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Protótipo da Etec Santos poupa 40% de gasolina em automóvel

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Dispositivo auxiliar usa como combustível adicional o hidrogênio produzido a partir da mistura de água e soda cáustica; seus criadores foram premiados no Desafio Inova Paula Souza

Tecnologia desenvolvida na Escola Técnica Estadual (Etec) Aristóteles Ferreira, de Santos, possibilitou economia de 40% da gasolina consumida por um carro. A inovação consiste de um tanque auxiliar instalado no sistema de injeção do motor, contendo em seu interior uma solução à base de água e soda cáustica. Quando o veículo está em funcionamento, o dispositivo auxiliar libera gás hidrogênio que, com sua queima, aumenta a eficiência do motor, permitindo poupar combustível.

O projeto é de autoria dos ex-alunos do curso técnico de Eletrônica, Adeílton Davies e José Petri Lima, ambos formados no ano passado. Batizado de Célula de combustível auxiliar para carros, o estudo acadêmico foi um dos 15 finalistas do 3º Desafio Inova Paula Souza de Ideias e Negócios, edição 2015/2016 (ver boxe), e dá continuidade a diversas pesquisas cuja base é o uso do hidrogênio como combustível, tecnologia em livre domínio científico desde 1972.

Na divisão de tarefas do projeto, Petri Lima respondeu pela parte teórica, se incumbiu de responder às exigências do regulamento do concurso e produziu o vídeo de divulgação da célula, disponível para acesso no YouTube (ver Serviço). Adeílton Davies, por sua vez, concebeu e construiu o protótipo do equipamento e o instalou, para os testes em seu carro na época, um Citroën Xsara ano 2000.

Segurança

No formato de cápsula e revestida de aço inox, a célula tem em seu interior subdivisões semelhantes às de uma colmeia. O sistema gera hidrogênio a partir da eletrólise – reação química alimentada pela soda cáustica –, que desencadeia a separação das moléculas de oxigênio e de hidrogênio presentes na água – e assim libera o combustível auxiliar para o veículo.

Mais abundante dos elementos químicos, o hidrogênio representa aproximadamente 75% da massa do universo. Entretanto, por ser inflamável, esse gás pode provocar acidentes. Por precaução, Adeílton incluiu em seu protótipo uma válvula antiexplosão. O dispositivo de segurança e a célula funcionaram satisfatoriamente. “Durante um mês, rodei 1,2 mil quilômetros com o protótipo, sem nenhum problema. Inclusive, tempos depois, vendi o carro com o sistema. Foi uma exigência do comprador”, revela.

Alternativa

“A célula auxiliar desenvolvida não é uma tecnologia 100% limpa, como a que é utilizada nos carros elétricos. No entanto, por permitir redução das emissões de poluentes e economia de combustível, tem potencial para equipar número considerável de veículos de passeio da frota brasileira movidos a gasolina”, observa Adeílton Davies.

A dupla de tecnólogos projeta uma nova versão da célula, agora dotada de mais funcionalidades. Uma delas é incluir uma tela no painel do veículo que reúna, em tempo real, informações sobre o acionamento do sistema e a economia de combustível proporcionada. “Empresários, pesquisadores ou investidores interessados em conhecer o equipamento devem contatar a Etec Santos”, informa.

Soluções tecnológicas para novos desafios

O risco de explosão do sistema por causa do hidrogênio impossibilitou o uso do protótipo Célula de combustível auxiliar para carros como Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) de Adeílton Davies e José Petri Lima, ex-alunos da Escola Técnica Estadual (Etec) Aristóteles Ferreira, de Santos. Entretanto, foi possível inscrevê-lo para concorrer no 3º Desafio Inova Paula Souza de Ideias e Negócios. Nessa edição do concurso, a comissão julgadora analisou trabalhos de mais de 3 mil estudantes das Etecs e Faculdades de Tecnologia do Estado (Fatecs).

Além da inovação, um dos principais critérios de avaliação do certame estadual é a capacidade de cada projeto em oferecer uma solução teórica, competitiva e viável comercialmente, além de ter potencial para originar um produto ou serviço capaz de representar alternativas para desafios atuais existentes na sociedade.

Competitividade

A avaliação dos trabalhos foi delegada a um júri composto por professores de diferentes áreas, empresários e investidores. Foram selecionados 15 projetos para a fase final e o nome dos três vencedores foi divulgado em solenidade realizada no dia 24 de junho, no Centro de Capacitação do Centro Paula Souza, na capital. Nessa terceira edição do evento, o trio de campeões veio de escolas tecnológicas do Centro Paula Souza da região do ABC.

O primeiro lugar ficou com o Detect 3, dispositivo criado na Etec Santo André para prevenir explosões e acidentes causados por gás de cozinha. O trabalho Cadeira Infantil Veicular Inteligente (Civi), da Fatec Santo André, obteve a segunda colocação. Também estruturada em sensores, a cadeira alerta o motorista sobre criança esquecida no interior de carro e entra em operação quando o condutor desce do veículo e não desafivela o cinto de segurança da cadeirinha ou, então, quando a temperatura no interior do veículo aumenta.

O projeto Bicicletário automatizado, da Fatec São Bernardo do Campo, foi o terceiro classificado no certame. Inspirado em sistemas japoneses e alemães, o dispositivo pode armazenar até 96 bikes, ocupando área física equivalente à de seis veículos estacionados. A inovação dispensa a intervenção de um funcionário e se integra a cartões com identificação eletrônica como, por exemplo, o Bilhete Único, sistema de vale-transporte aceito na capital em ônibus e em trens do Metrô e da Companhia Paulista de Trens Metropolitanos (CPTM).

