![\"q\"\/](\"midia\/imagens\/407.jpg\")
<\/figure>\n\n\n\n<\/span><\/div>\n\n\n\n
A baixa densidade do hidrog\u00eanio seja no estado l\u00edquido ou gasoso, tamb\u00e9m resulta numa baixa densidade de energia. Por isso, um certo volume de hidrog\u00eanio cont\u00e9m menos energia que o mesmo volume de qualquer combust\u00edvel em condi\u00e7\u00f5es normais de temperatura e press\u00e3o. Isto faz com que o volume ou a press\u00e3o do tanque aumente, pois uma certa quantidade de hidrog\u00eanio \u00e9 necess\u00e1ria para que um ve\u00edculo atinja uma boa autonomia. A vantagem de se utilizar numa c\u00e9lula a combust\u00edvel \u00e9 a alta efici\u00eancia desta tecnologia com rela\u00e7\u00e3o aos motores \u00e0 combust\u00e3o interna, precisando de menos combust\u00edvel para atingir o mesmo resultado. Classe A com corte mostrando o tanque e a c\u00e9lula.<\/p>\n\n\n\n
Apesar de sua baixa densidade de energia volum\u00e9trica, o hidrog\u00eanio tem a maior rela\u00e7\u00e3o energia-peso que qualquer outro combust\u00edvel. Infelizmente, esta vantagem \u00e9 usualmente ofuscada pelo alto peso do tanque de armazenamento e equipamentos associados, fazendo com que muitas vezes seja maior e mais pesado que aqueles utilizados para armazenar gasolina, diesel ou \u00e1lcool. Mas j\u00e1 h\u00e1 projetos que utilizam materiais de carbono ultra-resistentes e mais leves para estes prop\u00f3sitos.<\/p>\n\n\n\n
Para aplica\u00e7\u00f5es pr\u00e1ticas, o hidrog\u00eanio pode ser armazenado em alta press\u00e3o, no estado l\u00edquido em cont\u00eaineres criog\u00eanicos, ou quimicamente ligados a certos metais (hidretos met\u00e1licos). O volume e o peso dos sistemas est\u00e3o cada vez mais pr\u00f3ximos quando comparados ao armazenamento de gasolina, metanol, etanol, g\u00e1s natural e baterias convencionais, cada um contendo a mesma quantidade de energia.
Existem atualmente cinco meios principais de se armazenar o hidrog\u00eanio. Uma das mais pesquisadas no Brasil \u00e9 atrav\u00e9s de hidretos met\u00e1licos, onde o hidrog\u00eanio \u00e9 absorvido por metais. Esta tecnologia vem sendo pesquisada pelo Laborat\u00f3rio de Hidrog\u00eanio do COPPE\/UFRJ. O instituto de pesquisa do hidrog\u00eanio \u00e9 uma refer\u00eancia da tecnologia do hidrog\u00eanio no Brasil e no mundo, e vem pesquisando o armazenamento do combust\u00edvel em hidretos met\u00e1licos com apoio da Renault, CNPq e FAPERJ.<\/p>\n\n\n\n
Al\u00e9m do armazenamento em materiais s\u00f3lidos, h\u00e1 pesquisas para compress\u00e3o de hidrog\u00eanio em cilindros que suportem alt\u00edssimas press\u00f5es. O objetivo das montadoras de autom\u00f3veis \u00e9 atingir press\u00f5es internas de at\u00e9 10.000 psi, pelo menos. Algumas j\u00e1 conseguiram, mas o n\u00edvel de seguran\u00e7a deve ser altamente confi\u00e1vel. Por isso, a maioria dos prot\u00f3tipos s\u00e3o de 5.000 psi.<\/p>\n\n\n\n
As cinco principais formas de se armazenar hidrog\u00eanio s\u00e3o:<\/p>\n\n\n\n
- Reservat\u00f3rios de G\u00e1s Hidrog\u00eanio Comprimido;<\/li>
- Reservat\u00f3rios para Hidrog\u00eanio L\u00edquido;<\/li>
- Hidretos Met\u00e1licos;<\/li>
- Adsor\u00e7\u00e3o de Carbono;<\/li>
