A Tecnologia Do Hidrogênio E A Geração De Energia Elétrica De Forma Sustentável – Parte 1

Olá, estudantes, entusiastas, nerds, geeks e leitores em geral.

Acredito que chegou o momento de começar a escrever assuntos que tenho conhecimento técnico/científico e que são importantes para a evolução de diversas tecnologias e modo de vida do ser humano. Vamos começar com uma pequena série de posts, dividida em apenas 3 partes, e abordando sobre a Tecnologia do Hidrogênio e também sobre um dispositivo chamado de Célula a Combustível…

…Em breve estarei postando assuntos de Nanotecnologia e Ciência dos Materiais em geral.

Os dois destaques em negrito do paragrafo anterior fazem parte de um futuro sustentável e que já está começando em alguns setores do conhecimento humano. Como são assuntos interessantes para se estudar e aprender, além de serem importantes para o futuro da civilização na Terra, a abordagem será a mais didática e simples possível, de modo a atender o interesse dos leitores em geral, mas principalmente de estudantes dos níveis médio e superior das áreas das ciências exatas e experimentais.

Estamos vivendo um alerta que está caminhando para seu nível mais crítico com relação ao aquecimento global, principalmente quanto ao modo como geramos energia (elétrica, térmica… entre outras) e interferimos no meio ambiente. Por isso, muitos estudos e pesquisas estão sendo feitos para conseguir obter estas energias de modo que não poluímos o meio ambiente ou que a interferência seja a menor possível.

Neste contexto que está a energia elétrica, afinal de contas, praticamente todo dispositivo tecnológico que conhecemos necessita dela para funcionar ou gerar calor para alguma finalidade. Somos totalmente dependentes desta tecnologia e, é exatamente por isso, que pesquisas são necessárias para se conseguir gerar energia elétrica de diversos modos, a um custo viável e que não polua significativamente o meio ambiente em que vivemos. É aqui que entra o hidrogênio, por ser o elemento químico mais abundante do universo e por estar presente em quase tudo que conhecemos, mas principalmente na água.

A geração de energia elétrica está relacionada com a tecnologia do hidrogênio e com a utilização das Células a Combustível para colaborar na construção de um mundo mais sustentável.

O hidrogênio está presente em quase tudo que conhecemos, principalmente na água.

Então, vamos começar!

O mundo atual só fala e discute a respeito da sustentabilidade, em suas diversas vertentes. Porém, para construir um lar que seja realmente sustentável, devemos mudar a forma como geramos nossa energia, principalmente a energia que é obtida com uso dos combustíveis fósseis, como o petróleo.

Na verdade, o conceito de sustentabilidade está diretamente relacionado com a continuidade dos aspectos econômicos, sociais, culturais e ambientais de toda a sociedade humana, abrangendo vários níveis de organização: desde um único indivíduo e seus parentes e amigos, passando pela vizinhança local até o Planeta, possuindo como objetivo principal ser um meio de configurar a civilização e todas as atividades humanas de tal forma que a sociedade, todos os seus membros e suas economias possam preencher as suas necessidades e expressar o seu maior potencial, ao mesmo tempo em que preserve a biodiversidade e os ecossistemas naturais, planejando e agindo para atingir eficiência na manutenção de todos esses ideais.

E o que a sustentabilidade tem haver com a tecnologia do hidrogênio?

Na verdade, tudo! A sustentabilidade depende da forma como utilizamos a energia elétrica atualmente e, por isso, está intimamente ligada com o desenvolvimento de tecnologias que gerem energia de uma forma alternativa às atuais e “mais limpa”, eficiente, segura e com custo acessível. As Células a Combustível (do inglês Fuel Cells) são um desses dispositivos, para fornecer a energia que precisamos, utilizando hidrogênio, não gerando poluentes e abrindo novos caminhos para construir um mundo realmente sustentável.

Devemos ser inteligentes para produzir e armazenar energia para um mundo sustentável (Fonte: Global Solar & Aletnative Energies).

Agora, vamos entender como tudo começou…

O termo Célula a Combustível (ou sigla CaC), também conhecido no Brasil como “Pilha a Combustível”, começou a ser pronunciado atualmente com maior frequência, embora esta tecnologia ainda não esteja estabelecida comercialmente para uso da população em geral. Estes dispositivos produzem eletricidade de uma forma ecológica e praticamente sem a emissão de substâncias nocivas ao meio ambiente.

