BIBLIOTECA VIRTUAL de Derecho, Economía y Ciencias Sociales

ENERGIA, ECONOMIA, ROTAS TECNOLÓGICAS. TEXTOS SELECIONADOS

Yolanda Vieira de Abreu y otros




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10.4.5 CaC de Óxido Sólido (SOFC)

As SOFCs utilizam eletrodos cerâmicos à base de zircônio e operam a cerca de 1.000 °C, gozando, portanto, das mesmas vantagens das MCFCs em relação às células de baixas temperaturas: (a) dispensam a utilização de catalisadores à base de materiais nobres e de alto custo; (b) permitem o processamento direto do combustível no interior da própria célula — reforma interna; e (c) são adequadas para a produção de calor residual em sistemas de co-geração com ciclo combinado.

O projeto das SOFCs está sendo desenvolvido segundo três concepções distintas: a tubular, a planar e a monolítica. Na concepção tubular, as células operam com o combustível fluindo nas superfícies externas de um feixe de tubos. O oxidante flui internamente ao tubo que é composto por eletrodos e eletrólito em tubos concêntricos, formando um sanduíche. Nesse caso, a célula é denominada tubular SOFC, ou TSOFC. Na concepção planar, as células são constituídas por placas montadas juntas e empilhadas, com vantagens sobre o sistema tubular: a relativa facilidade de fabricação e a baixa resistência elétrica do eletrólito, com redução de perdas. Na concepção monolítica, que está em estágio inicial de desenvolvimento, a construção tem base em um processo de sintetização/corrugação dos eletrodos e do eletrólito para formar uma estrutura em forma de colméia.

As seguintes características, próprias da SOFCs, tornam-nas vantajosas em relação às MCFCs: (a) possuem eletrólito sólido, tendo, portanto, maior estabilidade; (b) o eletrólito não é corrosivo, possibilitando vida útil mais longa; (c) não necessitam de reciclagem de CO2, dispensando os componentes auxiliares para essa finalidade; e (d) são mais tolerantes à contaminação pelo enxofre e suporta processos de remoção de contaminantes a temperatura elevada. Em contrapartida, a elevada temperatura das SOFCs traz algumas desvantagens, como a redução da energia livre disponível na célula e outros problemas relacionados com os materiais utilizados na célula e em equipamentos auxiliares, tais como trocadores de calor e preaquecedores.

O calor produzido nessas células pode ser utilizado em aplicações de co-geração ou para acionar turbina a vapor, produzindo, assim, energia elétrica adicional àquela gerada com as reações químicas da célula. Além disso, podem ser utilizados diferentes tipos de combustível, desde o H2 até o metano ou o monóxido de carbono, sendo que a natureza das emissões varia conforme a mistura do combustível.

Há a expectativa de que seja possível, dentro de pouco tempo, a construção modular de centrais de grande porte com densidade energética de cerca de 1 MW/m3 e eficiência de 50% a 60%. Devido à alta temperatura de operação, as SOFCs são adequadas para operarem em esquema de ciclo combinado, em que o combustível não-submetido à reação química que sai da célula é queimado em uma turbina a gás. Uma vez que a temperatura dos gases de exaustão é da ordem de 500 °C a 900 °C, o calor residual pode ser utilizado para gerar vapor, podendo-se, com isso, atingir eficiência global de cerca de 80%.

10.4.6 CaC de Óxido Sólido de Temperatura Intermediária (ITSOFC)

Um considerável esforço de pesquisa é realizado com o objetivo de abaixar a temperatura de operação das SOFCs, o que permitiria o uso de materiais mais baratos, estenderia o campo de aplicação das SOFCs, por exemplo, à tração em veículos, e aumentaria a confiabilidade e a vida útil da célula. Temperaturas de operação abaixo de 800 °C só serão possíveis com a aplicação de novos materiais nos componentes da CaC. Para o desenvolvimento desse tipo de CaC, pesquisam-se novos eletrólitos com boa condutividade em temperaturas abaixo de 800 °C, principalmente as cerâmicas à base de cério (Ce) dopadas com gadolínio (Gd). Há, ainda, um longo caminho a ser percorrido no desenvolvimento desse tipo de CaC.

10.4.7 CaC de Metanol Direto (DMFC)

Esse tipo de CaC não precisa de reformador para a produção de hidrogênio, pois o metanol é diretamente oxidado no anodo. A principal aplicação prevista para a DMFC é a substituição das baterias de equipamentos eletrônicos, como telefones celulares e microcomputadores, que poderão funcionar por longos períodos, desde que haja alimentação com metanol. Em princípio, existem duas maneiras diferentes de se alimentar essa CaC: com o metanol na forma líquida ou na forma vaporizada. No segundo caso, a temperatura de operação é maior que no primeiro. A temperatura de operação mais alta aumenta a resistência do catalisador à contaminação por CO e acelera a cinética de oxidação do metanol, melhorando o desempenho da célula. Todavia, aumenta a complexidade do sistema devido à necessidade de um vaporizador de combustível e de umidificação da membrana. Outra aplicação em fase de avaliação para a DMFC é a automotiva, principalmente por eliminar a necessidade do reformador e, assim, simplificar o processo de produção de energia elétrica e aumentar a eficiência energética total do sistema.

Como já mencionado, as DMFCs encontram-se em estágio de desenvolvimento incipiente em relação às PEMFC alimentadas por hidrogênio, sendo que os principais problemas relacionados a elas são o desempenho do catalisador e a permeação de metanol através da membrana polimérica. Todavia, o desempenho das DMFCs vem melhorando rapidamente, e elas já são competitivas com as baterias de Li mais avançadas, com a vantagem de poderem ser recarregadas facilmente.

10.4.8 CaC de Etanol Direto (DEFC)

O combustível etanol apresenta vantagens em relação ao metanol, tais como menor toxidez e maior facilidade de ser obtido de forma renovável a partir de biomassa. Estudos iniciais indicaram que a permeabilidade do etanol através do eletrólito polimérico é baixa, o que o torna promissor para alimentação direta de PEMFC. Por outro lado, a cinética de oxidação do etanol é mais lenta que a do metanol, implicando a geração de sobrepotencial anódico ainda maior que no caso do metanol. Essas CaCs ainda estão em estágio de desenvolvimento laboratorial.


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