- Micro-esferas.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Vejamos abaixo as principais caracter\u00edsticas das op\u00e7\u00f5es de armazenamento de hidrog\u00eanio.<\/p>\n\n\n\n
Reservat\u00f3rio de G\u00e1s Hidrog\u00eanio Comprimido:<\/strong>
Sistemas de armazenamento de g\u00e1s em alta press\u00e3o s\u00e3o os mais comuns e desenvolvidos para armazenamento de hidrog\u00eanio. A maioria dos ve\u00edculos movidos por c\u00e9lulas a combust\u00edvel utilizam esta forma de armazenamento feito em cilindros, de forma similar aos utilizados com g\u00e1s natural comprimido.<\/p>\n\n\n\nNas se\u00e7\u00f5es cil\u00edndricas, o formato parece com domos hemisf\u00e9ricos, embora novos formatos estejam em desenvolvimento, com m\u00faltiplos cilindros e outros formatos buscando aproveitar espa\u00e7os dispon\u00edveis nos autom\u00f3veis, aumentando a quantidade de hidrog\u00eanio armazenado, seja por aumento de volume, ou por maior compress\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\n
<\/span><\/div>\n\n\n\nBuscando minimizar o volume e ao mesmo tempo maximizar a quantidade de hidrog\u00eanio armazenado, os fabricantes de cilindros est\u00e3o tentando atingir as maiores press\u00f5es poss\u00edveis. Cilindros de alta press\u00e3o normalmente armazenam hidrog\u00eanio com press\u00e3o de 3.600 psi (250 bar) embora novos desenhos j\u00e1 tenham conseguido certifica\u00e7\u00e3o para operar com 5000 psi (350 bar). O estado da arte da tecnologia atualmente em desenvolvimento j\u00e1 superou o teste padr\u00e3o de explos\u00e3o para 23.500 psi (1620 bar) utilizando um cilindro de 10.000 psi (700 bar).<\/p>\n\n\n\n
Os cilindros devem ser feitos com placas finas, utilizando materiais altamente resistentes e de excelente durabilidade. Est\u00e3o classificados basicamente em 4 tipos de acordo com o material utilizado.<\/p>\n\n\n\n
- Tipo 1:<\/strong> Podem ser feitos totalmente de alum\u00ednio ou a\u00e7o;<\/li>
- Tipo 2:<\/strong> Camada fina de alum\u00ednio ou a\u00e7o envolto por outro composto \u2013 geralmente fibras de carbono – em forma de circunfer\u00eancia;<\/li>
- Tipo 3:<\/strong> Fina camada de a\u00e7o ou alum\u00ednio envolto totalmente por outros compostos como fibras de carbono;<\/li>
- Tipo 4:<\/strong> Uma camada de pl\u00e1stico resistente envolto por outro composto tamb\u00e9m resistente.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Em geral, quanto menos metal for usado, mais leve ser\u00e1 o cilindro. Por esta raz\u00e3o, os cilindros com fina camada de a\u00e7o ou alum\u00ednio e com alta resist\u00eancia, tal como o Tipo 3, s\u00e3o mais usados para aplica\u00e7\u00f5es com hidrog\u00eanio. Os cilindros do Tipo 4 ganhar\u00e3o mais espa\u00e7o no futuro.<\/p>\n\n\n\n
Os cilindros do Tipo 3 utilizam finas camadas de a\u00e7o ou alum\u00ednio intercaladas e envoltas por fibras de carbono, utilizando resinas como o ep\u00f3xy para col\u00e1-las.<\/p>\n\n\n\n
A combina\u00e7\u00e3o de fibras e resina para envolver as camadas met\u00e1licas possibilita uma alta resist\u00eancia, e diferentemente dos metais, s\u00e3o menos corrosivos, embora possam sofrer danifica\u00e7\u00f5es devido a impactos, cortes, abras\u00e3o, etc.<\/p>\n\n\n\n
