O Brasil é o maior produtor
mundial de etanol de cana-de-açúcar e o segundo maior quando consideradas
outras matérias-primas. O biocombustível renovável vem sendo vendido em todos
os postos do país. Mas, agora, além de encher os tanques dos carros que têm
motor de combustão interna, pode ser usado também para movimentar carros
elétricos.
Isso porque o etanol pode ser
usado para gerar hidrogênio e, a partir dele, produzir eletricidade. O
processo, neutro em emissões de carbono, é integralmente realizado em um único
dispositivo: uma célula a combustível de óxido sólido (SOFC, na sigla em
inglês), assim chamada porque seu eletrólito é composto por um material sólido,
geralmente um óxido.
No carro elétrico a etanol,
cujo primeiro protótipo foi lançado pela Nissan em 2016, não há tanques de
hidrogênio e as baterias dispensam tomadas para recarregá-las. Em vez disso, há
uma célula a combustível a etanol.
Agora, uma pesquisa liderada por Fábio Fonseca, do Cine, deu um passo importante no sentido de melhorar o desempenho dessas células a combustível. “O trabalho aprofunda uma sequência de estudos em que tentamos avançar o uso de etanol em células a combustível de óxidos sólidos”, diz Fonseca, que é gerente do Centro de Células a Combustível e Hidrogênio do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN).
“O impacto que essa tecnologia pode ter no país é gigantesco”, informa o pesquisador. “Podemos pensar em automóveis que dispensam tanques complexos de hidrogênio e capazes de abastecer em qualquer posto, com carregamento tão rápido quanto encher o tanque de etanol. Podemos ir além e levar eletricidade a comunidades distantes do grid, bastando abastecê-las com o etanol – um carregador denso de energia líquido, renovável e disponível”, completa.
Desafios e possíveis soluções
para o uso do etanol
As SOFCs estudadas por
Fonseca e colaboradores são formadas por camadas de materiais diferentes que
cumprem funções complementares. Duas camadas compõem o ânodo. Na catalisadora,
o etanol é transformado em hidrogênio e compostos baseados em carbono. Na
eletroquímica, a energia química do hidrogênio é convertida em energia elétrica
por meio de reações redox.
O processo, contudo, ainda
apresenta limitações, principalmente, a formação de depósitos de carbono na
célula a combustível, que prejudicam o seu desempenho ao longo do tempo.
Pensando em resolver esse problema, o grupo desenvolveu variantes do material que compõe a camada catalisadora do ânodo, normalmente constituída por um compósito de níquel/Ni e óxido de cério/CeO2. Os pesquisadores introduziram pequenas proporções de outros elementos (todos metais não preciosos) no óxido de cério e avaliaram o desempenho de cada nova variante como catalisadora da conversão do etanol na SOFC.
“Estudamos sistematicamente o
uso de elementos dopantes visando melhorar o desempenho e minimizar a
dependência de metais preciosos na conversão interna e direta de etanol em
eletricidade”, conta Fonseca. “A ideia final é ter estabilidade e evitar a
degradação do dispositivo”, completa.
O estudo mostrou que o óxido de cério dopado com zircônio ou nióbio evita os depósitos de carbono sem prejudicar a decomposição do etanol em hidrogênio e mantendo estável o funcionamento da SOFC por, pelo menos, cem horas. Em outras palavras, o material mostrou-se eficiente para transformar etanol em hidrogênio sem gerar efeitos não desejados em células a combustível de óxido sólido.
Carro elétrico movido a etanol: você está preparado para essa revolução?
O que é o Cine?
O Cine é um Centro de
Pesquisa em Engenharia/CPE constituído pela Fundação de Amparo à Pesquisa do
Estado de São Paulo/FAPESP e pela Shell na Universidade Estadual de Campinas/Unicamp, Universidade de São Paulo/USP e Instituto de Pesquisas Energéticas
e Nucleares/IPEN. (canalrural)
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