Mecânica

Brasileiros fazem avanço rumo a carros a hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/03/2012

Imagem de microscopia eletrônica de transmissão de uma amostra de CeO2. O catalisador poderia ser usado tanto na produção de hidrogênio puro em estações próprias, quanto na geração do hidrogênio no próprio veículo, partindo de um gás-fonte.
[Imagem: Vinícius Dantas]

Tipos de carros elétricos

Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos, da USP, fizeram avanços importantes rumo a veículo elétricos alimentados por hidrogênio.

A atual onda de carros elétricos fundamenta-se em dois tipos de tecnologias.

O primeiro tipo é formado pelos carros híbridos, que possuem motores elétricos, mas possuem também um pequeno motor a combustão, que pode ser usado para fornecer potência extra ou para gerar eletricidade para suprir as necessidades das baterias.

O segundo tipo são os carros realmente elétricos, alimentados unicamente por baterias. O primeiro carro de corrida elétrico, por exemplo, é desse tipo.

O que vai alimentar os carros do futuro?

Mas há ainda um terceiro tipo, mais futurístico e mais promissor, e totalmente limpo, mas que ainda depende de vários desafios tecnológicos a serem vencidos.

São os carros a hidrogênio, cuja eletricidade para os motores elétricos não é fornecida primariamente por baterias, embora elas eventualmente continuem a existir, mas por células a combustível, por sua vez alimentadas a hidrogênio.

Uma célula a combustível a hidrogênio consome o gás para gerar eletricidade, e emite apenas água como subproduto.

Catalisadores de terras raras

Um dos desafios a serem vencidos para viabilizar os veículos a hidrogênio é aumentar a eficiência e a durabilidade das células a combustível. E isso depende de catalisadores.

O que Vinícius Dantas de Araújo e Maria Inês Bernardi fizeram foi apostar em um óxido de terras raras para purificar o hidrogênio, evitando a deterioração dos eletrodos das células a combustível.

"Os eletrodos, responsáveis por transformar hidrogênio gasoso em eletricidade, param de funcionar muito rapidamente, caso haja a presença de monóxido de carbono nesse processo," explica Vinícius.

O material usado no catalisador é o óxido de cério (CeO2) dopado com cobre, ou seja, um átomo de cério na molécula de CeO2 é substituído por um átomo de cobre.

Isso criou um material que pode ser utilizado como catalisador para fazer a oxidação do monóxido de carbono (CO), transformando-o em CO2.

"A ideia é utilizarmos o catalisador [CeO2] para transformar o monóxido em dióxido, já que este último não inviabiliza o processo, como o CO", explica o pesquisador.

"Já fizemos testes de catálise e os resultados mostraram que o óxido de cério dopado com 3% de cobre já consegue fazer 100% de oxidação do monóxido em dióxido," completa.

Armazenamento ou produção a bordo

O armazenamento do hidrogênio é um problema à parte para a viabilização dos veículos elétricos totalmente limpos.

Seria impraticável guardar o hidrogênio em tanques pressurizados, como se faz hoje com o gás natural.

Por isto, as maiores apostas têm sido feitas em cima do armazenamento sólido de hidrogênio.

Tanque de combustível sólido armazena até 10% de seu peso em hidrogênio

Vinícius aposta em uma alternativa, que ele considera bastante segura.

A ideia "seria armazenar nos automóveis um gás fonte de hidrogênio (como vapor de etanol) e fazer uma reação catalítica no veículo para obtenção do hidrogênio e, em seguida, utilizar o óxido de cério dopado com cobre para a purificação do gás rico em hidrogênio obtido [na primeira reação]," conta ele.

Assim, o material que ele está desenvolvendo poderia ser usado tanto na produção do hidrogênio, caso se adote o armazenamento do hidrogênio em tanques sólidos, ou na própria célula a combustível, caso a tecnologia que venha a ser adotada seja a produção do hidrogênio no próprio veículo.

Produção de hidrogênio a partir do etanol

Outra parte da pesquisa concentra-se em uma etapa anterior do processo, na produção do próprio combustível hidrogênio.

Neste caso, os cientistas estão testando o uso do cobalto como dopante, em vez do cobre.

O intuito final é que o óxido de cério dopado com cobalto seja eficiente na produção de hidrogênio gasoso, a partir da reforma do vapor do etanol.

"Pegamos as moléculas de etanol, as fazemos passar pelo catalisador e, do outro lado, tudo será transformado em hidrogênio e dióxido de carbono," explica Vinícius.

"O óxido de cério dopado com cobalto já conseguiu transformar o etanol em hidrogênio", comemora o pesquisador, embora ainda seja necessário trabalhar na questão da eficiência.

Resultados para o futuro

Vinícius está indo agora para a Universidade de Valência, na Espanha, onde pretende usar técnicas de caracterização óptica para correlacionar as propriedades ópticas e estruturais dos seus novos materiais catalisadores - o óxido de cério dopado com cobre ou com cobalto.

"No momento, esses materiais não são viáveis economicamente para uma produção em larga escala. Mas, em um futuro breve, isso mudará", finaliza Vinicius, apostando nos veículos a hidrogênio do futuro.