Olá pessoal que acompanha o site dos Nobres do Grid,

O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo, embora não seja encontrado naturalmente na Terra. O hidrogênio deve ser extraído de outras fontes. Em sua forma mais pura, o hidrogênio é um gás não tóxico, incolor e inodoro.

O hidrogênio (quando usado como combustível), como a eletricidade, é um transportador de energia em vez de um recurso energético. Tanto a eletricidade quanto o hidrogênio podem ser produzidos a partir de todos os recursos energéticos disponíveis (incluindo gás natural, eletrólise solar e eólica, biomassa e outros). O hidrogênio e a eletricidade podem ser gerados a partir de fontes neutras em gases de efeito estufa, abordando as mudanças climáticas e os problemas de qualidade do ar urbano. Assim como a eletricidade, o hidrogênio também pode ser produzido a partir de recursos energéticos sustentáveis ​​domésticos e renováveis, como eletrólise eólica ou solar, o que aumenta nossa segurança energética a longo prazo.

Milhões de toneladas métricas de hidrogênio são produzidas anualmente no mundo. O hidrogênio está sendo cada vez mais visto como opções essenciais de descarbonização nos países desenvolvidos e em desenvolvimento. Em todo o mundo está ocorrendo uma verdadeira corrida para a aplicação do hidrogênio em uma ampla gama de setores, incluindo transporte, movimentação de mercadorias e pessoas, geração e armazenamento de energia, mistura de gás natural, propulsão marítima, aviação, aquecimento, siderurgia e outras aplicações industriais. Os principais usos atuais do hidrogênio são: refino de petróleo, amônia para fertilizantes, produtos químicos e indústrias alimentícias.

Como transformar o hidrogênio em energia

Vamos para uma explicação bem simples: você poderia pedir para uma criança desenhar uma bateria e ela seria capaz de traçar um cilindro, talvez com uma saliência em uma extremidade e rotulado com sinais de "+" e "-". O formato de uma bateria é tão icônico que aparece em nossos celulares, tablets e computadores, embora as baterias reais que alimentam esses dispositivos pareçam completamente diferentes! Mas tente pedir a muitos adultos educados e inteligentes para desenhar uma célula de combustível, e eles provavelmente apenas lhe darão um olhar confuso. Embora as células de combustível de hidrogênio tenham entrado na consciência pública pela primeira vez há mais de cinquenta anos como parte do programa Apollo da NASA e estejam começando a ser encontradas em automóveis em todo o mundo hoje, elas dificilmente são tão comuns quanto as baterias e ainda são um mistério para a maioria das pessoas.

A verdade é que as células de combustível de hidrogênio são semelhantes às baterias em muitos aspectos. Elas são uma forma de armazenar e liberar energia por meio de reações químicas. Elas têm dois eletrodos, um ânodo e um cátodo. (É disso que se trata o "+" e o "-" em uma bateria!) Elas produzem corrente contínua (CC) que flui em uma direção, em vez da corrente alternada (CA) que sai de tomadas residenciais. E, como certas baterias, elas podem ser "recarregadas" para fornecer energia repetidamente.

Na verdade, existem muitos tipos diferentes de células de combustível que usam diferentes reações químicas para produzir eletricidade. Um dos tipos mais comuns de células de combustível de hidrogênio hoje é chamado de célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEM), que tem a vantagem de poder funcionar em temperatura ambiente e ser relativamente barata de fabricar. Todas as células de combustível funcionam de maneiras semelhantes, mas vamos falar apenas sobre como a célula de combustível PEM funciona por enquanto.

Os dois eletrodos de uma célula de combustível PEM, o ânodo e o cátodo mencionados antes, são separados pela membrana eletrolítica que dá à célula de combustível PEM seu nome. O hidrogênio entra na célula de combustível no lado do ânodo e o ar ou oxigênio puro entra no lado do cátodo. A membrana de troca de prótons faz jus ao seu nome e permite que apenas prótons individuais passem por ela. Mas isso significa que apenas o próton individual do hidrogênio pode se mover do ânodo para o cátodo, deixando seu elétron solitário no lado do ânodo. Não contentes em ficar sentados, os elétrons órfãos disparam através do fio que conecta o ânodo ao cátodo, criando uma corrente elétrica enquanto o fazem. Mais elétrons em movimento significam mais corrente elétrica, então para obter mais eletricidade de uma célula de combustível, ela só precisa de mais hidrogênio.

