São Paulo (AUN - USP) - Grafite, sisal, amido, álcool. Esses são alguns dos materiais usados na produção da célula a combustível de hidrogênio. Na vanguarda dessa pesquisa no Brasil, está o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares da USP (IPEN). A nova fonte de energia, que já encontra suas aplicações comerciais,ainda enfrenta uma série de problemas e pesquisadores ao redor do mundo tentam viabilizá-la como fonte de energia eficiente e barata para o futuro.

O IPEN realiza muitos trabalhos que procuram melhorar o funcionamento da célula e torná-la comercialmente viável aqui no Brasil. Uma das pesquisas no assunto é a do professor Reginaldo Muccillo, do Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais (CCTM - IPEN) que tem seu foco na melhoria dos materiais usados para fabricar a célula.

Uma célula é basicamente um eletrólito (condutor iônico, condutor de oxigênio), envolvido por um anôdo e um catôdo (eletrodos). Existem dois tipos de célula de combustível movida a hidrogênio e eles se distinguem pelo material utilizado na fabricação do eletrólito e dos eletrodos: a célula polimérica e a cerâmica.

Na polimérica, como o próprio nome diz, o eletrólito é um polímero e trabalha em temperaturas próximas de 80ºC, baixas para uma célula desse tipo. E é justamente esse o seu ponto forte: como não chega a temperaturas altas, ela desgasta pouco os seus componentes.

Na célula feita de cerâmica, por outro lado, os materiais são submetidos à temperatura de 1000ºC, o que exige deles muito mais resistência. É com esse tipo de célula que Muccillo trabalha, tentando encontrar materiais cerâmicos que resistam a essa temperatura. Para tanto, ele busca nas matérias-primas nacionais as formas de solucionar problemas que pesquisas no mundo todo enfrentam.

Célula nacional

Ele e sua equipe estudam e testam diferentes materiais que podem ser utilizados nas várias etapas da produção da célula tentando encontrar os melhores e mais baratos.

Um dos grandes dilemas para o bom funcionamento de uma célula combustível é a porosidade dos eletrodos. Apenas quando porosos, eles promovem as reações químicas na quantidade necessária para gerar uma forte corrente elétrica.

Para gerar a porosidade, fundamental para a célula, é usado o processo de queima à alta temperatura (sinterização) do eletrodo de cerâmica com algum outro material. É na escolha do material e de sua quantidade que está a chave para uma maior eficiência da célula combustível de hidrogênio.

“Estamos estudando três materiais nacionais para descobrir qual é o melhor para a sinterização: grafite, amido (farinha de mandioca) e sisal. Grafite e amido são baratos, e o sisal é produzido no nordeste por um grupo da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) que colabora conosco”, diz Muccillo.

Para a fabricação dos eletrodos e do eletrólito, a equipe usa óxido de zircônio com um pouco de óxido ítrio, materiais dos quais o País dispõe à vontade, apesar de a produção estar parada agora. O IPEN ainda dispõe de reservas desses materiais deixadas da época em que a produção nacional existia.

A célula de cerâmica, o centro das pesquisas de Muccillo, opera entre 900 e 1000ºC, o que dá a ela uma alta eficiência na geração de energia e ainda oferece a possibilidade da cogeração (usar o calor gerado dentro da célula para liberar água já quente, que poderia servir para abastecer uma casa, por exemplo).

A temperatura também é um trunfo desse tipo de célula, pois poderia se fornecer a ela hidrocarbonetos ou álcool, ou metano, e ar atmosférico em estado puro, e dentro dela ocorreria a decomposição dos materiais fornecidos em hidrogênio e oxigênio. Dessa forma, a célula de cerâmica é mais prática.

Justamente pelas grandes temperaturas a que chega a célula, a pesquisa de materiais é fundamental para encontrar componentes resistentes e criar uma versão do aparelho que trabalhe nessas condições tão adversas.

A célula de cerâmica tem dois problemas: em primeiro lugar, como material bruto é lançado dentro dela, ocorre queima, que libera dióxido e monóxido de carbono, que poluem a atmosfera. Outro problema são os resíduos sólidos da queima que, por se alojarem no interior do equipamento, podem obstruir seu funcionamento.

Uma possível solução seria colocar mais um material cerâmico dentro da célula, um que tenha propriedades catalíticas, ou seja, ajude na transformação dos rejeitos de carbono em dióxido de carbono. Para lidar com a poluição que isso geraria, a saída é então buscar reabsorver o dióxido de carbono. “Seria um projeto, eventualmente uma casa que com seu próprio jardim planejado que reabsorva o gás carbônico que a célula libera.”