Novo desafio

Até o dia 31 de agosto, seguem abertas as inscrições para a edição 2016/2017 do certame. Para participar do 4º Desafio Inova Paula Souza de Ideias e Negócios, os grupos de alunos das Etecs e Fatecs interessados precisam desenvolver um modelo de negócio com a ajuda de um professor mentor de um dos 15 polos regionais da Agência Inova Paula Souza no Estado. A inscrição no concurso e informações adicionais estão disponíveis no site da agência (ver Serviço).

Serviço

Agência Inova Paula Souza
Etec Aristóteles Ferreira (Santos)
Telefone (13) 3236-9973
E-mail faladiretora@hotmail.com

Vídeo sobre a célula auxiliar de combustível

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página IV do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 12/07/2016. (PDF)

Glicerol é aposta da USP para gerar energia limpa

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Desenvolvida no câmpus de Ribeirão Preto, tecnologia dá destinação ambiental correta ao resíduo da produção de biodiesel, gera eletricidade e produz dihidroxiacetona, matéria-prima de alto valor agregado

A corrida científica mundial em busca de novas fontes de energia renováveis e sustentáveis ganhou mais um competidor: o glicerol, um dos resíduos orgânicos da produção de biodiesel. Ao propor, em Ribeirão Preto, a sua oxidação (queima) em condições especiais, a pesquisadora Lívia Palma conseguiu associar o descarte ambiental correto de um poluente com a geração de eletricidade e a produção de dihidroxiacetona, matéria-prima de alto valor usada na indústria vinícola, de bronzeadores e de produtos médicos.

“A eletricidade é obtida por meio da célula a combustível, um tipo de gerador capaz de fornecer, de modo permanente, energia para baterias de carros, notebooks, celulares, etc.”, explica Lívia, que trabalha no Laboratório de Eletroquímica e Eletrocatálise da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP).

Grandes montadoras internacionais de veículos, como Honda e Toyota, também pesquisam atualmente as células a combustível. Diferentemente das baterias convencionais, feitas à base de lítio e de outros metais pesados, as equipadas com esse dispositivo inovador não precisam ser recarregadas porque têm um tanque acoplado, que possibilita o reabastecimento. “Assim, quando se esgota o combustível no tanque, basta repor”, afirma Lívia.

A célula a combustível é dividida em duas partes. A primeira, chamada de ânodo, é responsável pela condução da corrente elétrica de um sistema – nela o combustível é queimado, liberando elétrons que atravessam o circuito e acionam o funcionamento de um motor. Na segunda parte, os elétrons tem como destino o outro polo, chamado cátodo, onde o oxigênio será reduzido. “A reação de oxigênio é mais rápida em meio alcalino”, destaca a pesquisadora.

Renda

Outro mérito do estudo acadêmico de Lívia é gerar riqueza a partir da reciclagem de um resíduo de origem orgânica, abundante e com potencial poluente. O grama do glicerol custa R$ 0,70 e origina a dihidroxiacetona cujo grama vale R$ 215.

“A cada dez litros de biodiesel produzido, 10% desse volume é glicerol. O estudo propõe agora definir qual é a quantidade de glicerol necessária para produzir um grama de dihidroxiacetona (um dos resíduos da geração de eletricidade na célula a combustível)”, informa Lívia.

Prata da casa

Formada e pós-graduada em Química pela FFCLRP-USP, em seu doutorado Lívia recebeu bolsa de estudo da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado (Fapesp). Ela defendeu sua tese no ano passado, com orientação da professora Adalgisa Andrade, também do Departamento de Química, da FFCLRP. O título da tese é Desenvolvimento de células a combustível de álcoois direta: Produção de protótipos de alta potência.

Além do glicerol, o estudo acadêmico de Lívia também investigou meios de aumentar a eficiência da oxidação de outro álcool, o etanol. Em ambos os combustíveis, a reação química provocada para gerar eletricidade quebra as ligações de carbono e as transforma, entre outros produtos, em gás carbônico ou carbonato.

Desafios

Os próximos passos do estudo desenvolvido na USP Ribeirão Preto são achar meios para diminuir o uso de metais nobres (platina e paládio) necessários no processo de queima do glicerol (ou do etanol) dentro da célula a combustível. Por serem resistentes à corrosão e à oxidação, essas matérias-primas caras são inseridas em um meio alcalino (pH maior que sete) para acelerar a velocidade e a eficiência da reação química e gerar mais eletricidade em menos tempo.

Lívia destaca a existência de outras pesquisas com célula a combustível, alimentadas por hidrogênio, um gás que, embora seja abundante na atmosfera, é de difícil manipulação por ser muito volátil e trazer riscos de explosões. “A principal vantagem do glicerol é reaproveitar uma matéria-prima que costuma ser descartada. Meu desafio agora é encontrar parceiros interessados em financiar e colaborar com o desenvolvimento da tecnologia, que tem muito potencial para gerar riqueza e inovação”, finaliza.

Serviço

Departamento de Química da FFCLRP-USP
Tel. (16) 3315-3725
E-mail ardandra@ffclrp.usp.br

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 11/02/2016. (PDF)

A caminho, a célula de combustível

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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)