10.5 SISTEMAS À BASE DE CACS

Sistemas à base de CaCs que utilizam as muitas tecnologias descritas anteriormente têm sido testados em aplicações móveis e estacionárias por todo o mundo, demonstrando muitas vantagens com relação aos sistemas convencionais. A figura 16 mostra um esquema geral de sistema à base de CaCs em que são destacados os componentes principais. No esquema mostrado, os principais componentes são o processador do combustível, a pilha de células e o condicionador de potência, apresentados a seguir.

10.5.1 Processador de Combustível

Antes de ser introduzido na célula, o combustível deve passar por um processo de limpeza, cuja função é retirar todas as impurezas, como o enxofre, a amônia e, às vezes, o monóxido de carbono, que, uma vez em contato com os elementos da célula, podem contaminá-los, prejudicando o desempenho da CaC e reduzindo a vida útil dela.

O processador do combustível também é o responsável pelo processo em que se realiza a reforma catalítica a vapor, que é a reação dos hidrocarbonetos existentes no combustível com vapor d’água, produzindo o hidrogênio livre que participará da reação eletroquímica no interior da célula. Nas CaCs que operam a temperaturas elevadas (MCFCs e SOFCs), o processo de reforma catalítica do combustível é realizado no interior da própria célula, eliminando a necessidade de um reformador em separado, caracterizando a reforma interna do combustível.

É claro que as CaCs que utilizam diretamente o gás H2 ou um gás rico em hidrogênio usufruem da vantagem de não necessitarem realizar a reforma do combustível.

10.5.2 Pilha de células

A pilha de células indicada no esquema pode ser uma CaC completa, conforme descrição anterior, ou um conjunto de CaCs formado para a obtenção de um resultado coletivo com maior potência.

10.5.3 Condicionador de Potência

É o conjunto de equipamentos que converte a energia em CC gerada pela CaC para a forma de corrente alternada (CA), normalmente trifásica, a ser utilizada pelas cargas elétricas. Sendo assim, o condicionador de potência é constituído principalmente por inversores estáticos CC/CA.

10.5.4 O Hidrogênio como Combustível das CaCs

O hidrogênio é o combustível básico utilizado nas CaCs, seja na forma pura ou na forma derivada de outros combustíveis, tais como os hidrocarbonetos, os álcoois e o carvão. Nas CaCs abastecidas com H2, as reações eletroquímicas que se processam são bem simples, não produzindo substâncias derivadas do carbono (CO e CO2), do enxofre (SO2) ou do nitrogênio (NOx), potenciais agentes contaminadores dos componentes internos das CaCs.

O hidrogênio como combustível exerce o importante papel de transportador de energia, proporcionando o armazenamento e a transmissão da energia por meio de linhas de dutos ou pelo seu armazenamento em recipientes adequados, com pressão compatível com a necessária ao consumo. Além disso, trata-se de um combustível poderoso: o poder calorífico do hidrogênio é de cerca de 120 MJ/kg (28.700 kcal/kg), enquanto o da gasolina é de cerca de 43,5 MJ/kg e o do metanol, de 20,1 MJ/kg.

O hidrogênio tem o potencial para ser o combustível menos poluidor. Entre os vários transportadores de energia que podem ser derivados de fontes renováveis, somente o hidrogênio e a eletricidade poderiam eliminar completamente as emissões prejudiciais no ponto de uso — algumas outras opções, como o metanol derivado da biomassa e utilizado em CaCs, poderiam aproximar-se dessa meta. Se o hidrogênio for produzido por meio de recursos renováveis, não há geração de gases-estufa ou outros poluentes na produção e no uso da energia.

É possível produzir hidrogênio eficientemente a partir de várias fontes renováveis disponíveis, usando-se métodos como, por exemplo, a eletrólise da água, em que a energia elétrica requerida para o processo pode ser fornecida por meio de geração eólica, hidrelétrica, solar fotovoltaica, gaseificação da biomassa, entre outras. A diversidade de fontes primárias poderá atribuir ao hidrogênio o papel de transportador universal de energia.

Cabe ressaltar que a maneira mais tradicional de se produzir hidrogênio puro ou com grau de pureza elevado é pela eletrólise da água, mediante a utilização de uma fonte externa de energia, em processo que se dá de modo exatamente inverso ao processo de geração de eletricidade nas CaCs.