jonas.p.andrade escreveu: marcelo.eletrotecnico escreveu: ET-e-HHO-existe escreveu:Hugo, muito bem colocado, embora conheçamos o alumínio em sua função estrutural, tal qual a madeira ele pode construir uma janela ou dar energia para mover um motor. Agora, como esse reator de alumínio consegue se livrar do óxido de alumínio, coisinha aderente e ótima para função estrutural, mas péssimo para sua função de combustível? Já vi gente usar gálio ou soda cáustica para driblar esse problema, como esse reator resolve esse problema?
Tu sabe que minha desavença com o TTSoares veio deu indicar para ele retirar o H2 do alumínio e não da eletrólise. Dizia ele que eu era um inimigo da natureza!
Vale lembrar que a fabricação do alumínio requer grandes quantidades de energia, o que pode inviabilizar o seu uso para produção de combustível se ele for um dos caltalisadores.
4. PORQUE CÉLULAS COMBUSTÍVEIS A ALUMÍNIO?
Há um interesse estratégico especial para o Brasil: o país possui um grande potencial
hidroelétrico ainda sem utilização, justamente nas proximidades de vastas reservas de bauxita
de boa qualidade, além de dominar o processamento e ser um dos maiores produtores
mundiais de alumínio.
O alumínio reúne pelo menos três características básicas que o tornam muito atrativo:
(i) é uma das espécies químicas mais abundantes e tem grande produção em muitas partes do
mundo, (ii) seu preço é relativamente mais baixo do que outras alternativas, (iii) tem a mais
alta capacidade de estocagem de energia por unidade de peso.
As células a Alumínio foram das primeiras a serem pesquisadas e muito conhecimento
foi sedimentado. Já em 1960 Salomon Zaromb, trabalhando para a Philco Company - USA,
fabricou o primeiro protótipo deste tipo de célula. Em 1992 a empresa Alupower, subsidiária
da Alcan no Canadá (fabricante de alumínio) iniciou o desenvolvimento de um veículo
elétrico com apoio da UQM(www.uqm.com). O Eng° Steve Lapp coordenou a conversão de
um Dodge Caravan para motorização elétrica, acionado por célula Alumínio/Ar e baterias,
que rodou 300Km. O principal problema foi a rápida degradação da membrana de troca, uma
tecnologia que então estava começando. A tecnologia também exigia uma liga de alumínio de
alta pureza, de custo elevado. Este projeto foi descontinuado em 1994 quando a subsidiária foi
vendida para a EnerTek.
Os diversos experimentos realizados mostraram algumas dificuldades, que parecem
não ter sido satisfatoriamente resolvidas. Como conseqüência, as aplicações práticas e
modelos comerciais tem sido escassos, podendo-se considerar que o único segmento onde as
células Al/Ar se consolidaram são como fonte de energia para emergência ou reserva, em
centrais telefônicas e instalações similares, bem como aplicações militares e de campo que
exijam alta densidade de corrente elétrica.
Entretanto, o potencial e atratividade das células Al/Ar é tão grande que sua pesquisa
nunca foi totalmente abandonada, e novos avanços tem sido constantemente registrados,
apesar da forte concorrência de outras tecnologias.
4.1 CARACTERÍSTICAS DAS CÉLULAS A ALUMÍNIO
Células Al/Ar não tem emissões gasosas, não desprendem vapor d’água como no caso
do uso do Hidrogênio: o resíduo não tem impacto ambiental significativo e pode ser reciclado.
Estudos indicam que sua eficiência energética global atinge cerca de 20% com a reciclagem
do óxido de alumínio gerado, contra 13% dos motores de combustão interna (MCI). É um
índice que pode ser superado por alguns outros tipos de células, mas é bem superior aos
motores a explosão e combustíveis fósseis atuais, tomando como referência a eficiência global
no ciclo de vida. Comparado com outros portadores de energia como gasolina, gás natural ou
hidrogênio, o alumínio tem enormes vantagens como baixo peso, combinado com alta
capacidade de armazenar energia, estabilidade numa faixa ampla de temperaturas. Como não
é volátil, nem explosivo, não requer tanques nem transporte especial, pode ser armazenado
sem nenhuma instalação ou dispositivo de segurança. Este é, atualmente, um dos pontos
críticos no desenvolvimento de tecnologia para uso do Hidrogênio: ainda não há uma solução
efetivamente satisfatória para estes aspectos.
