Desde que o Acordo Climático de Paris apontou para a necessidade de limitar o aquecimento global abaixo de 2°C (idealmente 1,5°C) no decorrer deste século, não há mais dúvida sobre “se” as tecnologias de acionamento e de geração de energia precisam ser verdes. O que vem sendo debatido agora em todo o mundo é “como” fazer isso.

Na verdade, ainda não há uma resposta clara para aspectos como o papel dos motores de combustão, o potencial das células de combustível e quais combustíveis serão fundamentais nessa missão.

Atualmente, qualquer um que queira alimentar uma escavadeira ou grupo gerador ainda escolherá um motor a diesel. Dentro de alguns anos, contudo, os gestores de frotas poderão escolher, por exemplo, entre baterias ou células de combustível, ou mesmo selecionar um motor de combustão interna alimentado por combustíveis renováveis, como hidrogênio, metanol ou diesel sintético. “A chave para transformar a mobilidade fora da estrada está nos combustíveis”, assegura Daniel Chatterjee, diretor de estratégias tecnológicas e assuntos regulatórios da divisão de Sistemas de Energia da Rolls-Royce.

O especialista tem convicção de que, graças aos modernos processos Power-to-X – que utilizam eletrólise para transformar eletricidade verde em hidrogênio, que por sua vez é processado em e-metano, e-metanol ou e-diesel –, uma gama inteiramente nova de tecnologias de acionamento deve surgir em breve.

NICHOS

A base de todos os combustíveis verdes é a eletricidade criada a partir de fontes renováveis de energia. A solução mais óbvia seria armazená-la diretamente em baterias e usá-la para alimentar motores elétricos, o que deverá ser em breve a configuração padrão para automóveis de passeio.Mas navios que percorrem longas distâncias ou caminhões basculantes com cargas volumosas, por exemplo, exigem baterias de proporções gigantescas. Quando a energia eólica ou solar é armazenada em uma bateria, cerca de 70% a 90% do volume são utilizados para fins de propulsão.

Por outro lado, se a eletricidade é convertida em e-combustível, a quantidade de energia original disponível para uso é de apenas 40%, sendo que o restante é consumido para produção e transporte. Em outras palavras, há necessidade de até cinco vezes mais energia para acionar a propulsão.

Mas falta um parâmetro importante nesse cálculo: a densidade de energia. A operação de um motor com potência de 2.000 kW durante 8 horas necessitaria de mais de 100 toneladas de baterias, ou cerca de 2 toneladas de diesel. Como se vê, a densidade de energia do diesel é imbatível. “Os trens de força elétricos alimentados por baterias só se estabelecerão em alguns nichos do segmento fora de estrada, especialmente em equipamentos de grande porte”, avalia Peter Riegger, vice-presidente do Laboratório de Propulsão da Rolls-Royce Power Systems.

Segundo ele, as células de combustível são uma proposta muito mais realista, tanto para propulsão como para geração de energia. Tecnicamente, os sistemas de células de combustível também utilizam acionamentos elétricos. A diferença é que, nessa condição, o motor elétrico não é acionado por baterias, mas por células de combustível.

Dentro da célula de combustível ocorre uma reação química controlada entre hidrogênio e oxigênio, que produz a eletricidade que alimenta o motor elétrico. As emissões são quase inexistentes – apenas vapor de água. E como a quantidade de calor emitida é baixa, o processo nas pilhas de célula de combustível também é chamado de “combustão fria”.

VERSATILIDADE

Outra vantagem das células a combustível sobre os motores de combustão interna é que são extremamente versáteis no que se refere a aplicações, além de serem modulares, ou seja, pode-se adicionar mais módulos sempre que houver necessidade de mais energia.

A propulsão de navios, por exemplo, até hoje é feita por motores diesel cuja potência nominal deve corresponder à potência máxima requerida pelo equipamento. As células de combustível, no entanto, abrem novas possibilidades, especialmente quando combinadas com baterias, permitindo ao navio adequar constantemente a quantidade de energia que está sendo gerada para corresponder ao uso, economizando combustível no processo.

Quando a operação requerer muita energia, todas as células de combustível serão utilizadas, enquanto algumas podem simplesmente ser desligadas em aplicações com demanda média.

Mas a propulsão não é o único uso no qual as células de combustível representam uma alternativa viável aos motores de combustão. Grupos geradores, por exemplo, podem ser usados para fornecer energia emergencial a centros de processamento de dados e hospitais, substituindo os geradores a diesel dentro de microrredes, ou mesmo fornecer energia verde permanente onde não houver conexão à rede.

Por tudo isso, essa tecnologia, que compreende o sistema de célula de combustível, sistemas UPS, baterias e infraestrutura de hidrogênio, está destinada a integrar novas soluções de energia de reserva totalmente integradas no futuro.

Segundo Riegger, a indústria deve fornecer soluções de células combustíveis dentro de apenas alguns anos. “Essa solução promete ser exatamente o que precisamos para um futuro verde, ou seja, zero de carbono na mobilidade e na geração de energia”, diz ele.