Um detalhe importante \u00e9 com rela\u00e7\u00e3o \u00e0 temperatura em ambientes quentes, ou devido ao resultado de compress\u00e3o durante o abastecimento do cilindro, o que faz com que a press\u00e3o aumente em 10% ou mais. Qualquer g\u00e1s armazenado nestas press\u00f5es \u00e9 extremamente perigoso e capaz de liberar um fluxo de g\u00e1s com for\u00e7a explosiva ou capaz de impulsionar um pequeno objeto na velocidade de uma bala.<\/p>\n\n\n\n
Apesar do perigo em potencial, os cilindros de alta press\u00e3o t\u00eam uma estat\u00edstica de seguran\u00e7a excelente.<\/p>\n\n\n\n
Durante a fabrica\u00e7\u00e3o, cada cilindro passa por testes de hidrost\u00e1tica e vazamentos, e uma determinada quantidade de cilindros de cada lote s\u00e3o selecionados aleatoriamente para testes c\u00edclicos e de explos\u00e3o. Os cilindros carregam informa\u00e7\u00f5es como a marca do fabricante, o padr\u00e3o de constru\u00e7\u00e3o, n\u00famero serial, press\u00e3o para uso, m\u00e1xima press\u00e3o de abastecimento, e tempo de validade. Os cilindros t\u00eam uma vida \u00fatil de aproximadamente 15 anos ou 11.250 abastecimentos. Mas deve-se sempre fazer inspe\u00e7\u00f5es e testes de vazamentos como parte de uma rotina de manuten\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n
Um ve\u00edculo com cilindro de hidrog\u00eanio utiliza uma s\u00e9rie de cilindros montados num compartimento em comum. Na press\u00e3o de 3600 psi (250 bar), o sistema de armazenamento pesa aproximadamente quatro vezes mais que o do sistema de armazenamento de hidrog\u00eanio l\u00edquido e tamb\u00e9m ocupa um espa\u00e7o quatro vezes maior. Quando comparado com gasolina, o sistema de armazenamento do g\u00e1s \u00e9 cerca de 15 vezes maior em volume e 23 vezes mais pesado. Esses s\u00e3o valores m\u00e9dios e atuais. Em breve, j\u00e1 teremos estas desvantagens minimizadas.<\/p>\n\n\n\n
A compress\u00e3o de g\u00e1s \u00e9 um processo de uso intensivo de energia. Quanto maior a press\u00e3o final, maior a quantidade de energia que \u00e9 requerida. Entretanto, a energia incrementada cada vez que se aumenta a press\u00e3o final diminui. Assim, o in\u00edcio da compress\u00e3o \u00e9 a parte do processo que mais faz uso de energia.<\/p>\n\n\n\n
Reservat\u00f3rio de Hidrog\u00eanio L\u00edquido<\/strong>
Sistemas de armazenamento de hidrog\u00eanio l\u00edquido resolvem v\u00e1rios problemas como peso e tamanho que est\u00e3o associados aos sistemas de compress\u00e3o em alta press\u00e3o.<\/p>\n\n\n\nPara que atingir o estado l\u00edquido o hidrog\u00eanio deve estar abaixo do seu ponto de ebuli\u00e7\u00e3o (-253 \u00b0C) na press\u00e3o ambiente num tanque muito bem isolado, geralmente com v\u00e1cuo entre duas camadas, muito parecido com uma garrafa t\u00e9rmica. Os tanques de armazenamento n\u00e3o precisam ser altamente refor\u00e7ados como acontece com os cilindros de alta press\u00e3o, mas precisam ser adequadamente robustos para aplica\u00e7\u00f5es automotivas.<\/p>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\n