As Células a Combustível são conhecidas pela ciência há mais ou menos 150 anos, mas lógico que com pesquisas e experimentos simples que eram possíveis na época. Embora tenham sido consideradas uma grande curiosidade do século XIX, elas foram alvos de intensas pesquisas durante a Segunda Guerra Mundial.

Por volta de 1800, os cientistas britânicos William Nicholson e Anthony Carlisle descreveram o processo de usar a eletricidade para decompor a água (H2O) em moléculas de hidrogênio (H2) e oxigênio (O2), na forma de gases, em um processo conhecido como “Eletrólise da Água”.

A primeira suposta célula desse tipo foi construída em 1801, por Humphrey Davy. Os estudos se intensificaram realmente um pouco mais adiante, com o cientista inglês William Robert Grove em 1839. Ele teve uma ideia durante os seus experimentos com a eletrólise da água imaginando de que forma seria o processo inverso desta reação, ou seja, reagir hidrogênio com oxigênio, formando água e gerando eletricidade. O termo, “Célula a Combustível” foi empregado pela primeira vez por Ludwig Mond e Charles Langer, em 1889.

O cientista e fundador do campo da chamada físico-química, Friedrich Wilhelm Ostwald, contribuiu com muitas das teorias sobre às Células a Combustível. Em 1893, determinou experimentalmente os mecanismos de funcionamento de vários componentes de uma CaC padrão e que será assunto do próximo post.

Na primeira metade do século XX, o cientista suíço Emil Baur, juntamente com seus estudantes, conduziu uma grande quantidade de pesquisas envolvendo vários tipos de tecnologias de Células a Combustível. No final da década de 1930, Francis Thomas Bacon começou pesquisando CaC que possui eletrólito alcalino em alta pressão. Enfim, durante a Segunda Guerra Mundial, Bacon trabalhou no desenvolvimento de algumas unidades de CaCs que foram testadas nos submarinos da Marinha Inglesa.

Embora fossem extremamente caras, as CaCs de Francis Bacon provaram ser suficientemente confiáveis para atrair a atenção da Pratt & Whitney. Esta empresa se uniu com a Energy Conversion, que tinha Bacon como consultor e licenciou o trabalho dele para utilizá-lo no desenvolvimento de um sistema de geração de energia para as missões espaciais Gemini e Apollo da NASA (ver imagem abaixo). Após as missões, a construção de novas CaCs alcalinas operando em altas pressões foi paralisada e tornou-se evidente, levando em conta esse tipo de célula, que sua comercialização tinha como principais obstáculos o alto custo e a pequena vida útil.

Réplica do módulo de Células a Combustível utilizado pela NASA na missões Gemini e Apolllo.

Importante após esta introdução…

É interessante perceber que os estudos com CaCs podem ser considerados antigos, embora a evolução dessa tecnologia tenha sido paralisada devido a avanços em tecnologias dependentes de derivados do petróleo. Mais recentemente, com os problemas ambientais que a sociedade passou a sofrer em decorrência do aquecimento global, e com novas políticas de preservação do meio ambiente, a comunidade acadêmica, empresas automobilísticas e de outros setores, reativaram suas pesquisas.

Atualmente, as CaCs apresentam grande evolução em durabilidade, diminuição dos custos e são uma das principais soluções energéticas ambientalmente amigáveis. É só uma questão de tempo para que esta tecnologia esteja fazendo parte da vida das pessoas como ocorreu com os computadores pessoais.

Bem, leitores, vou ficando por aqui. No próximo post, abordarei sobre o funcionamento da Célula a Combustível e a utilização do hidrogênio de modo a produzir energias elétrica e térmica.

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Sobre o autor:

Reinaldo Vargas (ou Reinaldo Azevedo Vargas), além de ser o idealizador do Projeto Universo NERD, é Professor Universitário, Engenheiro de Materiais, Mestre e Doutor na área de Engenharia e Ciência dos Materiais. Possui experiências nas áreas de Ciência, Engenharia e Tecnologia de Materiais e em Células a Combustível (Fuel Cells). Possui conhecimentos nas áreas de Ciência dos Materiais, Nanomateriais, Nanotecnologia, Resistência dos Materiais, Tecnologia do Hidrogênio e Meio Ambiente.

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A Tecnologia Do Hidrogênio E A Geração De Energia Elétrica De Forma Sustentável é uma série composta de 3 posts onde o autor aborda como a geração de energia elétrica está relacionada com o hidrogênio e com às Células a Combustível para colaborar na construção de um mundo mais sustentável.

ESTE É O PRIMEIRO TEXTO!

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