PROJETOS

Mesmo porque esse caminho já está traçado. Ainda em 2021, a Rolls-Royce deve colocar em funcionamento em suas instalações de Friedrichshafen, na Alemanha, um demonstrador de fornecimento de energia elétrica de reserva alimentado por células combustíveis. “Queremos mostrar como as células de combustível podem ser versáteis quando utilizadas em sistemas estacionários de energia, em aplicações de back-up equipadas com baterias ou em fontes centrais de alimentação”, diz Riegger.

Além dessa iniciativa, a divisão Power Systems da empresa anunciou sua adesão à Cellcentric, joint-venture criada pela Daimler e pela Volvo para o desenvolvimento de células de combustível. “Estamos desenvolvendo soluções modulares e totalmente integradas, com até 2 MW de potência, para centros de dados”, revela o vice-presidente.

Todavia, todo esse desenvolvimento não representa o fim do motor de combustão interna. “Utilizando combustíveis sintéticos renováveis como o hidrogênio, o motor a combustão pode continuar como uma tecnologia-chave no futuro”, diz Riegger com convicção. “Temos uma pesquisa em andamento que busca criar motores de combustão movidos a hidrogênio, aplicação para a qual a célula de combustível também é extremamente promissora.”

Atualmente, os engenheiros da fabricante estão testando a tecnologia no âmbito do projeto “MethQuest”. A previsão é que um propulsor com configuração completa seja testado ainda em 2021. “Até agora, temos nos concentrado principalmente em aplicações de energia estacionária que utilizam o motor a hidrogênio, mas também vemos potencial nos setores industrial e ferroviário”, diz o executivo.

FUTURO

Como fonte de energia, o hidrogênio tem um grande futuro à sua frente. Mas, para que não cause impactos ambientais, a tecnologia de fornecimento e geração deve ser conduzida a partir de energias renováveis. O problema é que o hidrogênio “verde” continua sendo difícil e caro de se obter.

No entanto, o Green Deal da União Europeia e as estratégias e programas internacionais podem mudar isso em breve. Fábricas de produção em massa estão sendo construídas em todo o mundo, gerando o efeito de redução dos custos. Mesmo assim, o hidrogênio não deve figurar como a única solução com potencial verde.

O metanol, por exemplo, atrai particular interesse na indústria naval, pois como e mais fácil de manusear que o hidrogênio, a infraestrutura já existente pode ser utilizada para transportá-lo. Potencialmente, o metanol também pode ser convertido de volta em hidrogênio utilizando-se um reformador, permitindo assim seu uso diretamente em células de combustível para a produção de eletricidade.

“Neste momento, estamos em meio a uma transformação emocionante”, comenta Riegger. “A mobilidade e a geração de energia que não afetam o clima são possíveis e inevitavelmente virão, tornando realidade a revolução verde da indústria.” [Tradução e adaptação: Redação M&T]

Grupo Volvo inaugura laboratório para células de combustível

Localizado no Centro Técnico para Equipamentos de Construção da Volvo CE em Eskilstuna, na Suécia, o laboratório representa um passo à frente no compromisso da empresa com a meta de ser 100% livre de combustíveis fósseis até 2040. A instalação é a primeira do Grupo a testar unidades completas de células de combustível de hidrogênio em máquinas de construção pesada e outras aplicações.

Segundo Toni Hagelberg, líder da área de propulsão da Volvo CE, a tecnologia é uma peça-chave na busca por soluções sustentáveis para máquinas pesadas de construção, visando uma sociedade que não consuma carbono. “Esse investimento fornece uma ferramenta vital para alcançarmos os objetivos baseados em ciência”, diz ele. “O laboratório também servirá ao Grupo Volvo globalmente, pois é o primeiro a oferecer esse tipo de testes avançados.”

Células de combustível para caminhões pesados estão chegando

Em uma iniciativa global pioneira, a Freudenberg Sealing Technologies lançou no final de 2020 um sistema de células de combustível para caminhões pesados da classe de 40 toneladas, atualmente em fase de testes. Desenvolvido em colaboração com a Quantron AG, o projeto tem o apoio do Programa de Pesquisas Energéticas do Ministério da Economia, Desenvolvimento Regional e Energia da Baviera, na Alemanha.

Segundo a empresa, a tecnologia do veículo ‘Energon’ oferece uma abordagem promissora quando se trata de soluções de transporte de longas distâncias sem emissões, atividade que ademais requer uma vida útil de, ao menos, 35 mil horas dos veículos.

“O objetivo do projeto é testar os sistemas quanto ao desempenho, durabilidade e alcance em condições de condução contínua”, diz a empresa, destacando que até o final deste ano o primeiro veículo de testes com a nova tecnologia já estaria circulando nas rodovias da Baviera.

Abordagem do veículo ‘Energon’ é promissora para um transporte de longas distâncias sem emissões

Saiba mais:
Freudenberg: www.freudenberg.com
MTU: www.mtu-solutions.com
Volvo: www.volvogroup.com