<\/span><\/div>\n\n\n\nO hidrog\u00eanio n\u00e3o pode ser armazenado no estado l\u00edquido indefinidamente. Todos os tanques, mesmo aqueles com excelente isolamento, permitem a troca de calor com os ambientes externos. A taxa de transfer\u00eancia de calor depende do desenho e tamanho do tanque – neste caso, quanto maior o tanque, melhor. O calor faz com que parte do hidrog\u00eanio evapore e a press\u00e3o no tanque diminua. Para diminuir a perda por evapora\u00e7\u00e3o, a maioria dos tanques utilizam o desenho esf\u00e9rico pois oferecem a menor \u00e1rea para um determinado volume, tendo assim uma menor \u00e1rea de transfer\u00eancia.<\/p>\n\n\n\n
Os tanques t\u00eam uma press\u00e3o m\u00e1xima de opera\u00e7\u00e3o de 72 psi (5 bar). Se o hidrog\u00eanio n\u00e3o for consumido mais rapidamente que sua evapora\u00e7\u00e3o, a press\u00e3o cresce at\u00e9 um ponto em que o hidrog\u00eanio descarrega atrav\u00e9s de uma v\u00e1lvula de al\u00edvio. O hidrog\u00eanio descarregado n\u00e3o s\u00f3 \u00e9 uma perda direta deste combust\u00edvel, como pode ter um poder de flamabilidade se o carro estiver estacionado em locais fechados. Para que este fluxo de perda seja controlado para n\u00e3o ocorrer uma poss\u00edvel acumula\u00e7\u00e3o em potencial, os ve\u00edculos apresentam v\u00e1lvulas de al\u00edvio que liberam o g\u00e1s numa taxa de 1 a 2% por dia.<\/p>\n\n\n\n
Quando utilizado em motores \u00e0 combust\u00e3o, o hidrog\u00eanio l\u00edquido pode ser injetado diretamente nos cilindros. Quando utilizado em carros movidos por c\u00e9lulas a combust\u00edvel, o hidrog\u00eanio gasoso atinge uma press\u00e3o suficiente para que ocorra as rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas nos eletrodos e catalisadores.<\/p>\n\n\n\n
Embora o armazenamento de hidrog\u00eanio l\u00edquido elimine o perigo associado \u00e0s altas press\u00f5es, eles introduzem perigos associados \u00e0 baixa temperatura. O carbono tem problemas de exposi\u00e7\u00e3o em temperaturas menores que -30 \u00b0C, tornando-o quebradi\u00e7o e suscept\u00edvel a fratura. Al\u00e9m disso, o ar pode se liquefazer no lado de fora ou dentro da \u00e1rea de isolamento resultando numa concentra\u00e7\u00e3o de oxig\u00eanio que pode causar uma fa\u00edsca ou explos\u00e3o se entrar em contato com materiais combust\u00edveis.<\/p>\n\n\n\n
O hidrog\u00eanio l\u00edquido \u00e9 mais denso que no estado gasoso mas mesmo assim \u00e9 mais volumoso que a gasolina considerando-se uma quantidade de energia equivalente. Comparando-se com os tanques de gasolina, os sistemas de armazenamento de hidrog\u00eanio s\u00e3o de 4 a 10 vezes maiores e pesados para uma quantidade equivalente de energia.<\/p>\n\n\n\n
Hidretos Met\u00e1licos<\/strong>
Os sistemas de armazenamento de hidrog\u00eanio atrav\u00e9s de hidretos met\u00e1licos s\u00e3o baseados no principio de que alguns metais absorvem o hidrog\u00eanio gasoso sob condi\u00e7\u00f5es de alta press\u00e3o e temperatura moderada para formar os hidretos met\u00e1licos.<\/p>\n\n\n\nEsses metais liberam o g\u00e1s hidrog\u00eanio quando aquecidos em baixa press\u00e3o e em alta temperatura. Resumindo, os metais absorvem e liberam o hidrog\u00eanio como uma esponja.<\/p>\n\n\n\n
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<\/span><\/div>\n\n\n\nHidreto met\u00e1lico da Savannah River Technology Center.<\/em><\/p>\n\n\n\n
