio e dióxido de carbono, com o auxílio de um catalisador à base de platina. A eficiência é alta, pois apenas 25% do hidrogênio produzido é gasto no próprio processo, enquanto 75% são utilizados para geração de energia.
Aplicação
As células de combustível representam a grande esperança da ciência para um poderoso salto tecnológico, permitindo a junção dos conceitos de geração e armazenamento de energia. Sua aplicação não se restringe aos automóveis. Ao contrário, as primeiras aplicações deverão estar direcionadas a equipamentos de menor consumo energético, como calculadoras, handhelds, computadores, sistemas de som e vídeo e outras aplicações domésticas e de escritório. Sua viabilização técnica e econômica se constituirá em um poderoso incremento no agronegócio brasileiro.
