10.4.3 CaC Ácida (PAFC)

As PAFCs, únicas comercializadas desde 1994, são as de tecnologia mais antiga e mais desenvolvida até o presente. Utilizando o ácido fosfórico como eletrólito, elas podem ser abastecidas com combustíveis relativamente limpos, derivados do processo de reforma de combustíveis fósseis como o gás natural, o GLP e outros destilados leves, ou, ainda, do processo de limpeza do gás de carvão produzido por um gaseificador. Podem também utilizar o metanol e o etanol como combustíveis, após estes serem submetidos ao processo de reforma para a produção de gás rico em H2. Todavia, devem ser tomadas precauções para evitar o envenenamento e a deterioração do anodo pelo CO ou pelo gás sulfídrico (H2S) que podem ser liberados no processo de reforma.

Para proporcionar maior atividade das reações eletroquímicas, as PAFCs requerem o emprego de catalisadores à base de metais nobres, como a platina, o que representa grande desvantagem pelo alto custo envolvido. Não obstante essa desvantagem, o ácido fosfórico oferece algumas vantagens, como a excelente estabilidade térmica, química e eletroquímica e a baixa volatilidade para temperaturas superiores a 150 °C. A vantagem desse tipo de célula é a construção relativamente simples, com base em materiais produzidos a partir de processos amplamente dominados pela indústria.

A principal aplicação das PAFCs dá-se nas centrais de co-geração de 50 kW a 1.000 kW, para instalação nas dependências do consumidor e destina-se ao suprimento de eletricidade e calor para estabelecimentos comerciais, conjuntos residenciais e pequenas indústrias. O calor obtido pela recuperação parcial ou total do calor residual gerado no processo pode ser utilizado para aquecimento de água ou para ar-condicionado mediante processo de absorção. Esses são os maiores segmentos relevantes do mercado identificados até o presente como economicamente viáveis para a utilização desse tipo de CaC, que tem nível de produção ainda em fase de amadurecimento.

10.4.4 CaC de Carbonato Fundido (MCFC)

As MCFCs utilizam como eletrólito uma mistura de carbonatos alcalinos fundidos. Operam em temperaturas de 550 °C a 650 °C, com eficiência entre 55% e 60%. Uma das características das MCFCs que as diferenciam das demais é o envolvimento do CO2 nas reações eletroquímicas. O catodo deve ser suprido de CO2 que, reagindo com o O2 e os elétrons liberados pelo anodo, produzem os íons de carbonato (CO3–2), que irão conduzir a corrente iônica através do eletrólito. No anodo, esses íons são consumidos no processo de oxidação do H2, formando vapor d’água e CO2, que é reconduzido ao catodo. O combustível utilizado é, normalmente, um gás rico em H2, produzido a partir do gás natural reformado. O calor e o vapor d’água produzidos na reação química da célula podem ser utilizados no processo de reforma do metano do gás natural, caracterizando, assim, o processo conhecido como reforma interna do combustível.

A tecnologia das MCFCs está se tornando cada vez mais atrativa para aplicações em centrais de co-geração de médio e grande portes, por oferecer diversas vantagens não só sobre as unidades convencionais de geração, mas também sobre os sistemas com PAFCs. Entre essas vantagens, destaca-se a elevada eficiência combustível/energia elétrica, que pode exceder 55%, bem superior, portanto, aos 33% – 35% das unidades de tecnologia convencional e aos 40% – 45% observados nas unidades de PAFCs, sem o aproveitamento do calor residual. Quando o calor residual é utilizado em esquema de ciclo combinado, a eficiência global da central pode atingir 85%. A elevada temperatura de operação das MCFCs torna-as adequadas para aplicações em sistemas de co-geração que operam em ciclo combinado. O desenvolvimento dessa tecnologia tem encontrado grandes problemas relacionados à degradação e à estabilidade dos componentes e materiais empregados nas células.