Uma nova era na geração de energia está começando: a eletricidade obtida diretamente por residências e empresas, com a utilização de sistemas que produzem um tipo de energia confiável, independente, de alta qualidade, renovável e não poluente. As novas tecnologias da chamada microenergia incluem células combustível, microturbinas, energia solar e eólica.
Quanto à energia obtida por combustão – motores de movimento alternado que tradicionalmente utilizavam óleo diesel – agora operam com gás natural. As microturbinas – turbinas a gás avançadas, derivadas dos motores a jato dos aviões – estão começando a ser produzidas em série e fornecidas para instalações comerciais nos Estados Unidos. Os motores Stirling estão se tornando populares em residências e instalações comerciais nos países europeus.
O modelo atual da produção de energia no mundo, dependente de jazidas de combustíveis fósseis, esgota os recursos naturais e deteriora as condições ambientais. Esses combustíveis não são renováveis e seu beneficiamento e uso gera contaminantes atmosféricos, como o dióxido de carbono, principal responsável pela ocorrência do efeito estufa, que provoca o aquecimento global. Além disso, existem fatores estratégicos e econômicos que devem ser considerados, pois suas jazidas estão concentradas em poucas regiões do mundo, assim como os preços estão sujeitos a grandes instabilidades.
A melhora do padrão de vida da humanidade requer o aperfeiçoamento da qualidade da energia fornecida e dos serviços que podem ser oferecidos a partir do uso dessa energia, dentro de um processo de crescimento sustentável.
Todas essas condições levam à busca desenfreada de novas tecnologias para a geração de energia que faça uso mais eficiente dos recursos naturais, utilizando recursos renováveis. A célula combustível destaca-se dentre as diferentes tecnologias para a geração de energia de forma sustentável.A célula combustível é um tipo de energia que diferentemente do que indica o nome, não envolve combustão. É um dispositivo eletroquímico que combina hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade e água. Já há centenas de unidades funcionando em todo o mundo e a tecnologia está em pleno desenvolvimento. O melhor combustível para a célula é o hidrocarbono, que pode ser produzido por uma variedade de recursos fósseis (carvão, petróleo e gás natural), renováveis (biomassa), e a partir de eletricidade, por eletrólise da água, usando energias renováveis (solar, eólica, hidráulica, geotérmica e outras).
A célula combustível tem uma infinidade de aplicações, entre elas, consta a geração estacionária de energia elétrica para uso residencial, comercial, industrial. Nos meios de transporte, a célula combustível pode ser empregada para a geração de energia em substituição ao motor de combustão interna, o que beneficiaria caminhões, ônibus, automóveis, trens, navios e aviões. Os equipamentos eletroeletrônicos como telefones celulares, computadores, sensoreamento remoto, entre outros, também podem ser alimentados via célula combustível em substituição às baterias. A célula combustível é uma tecnologia em evolução, assim como outras tecnologias e produtos também estão evoluindo: sistemas de transporte híbrido, turbinas a gás e microturbinas, que estão sendo desenvolvidos para sistemas de geração distributiva.
Os esforços em ciência, tecnologia, desenvolvimento e engenharia de produtos e processos associados com célula combustível são altamente justificáveis nesse momento, uma vez que esta forma de geração de energia está atingindo o estágio comercial em vários países. Esse tipo de energia é considerado estratégica pelos países que se interessem em desenvolver esta área velozmente, porque o domínio da tecnologia à base de célula combustível significará a chance de se obter retornos econômicos significativos, além de criar novas indústrias baseadas em tecnologia e bons empregos.
A substituição de matrizes tradicionais – como a hidrelétrica, o carvão e o petróleo – pelas renováveis trazem ganhos econômicos consideráveis. Mesmo que a tecnologia de célula combustível exija elevados investimentos em desenvolvimento e implantação, a sua industrialização compensa pela geração de atividade econômica e ajuda na balança de pagamentos devido à utilização de recursos e equipamentos locais. A experiência de outros países na área indica que a tendência é de que as pequenas e as médias empresas serão as frentes na adoção das fontes alternativas.
Além de sua infindável utilização, a célula combustível e outras fontes de energia como a eólica e a solar, também podem ajudar a reduzir as emissões globais de dióxido de carbono, já que um terço delas provém da geração de eletricidade. Nos países em desenvolvimento, a energia em pequena escala poderá cortar as emissões de carbono em 42%. A microenergia proporcionará a esses países a oportunidade de saltar diretamente para fontes energéticas mais baratas e limpas, em vez de construir mais usinas térmicas e estender as linhas de transmissão existentes. Nas regiões rurais, onde muitas pessoas não têm acesso aos serviços de eletricidade, sistemas em pequena escala já são economicamente superiores à extensão das linhas de transmissão, além das vantagens ambientais sobre o querosene e o diesel.
Mas mesmo com os benefícios e vantagens da microenergia, ainda há muitas barreiras à sua adoção em larga escala. A começar pelas regras de mercado na maioria dos países que favorecem a manutenção do modelo centralizado. Além disso, muitas concessionárias elétricas encaram os sistemas de microenergia como uma ameaça econômica. Entretanto, devido às razões mencionadas anteriormente, o risco de investir em novas usinas elétricas térmicas centralizadas é grande num mundo que busca o desenvolvimento sustentável.
Entre as áreas que se destacam para a aplicação da célula combustível estão a propulsão de veículos e geração de energia. A propulsão de veículos, no entanto, é o maior alvo dos pesquisadores. Este livro tem seu foco centrado sobre a geração de energia porque é uma aplicação da célula combustível menos divulgada, mas com grandes possibilidades de se tornar uma fonte de sucesso em energia renovável, limpa e eficiente, num prazo relativamente curto.
Observação: a expressão “célula combustível” foi utilizada pelo autor por ser a tradução mais conveniente da palavra original inglesa “fuel cell”. O autor entende que a expressão possui melhor significado técnico. Outras expressões utilizadas no Brasil são: “célula a combustível”, “célula de combustível” e “pilha a combustível”.
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