Em artigo recém-publicado no Journal of Energy Chemistry, pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) e colaboradores fazem uma revisão detalhada das vantagens e desafios de uma promissora tecnologia de células a combustível, a das MS-SOFCs (sigla em inglês para célula a combustível de óxidos sólidos suportada em metais).

De acordo com os autores, essa tecnologia, que tem despertado interesse no meio acadêmico e na indústria nas últimas duas décadas, poderia ajudar a acelerar a transição energética no setor automotivo, principalmente em países que contam com ampla produção e comercialização de biocombustíveis, como Brasil, Estados Unidos, Tailândia, Índia e algumas nações africanas.

“Nosso estudo destaca que as MS-SOFCs representam uma solução promissora para a descarbonização da mobilidade, podendo ser uma alternativa impactante para a eletrificação desse setor”, diz Gustavo Doubek, professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e membro do CINE – um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) apoiado por Fapesp e Shell.

“Elas combinam alta eficiência, durabilidade e flexibilidade de combustível, além de eliminarem as limitações atuais da eletrificação, criando um caminho sólido para a transição energética do setor automotivo, sem os altos custos do hidrogênio ou as limitações das baterias convencionais no tempo de recarga”, completa.

O artigo de revisão é fruto de uma colaboração entre pesquisadores da Unicamp, do Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias (MackGraphe), da Universidade Federal do Espírito Santo (Ufes) e da King Abdullah University of Science and Technology (Kaust, da Arábia Saudita). A equipe contou com apoio da Fapesp por meio de quatro projetos.

A pesquisa faz parte de um esforço maior conduzido no âmbito do CINE, alinhado na busca por tecnologias viáveis para a descarbonização do setor de transportes, que inclui trabalhos sobre novos materiais e arquiteturas para MS-SOFCs, além de pesquisas sobre reformadores e biocombustíveis.

“O diferencial do CINE não está apenas na pesquisa, mas também na busca pela conexão entre ciência e mercado”, explica Hudson Zanin, também professor da Unicamp, pesquisador do CINE e coautor do artigo. “O centro trabalha para levar essas inovações do laboratório para aplicações reais, garantindo que as MS-SOFCs sejam completamente desmistificadas e se tornem uma solução prática e acessível na transição energética”, completa.

Segundo os pesquisadores, a MS-SOFC apresenta uma série de vantagens quando comparada com outros sistemas de mobilidade. Com relação aos carros convencionais a etanol, aquele com MS-SOFC tem maior eficiência energética. Em outras palavras, a mesma quantidade de biocombustível rende mais quilômetros no veículo com célula a combustível do que no com motor de combustão. Além disso, carros elétricos são mais silenciosos, diminuindo a poluição sonora, e mais confortáveis para condutores e passageiros.

Com relação aos carros elétricos com bateria, o veículo com célula a combustível se destaca pela rapidez no abastecimento do tanque, comparado com a recarga da bateria. Outra vantagem é a de não sobrecarregar a rede elétrica.

Além disso, as MS-SOFCs são capazes de gerar eletricidade a partir de bioetanol, biogás, biometano, amônia verde e, até mesmo, combustíveis fósseis. Dessa forma, na comparação com o carro a hidrogênio, o veículo com MS-SOFC ganha no quesito praticidade, já que pode ser abastecido com combustíveis amplamente disponíveis e facilmente transportáveis, enquanto postos de hidrogênio ainda são muito escassos.

Finalmente, robustez e baixo custo da célula a combustível são o destaque quando a tecnologia se compara com outras SOFCs (células a combustível de óxido sólido) que utilizam apenas cerâmicas, em vez de metais, no suporte do dispositivo.

Etanol gera hidrogênio que gera eletricidade

Um carro com MS-SOFCs pode funcionar da seguinte forma: o tanque é abastecido com algum combustível renovável, como, por exemplo, o etanol produzido a partir da cana-de-açúcar; este passa pelo reformador, componente responsável por “extrair”, por meio de reações químicas, o hidrogênio que está presente na composição do biocombustível. O hidrogênio, por sua vez, passa pela célula a combustível, na qual é oxidado e, juntamente com o oxigênio do ar que é reduzido, gera os elétrons necessários para carregar as baterias e supercapacitores e dar energia ao motor elétrico.

O processo gera, como resíduos, água, calor e um pouco de dióxido de carbono (CO2), que é compensado pelo CO2 que a cana-de-açúcar consome na fotossíntese, levando a emissão líquida de carbono a um nível próximo de zero.

A tecnologia ainda não está presente em veículos à venda no mercado, mas já foi usada em um protótipo de carro elétrico a etanol da Nissan, o “e-Bio Fuel Cell”, lançado no Brasil em 2016.

Todavia, as MS-SOFCs ainda apresentam desafios à área de pesquisa e desenvolvimento para se tornarem comercialmente viáveis do ponto de vista do seu desempenho, vida útil e custos. Esses desafios, além do status atual de desenvolvimento da tecnologia, podem ser conferidos no estudo recém-publicado, que também foi financiado por Unicamp, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Shell, com suporte estratégico da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

O artigo Reviewing metal supported solid oxide fuel cells for efficient electricity generation with biofuels for mobility pode ser conferido aqui.