As vantagens do armazenamento utilizando hidretos met\u00e1licos est\u00e1 pelo fato de que o hidrog\u00eanio passa a fazer parte da estrutura qu\u00edmica do metal e assim n\u00e3o precisa de alt\u00edssimas press\u00f5es ou estar no estado criog\u00eanico (baix\u00edssima temperatura) para operar. Como o hidrog\u00eanio \u00e9 liberado do hidreto para uso em baixas press\u00f5es os hidretos met\u00e1licos s\u00e3o a op\u00e7\u00e3o mais segura dentre todos os outros m\u00e9todos para se armazenar o hidrog\u00eanio.<\/p>\n\n\n\n
H\u00e1 muitos tipos de hidretos met\u00e1licos, mas basicamente eles s\u00e3o metais como o magn\u00e9sio, n\u00edquel, a\u00e7o e tit\u00e2nio. No geral, est\u00e3o divididos de acordo com a capacidade de liberar hidrog\u00eanio em baixa ou alta temperatura.<\/p>\n\n\n\n
Os hidretos de alta temperatura s\u00e3o menos caros e podem absorver mais hidrog\u00eanio que os hidretos de baixa temperatura, mas requerem quantidades significativas de calor para liberar o hidrog\u00eanio. Os hidretos de baixa temperatura podem conseguir calor suficiente atrav\u00e9s do motor, mas os hidretos de alta temperatura precisam de uma fonte externa de calor.<\/p>\n\n\n\n
Muitas vezes os hidretos de baixa temperatura podem ter problemas de liberar o hidrog\u00eanio na temperatura ambiente. Para resolver este problema, os hidretos de baixa temperatura precisam ser pressurizados, aumentando a complexidade do processo.<\/p>\n\n\n\n
A maior desvantagem dos hidretos met\u00e1licos n\u00e3o \u00e9 tanto a temperatura e press\u00e3o necess\u00e1rias para liberar o hidrog\u00eanio, mas a sua baixa densidade de energia. Mesmo os melhores hidretos met\u00e1licos cont\u00e9m somente 8% de hidrog\u00eanio em rela\u00e7\u00e3o ao peso e assim se tornam muito pesados e caros. Estes sistemas de armazenamento podem ser at\u00e9 30 mais pesados e 10 vezes maiores que um tanque de gasolina considerando-se a mesma quantidade de energia.<\/p>\n\n\n\n
Outra desvantagem do armazenamento atrav\u00e9s de hidreto met\u00e1lico \u00e9 que devem ser carregados somente com hidrog\u00eanio puro, pois podem ser contaminados e perderem a capacidade de armazenamento caso impurezas sejam inseridas. O oxig\u00eanio e a \u00e1gua s\u00e3o os principais problemas, pois quimicamente eles adsorvem na superf\u00edcie do metal retirando potenciais liga\u00e7\u00f5es para o hidrog\u00eanio. A perda de capacidade de armazenamento devido a contaminantes pode ser resolvida com inser\u00e7\u00e3o de calor.<\/p>\n\n\n\n
Outro problema associado aos hidretos de metal est\u00e1 relacionado \u00e0 sua estrutura. Eles s\u00e3o geralmente produzidos na forma granular ou em p\u00f3 possibilitando assim uma grande \u00e1rea para armazenar o g\u00e1s. As part\u00edculas s\u00e3o suscet\u00edveis ao atrito, o que pode diminuir a efici\u00eancia.<\/p>\n\n\n\n
At\u00e9 o momento nenhum hidreto met\u00e1lico atingiu uma excelente performance considerando-se alta capacidade de absor\u00e7\u00e3o, alta densidade, necessidade de pouco calor e ter baixo custo. Em alguns casos, uma mistura de hidretos de baixa e alta temperatura pode ser usada para manter algumas vantagens inerentes a cada tipo ao mesmo tempo em que pode introduzir desvantagens.<\/p>\n\n\n\n
Hidretos Alcalinos