Esquema e funcionamento de uma Célula Combustível a Alumínio:
Esquema básico de uma célula Alumínio/Ar:
Fonte: http://129.93.84.115/Chemistry/DoChem/DoChem117.html
Componentes de uma célula Alumínio/Ar:
• Anodo constituido por placa de alumínio (Alluminum Aloy)
• Catodo poroso ao Oxigênio do Ar (Air Cathode)
• Eletrólito líquido, neste caso solução aquosa de cloreto de sódio (Salt water)
• Carga elétrica produzida entre os polos (Load)
Cada quilo de alumínio consome 14kWh para ser produzido, na sua fabricação
original a partir do óxido de alumínio, e parte desta energia pode ser devolvida numa célula
Al/Ar, numa reação química inversa. Para isso, a capa de óxido que existe normalmente sobre
a superfície do alumínio metálico precisa ser rompida, de modo que uma reação de oxidação
se processe continuamente, e este é o papel do eletrólito, sendo o mais comumente usado uma
solução de hidróxido de potássio
A reação química completa produz uma voltagem bastante elevada:
Reações parciais Voltagem
4.2 DESAFIOS TECNOLÓGICOS
É geralmente mais fácil levantar as descobertas e conquistas dos pesquisadores do que
seus fracassos e frustrações, pois isto não costuma ser tão divulgado. Não é diferente no caso
da célula Alumínio/Ar.
Há várias dificuldades, típicas do processo em si, que já foram ou estão sendo
superadas. A primeira é o controle da reação, pois assim que o Al é colocado em contato com
o eletrólito a reação começa, tornando a armazenagem destas células complicada e exigindo
que anodo e eletrólito sejam separados.
O controle da reação de oxidação, de modo a modular o fluxo de energia é outro
desafio que já recebeu inúmeras propostas de solução. No caso das células que usam
combustíveis líquidos ou gasosos isto é simples, bastando controlar o fluxo do combustível.
Mas no caso Al/Ar o anodo é sólido e mesmo as tentativas de pulverizá-lo não foram bem
sucedidas. Uma possível solução é o controle do acesso do oxigênio, patenteada pela
eVionyx.
A acumulação de uma geléia pelo hidróxido de alumínio formado é outro problema,
pois se deposita na superfície do anodo bloqueando a reação, absorve líquido do eletrólito e
obstrui a célula exigindo uma limpeza periódica. A solução mais comum é prover um sistema
de recirculação do eletrólito e uma caixa separadora. Este é um problema que a Europositron
alega ter resolvido satisfatoriamente.
A troca do anodo de alumínio gera diversas dificuldades, para garantir a vedação sem
criar obstáculos à operação normal da célula. A Alupower tem patente de um sistema com
cartucho que parece bem prático, pois torna a recarga mais simples sem requerer troca da
célula.
Finalmente, segundo informação ao autor, dada pelo Dr. Harry Knickle da
Universidade de Rhode Island, que fez avaliações em protótipos destas células, uma das
maiores dificuldades é que a reação produz elétrons mas também desprende hidrogênio como
reação secundária, dependo das condições de operação. Segundo ele, é bastante problemático
controlar esta reação secundária.
Uma verdadeira revolução está em andamento na área energética, estrategicamente
fundamental para a moderna sociedade tecnológica. Muitas novas tecnologias disputam a
supremacia em diferentes aplicações e nichos de mercado. As células combustíveis do tipo
Alumínio/Ar são uma possibilidade real e já encontram diversas aplicações comerciais.
