Energia de bateria e de gasolina

A eficiência do carro à gasolina é surpreendentemente baixa. Todo calor expelido como gases da exaustão ou que vai para o radiador é energia desperdiçada. O motor também usa bastante energia para acionar bombas, ventiladores e geradores em funcionamento. De tal forma que a eficiência global de um motor acionado por gasolina automotiva é de 20%. Isto é, cerca de 20% do conteúdo da energia térmica da gasolina é convertida em trabalho mecânico.

Um carro acionado por energia elétrica tem uma eficiência bem razoável. A bateria é cerca de 90% eficiente (a maioria das baterias gera algum calor, ou exige aquecimento) e o motor/inversor elétrico tem eficiência de cerca de 80%. Isto fornece uma eficiência global de cerca de 72%.

A história, porém, tem outros ângulos. A eletricidade usada para energizar o carro foi gerada em outro local. Se sua origem tiver sido em uma usina que utilizou a combustão (sem apelar para o processo nuclear, hidroelétrico, solar ou eólico), somente cerca de 40% do combustível foi convertido em eletricidade. Carregar o automóvel exige a conversão da corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC). A eficiência deste processo é de 90%, aproximadamente.

Portanto, se olharmos para o ciclo completo, a eficiência de um carro elétrico distribui-se em 72% para o carro, 40% para a usina de energia e 90% para carregar o carro. Corresponde, portanto, a uma eficiência global de 26%. Esta eficiência varia consideravelmente, dependendo do tipo de usina energética que tiver sido empregado. Se a eletricidade tiver vindo de uma hidroelétrica por exemplo, ela praticamente foi gratuita (não tivemos de queimar combustível para gerá-la), e a eficiência do carro elétrico corresponderia a 65%.

Pode-se ter uma surpresa quando se considera como estão próximas essas 3 tecnologias. Esse exercício aponta para a importância de se considerar o sistema inteiro, não apenas o automóvel. Poderíamos dar mais um passo ainda indagando qual a eficiência do processo de produção da gasolina, do metanol ou do carvão.

A eficiência, entretanto, não é o único aspecto a ser considerado. As pessoas não vão guiar um carro apenas porque ele é mais eficiente e se preocupam com outros aspectos:

• o carro é fácil de ser abastecido?
• ele tem boa autonomia antes do reabastecimento?
• é tão rápido quanto os outros na estrada?
• polui muito?

A lista de questionamentos, naturalmente, é bem mais extensa. No final das contas a tecnologia vencedora deverá ser capaz de equilibrar os aspectos da eficiência com os da praticabilidade.

Existem muitas outras tecnologias de células a combustível sendo desenvolvidas para possíveis usos comerciais.

• Células a combustível alcalinas (AFC): este é um dos mais antigos projetos. Tem sido usado no programa espacial dos EUA desde a década de 1960. A AFC é bastante suceptível à contaminação, por isso exige hidrogênio puro e oxigênio. É tambem uma tecnologia caríssima, daí a pequena probabilidade de comercialização da sua célula a combustível.

   

• Células a combustível do ácido fosfórico (PAFC): poderá ser potencialmente empregada em pequenos sistemas estacionários de geração de energia. Como operam em temperaturas mais altas do que as das células a combustível PEM, exigem mais tempo para se aquecerem. Isto as torna inadequadas para uso automotivo.

   

• Células a combustível de óxido sólido (SOFC): essas células são mais adequadas para os geradores de energia estacionários em grande escala, capazes de fornecer eletricidade para fábricas e cidades. Este tipo de célula a combustível opera em temperaturas muito altas, em torno de 1.000°C. Uma temperatura tão alta assim implica menor confiabilidade, mas tem uma vantagem: o vapor produzido pela célula a combustível pode ser canalizado para turbinas e aumentar a geração de eletricidade. Isto aumenta a eficiência global do sistema.

   

• Células a combustível de carbonato fundido (MCFC): essas células a combustível também são mais adequadas para os grandes geradores estacionários de energia. Operam a 600°C, podem assim gerar vapor  para gerar mais energia. Como operam em temperaturas mais baixas do que as das células SOFC, não precisam de materiais tão exóticos. Isto faz com que sejam menos dispendiosas.

Como discutimos anteriormente, as células a combustível podem ser usadas para diversas finalidades. Cada uso proposto tem seus próprios desafios e problemas a serem equacionados. Examinemos as diversas aplicações, começando com os automóveis.

Os carros abastecidos com células a combustível devem começar a substituir os de gasolina e diesel dentro de alguns anos. Tal carro, bastante semelhante ao carro elétrico, usa a célula a combustível e o reformador ao invés de baterias. Muito provavelmente seu carro à célula a combustível será abastecido com metanol, embora algumas companhias estejam desenvolvendo reformadores de gasolina. Outras companhias esperam se ver livres dos reformadores completamente projetando aparelhos avançados de armazenagem de hidrogênio.

As células a combustível também são usadas para eletrônicos portáteis como laptops, celulares e até mesmo aparelhos auditivos. Nessas aplicações, a célula a combustível fornecerá vida útil mais longa do que a que seria dada por uma bateria e seria ainda possível "recarregá-la" rapidamente com combustível líquido ou gasoso.

Várias cidades nos EUA já têm seus ônibus movidos por células a combustível. Os ônibus foram uma das primeiras aplicações das células a combustível porque, inicialmente, elas precisavam ser bastante grandes para produzir a energia necessária para a movimentação de um veículo. Nos primeiros ônibus movidos à células a combustível, aproximadamente um terço do veículo era ocupado pelas células e seus equipamentos periféricos. Agora, depois que se conseguiu aumentar a densidade de energia, os ônibus podem rodar com células a combustível muito menores.

A geração doméstica de energia é uma aplicação promissora, já disponível em algumas áreas dos EUA. A General Electric (em inglês) oferece um sistema gerador a célula a combustível fabricado pela Plug Power (em inglês). Esse é um sistema que usa gás natural ou um reformador de propano e que produz até 7 quilowatts de energia (suficiente para a maioria das residências). Um sistema como esse produz não só eletricidade como também significativas quantidades de calor, sendo possível usá-lo para aquecimento no inverno em aquecedores domiciliares sem uso de energia adicional.

Algumas tecnologias de células a combustível têm potencial para substituir as usinas convencionais geradoras de eletricidade por combustão. As grandes células a combustível serão capazes de gerar eletricidade de maneira mais eficiente do que as usinas geradoras de hoje em dia. As tecnologias de células a combustível em presente desenvolvimento para essas usinas gerarão eletricidade diretamente do hidrogênio na célula a combustível, mas também usarão o calor e a água produzidos na célula para energizar turbinas a vapor e gerar ainda mais eletricidade. Já existem sistemas de grandes células a combustível transportáveis para fornecimento de energia de reserva para hospitais e fábricas.

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