<\/strong>\u00c9 uma varia\u00e7\u00e3o recente de hidretos que oferece algumas vantagens sobre os m\u00e9todos anteriores e utiliza compostos como o s\u00f3dio, pot\u00e1ssio e o l\u00edtio. Estes compostos reagem com \u00e1gua para liberar o hidrog\u00eanio sem necessidade de calor. O processo mais desenvolvido comercialmente envolve o uso de hidr\u00f3xido de pot\u00e1ssio (NaOH), dispon\u00edvel facilmente como refugo de ind\u00fastrias de papel, pintura, t\u00eaxteis, pl\u00e1stico e petroqu\u00edmicas. O hidr\u00f3xido de s\u00f3dio \u00e9 convertido em hidreto de s\u00f3dio (NaH) retirando-se o oxig\u00eanio pela adi\u00e7\u00e3o de um pouco de calor.<\/p>\n\n\n\nAs vantagens deste processo \u00e9 que n\u00e3o precisam de altas press\u00f5es operar em temperaturas criog\u00eanicas, al\u00e9m da adi\u00e7\u00e3o de calor para liberar o hidrog\u00eanio, n\u00e3o ter tanto problema com contamina\u00e7\u00e3o, problemas estruturais e ser relativamente f\u00e1cil de manusear.<\/p>\n\n\n\n
Assim como os outros sistemas, os hidretos de s\u00f3dio s\u00e3o pesados e tem uma densidade de energia que pode ser comparada a obtida pelos hidretos met\u00e1licos de alta temperatura. As desvantagens s\u00e3o complica\u00e7\u00f5es mec\u00e2nicas durante o processo relacionados ao corte em pequenas bolas com controle de desenho.<\/p>\n\n\n\n
Outros M\u00e9todos<\/strong>
Outras formas de armazenar o hidrog\u00eanio tamb\u00e9m v\u00eam sendo pesquisadas, e n\u00e3o est\u00e3o dispon\u00edveis comercialmente. Entre elas est\u00e3o t\u00e9cnicas de micro-esferas e adsor\u00e7\u00e3o de carbono.<\/p>\n\n\n\nAdsor\u00e7\u00e3o de Carbono<\/strong>
A adsor\u00e7\u00e3o de carbono \u00e9 uma t\u00e9cnica similar \u00e0 aplicada aos hidretos met\u00e1licos onde o hidrog\u00eanio salta quimicamente para a superf\u00edcie dos gr\u00e2nulos de carbono porosos. O carbono \u00e9 adsorvido na temperatura de -185\u00b0C a -85\u00b0C e na press\u00e3o de 300 a 700 psi (21 a 48 bar). A quantidade de carbono adsorvido aumenta em baixas temperaturas. O calor em excesso de aproximadamente 150\u00b0C libera o hidrog\u00eanio.<\/p>\n\n\n\nMicro-esferas<\/strong>
Os sistemas de armazenamento de micro-esferas utilizam pequenas esferas de vidro no qual o hidrog\u00eanio \u00e9 for\u00e7ado a entrar sob alta press\u00e3o. Uma vez armazenado, as esferas podem ser mantidas na temperatura ambiente sem perda de hidrog\u00eanio.<\/p>\n\n\n\nDependendo da temperatura, o vidro \u00e9 imperme\u00e1vel ao hidrog\u00eanio que est\u00e1 dentro da esfera (baixa temperatura) ou perme\u00e1vel (alta temperatura) para que seja libertado.<\/p>\n\n\n\n
A adi\u00e7\u00e3o de uma pequena quantidade calor \u00e9 suficiente para liberar o hidrog\u00eanio. Para aumentar a taxa de hidrog\u00eanio libertado, experimentos de choque entre as esferas est\u00e3o sendo feitos.<\/p>\n\n\n\n
Fonte: Brasil H2 Fuel Cell Energy
\nPor: Eng. Emilio Hoffmann Gomes Neto<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" - Tipo 2:<\/strong> Camada fina de alum\u00ednio ou a\u00e7o envolto por outro composto \u2013 geralmente fibras de carbono – em forma de circunfer\u00eancia;<\/li>
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