4.3 PERSPECTIVAS PARA AS CÉLULAS A ALUMINIO
Além da célula Al/Ar, diversas outras possibilidades tem sido testadas, algumas já
com relativo sucesso, como: Al/peróxido de hidrogênio para veículos e equipamentos
submarinos; Al/permanganato, entre outras. Também diversas combinações de ligas de
Alumínio e adições no eletrólito tem sido experimentadas, principalmente para controlar a
taxa da reação e a formação de geléia do resultante hidróxido de alumínio.
Dentre as novidades recentes e possibilidades que merecem atenção podemos destacar:
Nova patente da Europositron
Submetida em Jul/2004 pelo finlandês Rainer Partanen, constitui uma novidade
importante em função da performance indicada pelo protótipo, porém ainda deverá ser
desenvolvido um modelo para demonstração. Trata-se de uma nova bateria, que pode ser
recarregada cerca de 3.000 ciclos, utilizando eletroquímica com base em nanotecnologia, com
as seguintes características: densidade de energia 2100 Wh/litro ou 1330 Wh/Kg, opera bem
entre –40°C e +70°C, vida esperada até 30 anos.
Para exemplificar suas vantagens, estima-se que um veículo elétrico como o EV1 da
General Motors poderia usar uma bateria de 60Kg ou 40 litros com capacidade de 80kWh,
suficiente para uma autonomia média de 780Km entre recargas. Entretanto, com as baterias
usadas pela GM, o peso do carro aumenta de 816 para 1550Kg, com autonomia limitada a
145Km trafegando em estradas. Ver www.europositron.com acessado em 06/01/2005.
Células para aplicações navais
Num primeiro fornecimento para a marinha canadense em 1992, a célula Al/Ar da
Alupower mostrou desempenho equivalente ao da célula a metanol da Ballard, ambas usando
oxigênio líquido no catodo, porém depois outras possibilidades foram preferidas. Mais
recentemente, em Agosto de 2004 a eVionyx ganhou duas etapas seguidas de uma
concorrência para a marinha americana desenvolvendo uma célula Al/Ar com energia
específica de 500Wh/Kg e altas densidades de corrente. É um grande mercado potencial.
Aplicações em veículos
Um artigo muito esclarecedor resume as pesquisas de YANG e KNICKLE. “Design
and analysis of aluminum/air battery system for electric vehicles” (Projeto e análise de células
Al/Ar para veículos elétricos). É apresentada uma avaliação do desempenho, descrição de
todo o processo de produção de alumínio e uma avaliação global de custos, considerando todo
o ciclo, com o reaproveitamento dos resíduos das células. Neste artigo foram relatados seu
desempenho e as vantagens comparativas com outros tipos de baterias.
Durante a década de 90 houve uma grande busca por uma bateria que permitisse as
montadoras oferecer um carro elétrico com desempenho e atratividade similar aos veículos
tradicionais de motor a combustão interna, porém aparentemente sem sucesso. A grande
novidade recente foi desenvolvida no MIT com base em tecnologia de nanofosfatos, que deu
origem a empresa A123Systems para fabricar novas baterias do tipo lítio-ion de alta
capacidade e baixo peso. A General Motors está contando com estas baterias para seu novo
veículo VOLT e planeja realizar os primeiros testes no início de 2008, prevendo a
comercialização do veículo até 2010. Ver www.A123Systems.com
QUAL O PREJUIZO PARA A NOSSA EXISTENCIA?
Polui o solo, a água e o ar e desta forma contamina os organismos vivos, devido a seu efeitobioacumulativo, em toda a cadeia alimentar (trófica).
É absorvido pelos organismos vivos e vai-se acumulando de forma contínua durante toda a vida. Pela contaminação da água ou do solo, entra com facilidade na cadeia alimentar, representando um perigo para o homem que se alimenta de peixes ou aves dessas áreas.
Contamina o solo, o ar, a água e o lençol freático.
É bioacumulativo em toda a cadeia alimentar (trófica), provocando intoxicação nos seres humanos quando ingerirem peixes contaminados.