Do outro lado da célula de combustível, os prótons são reunidos com seus elétrons e se ligam a quaisquer átomos de oxigênio que encontram, formando água. Essa água e o calor gerado por elétrons em movimento rápido são os únicos resíduos da célula de combustível. Os donos de celulares e laptops sabem que uma desvantagem das baterias é sua tendência a reter cada vez menos energia quanto mais as recarregamos ao longo do tempo. Mas como a água pode ser quimicamente separada em hidrogênio e oxigênio pelo processo de eletrólise, a reação da célula de combustível é totalmente reversível e pode ser executada para frente e para trás repetidamente sem perder carga.

As células de combustível estão longe de ser perfeitas. Elas ainda são caras em comparação a outros métodos de geração de eletricidade. O catalisador de platina que reveste o ânodo e o cátodo pode corroer ao longo do tempo, diminuindo a eficiência da célula de combustível. No entanto, sua capacidade de gerar eletricidade continuamente, desde que sejam abastecidas com combustível de hidrogênio, significa que elas podem durar mais do que as baterias e o único resíduo que produzem é água pura e limpa.

Elas podem não ser a resposta completa para as necessidades energéticas da humanidade, mas nunca houve uma única maneira melhor de gerar eletricidade na história humana, então isso não é muito surpreendente. À medida que a tecnologia continua a melhorar e começamos a ver células de combustível em mais e mais aplicações ao redor do mundo, talvez em alguns anos a pergunta "Você consegue desenhar uma célula de combustível?" seja algo que até uma criança possa responder.

Uma célula de combustível de hidrogênio nada mais é do que uma mini usina de energia a bordo de um veículo para gerar a energia que coloca o carro em movimento. E embora pareça ficção científica, a verdade é que a célula em si é uma invenção que remonta ao início do século XIX. No entanto, nos últimos anos, houve um avanço tecnológico monumental, que permitiu que a célula de combustível fosse usada no setor automotivo como uma fonte de energia altamente eficiente e limpa.

Descubra como funciona uma célula de hidrogênio!

Eu falei um pouco antes sobre as células (PEM). Agora vamos nos aprofundar mais um pouco: a operação de uma célula de combustível é baseada no processo de eletrólise reversa. A eletrólise é um processo pelo qual a ação da eletricidade causa uma mudança química em substâncias como a água. A eletrólise da água produz hidrogênio e oxigênio. Uma célula de hidrogênio reverte essa reação e usa o hidrogênio para produzir eletricidade e, incidentalmente, um pouco de água. E é isso. Nada mais, nenhuma poluição.

Como funciona uma célula de combustível de hidrogênio – passo a passo

Uma célula de combustível tem uma estrutura relativamente simples. Existem três componentes principais: dois eletrodos – o ânodo (eletrodo negativo) e o cátodo (eletrodo positivo), e uma chamada membrana de troca de prótons, que desempenha o papel de um catalisador. Uma membrana PEM polimérica é usada para a célula no barramento de hidrogênio Urbino.

As seguintes etapas ocorrem na célula de hidrogênio:

1)    1) O hidrogênio é fornecido ao ânodo, enquanto o oxigênio é fornecido ao cátodo como ar.

2)    2) As superfícies dos dois eletrodos são revestidas com um catalisador, e o hidrogênio reage com o catalisador para se dividir em prótons e elétrons – ele é oxidado.

3)    3) A membrana de troca de prótons do PEM, que separa os eletrodos uns dos outros, permite que apenas os prótons passem para a extremidade do cátodo.

4)    4) A membrana bloqueia o fluxo de elétrons, remanescentes da decomposição do hidrogênio, e os direciona para o circuito periférico como um fluxo elétrico, ou corrente, que aciona o motor elétrico.

O que acontece com o oxigênio? Quando reage com o catalisador na extremidade do cátodo, ele é convertido em ânions, que se combinam com prótons da decomposição para acabar como água na forma de vapor.

Como (e onde) abastecer um veículo com hidrogênio?

Este é um dos maiores desafios deste seguimento. O leste da China, Japão e Coreia do Sul na Ásia estão bem avançados. A Austrália tem algum avanço e algum planejamento assim como a Nova Zelândia. A Europa também está bem avançada, mas os Estados Unidos e o Canadá estão espantosamente atrasados em seus projetos. Na América Latina e na África os projetos mal ou nem começaram. Nesse aspecto ainda há muito o que avançar.

Muito axé pra todo mundo,

Maria da Graça