A caminho, a célula de combustível

Pesquisador da Poli-USP trabalha na produção de baterias (para celular, notebook, veículos) mais baratas e sustentáveis

Pesquisa desenvolvida no Departamento de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica (Poli-USP), com célula de combustível, abre novas frentes na criação de alternativas para substituir as pilhas e baterias usadas em celulares e computadores portáteis. De baixo custo e adotadas no mundo inteiro, essas fontes de energia têm metais pesados (lítio, enxofre e chumbo) em sua composição, e exigem descarte ambiental adequado após o fim da vida útil.

A meta do químico Adir José Moreira, do Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI), da Poli-USP, é desenvolver um modelo de bateria alimentada por célula de combustível para substituir as pilhas e baterias atuais. Em sua tese de doutorado, o cientista produziu pequenas partículas de platina medindo aproximadamente 50 nanômetros (50 bilhões de vezes menores que um metro).

Essas pequenas partículas foram distribuídas de modo homogêneo sobre um material de carbono formando a camada catalisadora que compõe a célula a combustível. O resultado foi eficiência energética 50% superior à das células comerciais, utilizando somente 25% de platina. A meta, agora, é diminuir mais o tamanho delas para tornar o sistema ainda mais eficiente, economizar material e reduzir custos do produto final.

Vantagens

A célula de combustível é um tipo de bateria já usada em geradores de energia e em instalações de grande porte, como hospitais. Além de maior capacidade de oferecer eletricidade, gera apenas água limpa como resíduo. Essa é outra vantagem do ponto de vista ambiental por dispensar tratamento antes de ser devolvida para o meio ambiente.

De modo resumido, o funcionamento da célula consiste na passagem de um combustível (hidrogênio) por uma membrana contendo catalisadores (geralmente platina e outro catalisador como carbono) e por ar ou oxigênio. As moléculas de hidrogênio passam pelo catalisador e são dissociadas (separadas) em prótons, que passam pela membrana e formam água e elétrons que geram calor (energia térmica), corrente elétrica (eletricidade) e água limpa (só não pode ser bebida, por não conter sais minerais).

O principal entrave para a adoção pela indústria da célula de combustível é o alto custo da platina no mercado mundial. Inspirado nesse desafio, o pesquisador empregou a nanotecnologia em sua tese de doutoramento. E conseguiu diminuir em 75% o uso da platina em alguns protótipos e, ainda, multiplicou por oito a eficiência energética no sistema.

A nanotecnologia é uma área recente da ciência, surgida de descobertas vindas das fronteiras dos ramos tradicionais do conhecimento – química, física, biologia, matemática. Nesse sentido, Moreira conseguiu reduzir o tamanho das partículas de platina e as “arredondou”, tornando-as mais esféricas, para distribuí-las pela parede da membrana catalisadora.

O trabalho científico comprovou a viabilidade e segurança da célula, com utilização inicial voltada para aplicação veicular. O entrave continua sendo o custo de fabricação (quatro vezes superior ao das pilhas convencionais). Mas o pesquisador acredita que, com a massificação do uso e adoção pela indústria, a inovação poderá ganhar terreno.

Como combustível, o hidrogênio é uma fonte abundante e renovável de energia, por representar 78% da composição da atmosfera. Porém, para ser usado na célula não pode conter impurezas e requer preparação especial. “Caso contrário ocorre diminuição da eficiência energética e pode reduzir a vida útil do dispositivo”, explica Moreira.

Empresas parceiras

Eletrotécnico de formação, Moreira pesquisou, durante sua trajetória profissional, a produção e a utilização de nanocápsulas para uso médico. Na Poli-USP, orientado pelo pesquisador Ronaldo Domingues Mansano, adotou o mesmo princípio com as nanopartículas de platina da célula de combustível.

Ele conta que os próximos passos da pesquisa, além de reduzir mais o tamanho das partículas, é miniaturizar componentes e desenvolver um protótipo de bateria alimentada por célula de combustível em miniatura com reservatório interno com “tanque” de hidrogênio gasoso. Ele crê que até o final de 2014 haverá empresas do gênero no mundo produzindo baterias baseadas nessa tecnologia.

Rogério Mascia Silveira
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente na página III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 30/07/2013. (PDF)

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