CÉLULA COMBUSTIVEL A HIDROGENIO VOLTADA PARA ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA RESIDENCIAL

FUNDAÇÃO DE ASSISTÊNCIA E EDUCAÇÃO - FAESA

FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITO-SANTENSES

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

ERICK LIMA REGIANI

HEUDES VIEIRA CRUZ JUNIOR

CÉLULA COMBUSTIVEL A HIDROGENIO VOLTADA PARA ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA RESIDENCIAL

Artigo do Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação em Engenharia Elétrica, apresentado às Faculdades Integradas Espírito-santenses, sob orientação do professor Danilo de Paula e Silva e co-orientação de Adriana Barbosa Regattieri.

VITÓRIA

2016

CÉLULA COMBUSTIVEL A HIDROGENIO VOLTADA PARA ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA RESIDENCIAL

HYDROGEN FUEL CELL DIRECTED TO RESIDENTIAL ELETRIC ENERGY SAVING

ERICK LIMA REGIANI^[1]

HEUDES VIEIRA CRUZ JUNIOR1

DANILO DE PAULA E SILVA ^[2]

ADRIANA BARBOSA REGATTIERI ³

RESUMO

Atualmente, a matriz energética mundial depende e, sua maior parte da queima do petróleo e de seus derivados. No Brasil, esta provém em sua maioria de seus recursos hídricos. Em ambos os casos, atualmente há crise na obtenção de energia por estas fontes, causando assim um aumento do custo da energia para o consumidor final. Com isso, surge a necessidade de obter novas fontes de energia que devem suprir a necessidade mundial e ao mesmo tempo, serem de fonte renovável a fim de evitar o patamar que vivemos hoje. As células a combustível são conhecidas a muito pelos cientistas, mas, somente com tal necessidade as pesquisas tem ganhado um maior espaço entre os pesquisadores. O objetivo deste artigo é elaborar uma solução que possa aproximar a utilização das células a combustível dentro das residências com intuito de reduzir a conta de energia elétrica para o consumidor residencial.

Palavras-chave: Energias renováveis, Célula a combustível, Sustentabilidade energética.

ABSTRACT

Currently, the world energy matrix mainly depends on oil burning and its derivatives. In Brazil, the energy matrix comes mostly from its water resources. In both cases, there are currently crisis in obtaining energy from these sources, causing an increase in the cost of energy to the final consumer. With that comes the need for energy sources which should concomitantly satisfy world needs and at the same time be renewable in order to avoid the level in which we live. Fuel cells are very well known by scientists, however, only with such a need for new sources has gained a larger space among researchers. The purpose of this article is to develop a solution that can bring the use of fuel cells within the residence in order to reduce the electricity bill for residential consumers.

Keywords: Renewable energy, Fuel cell, Energy sustainability.

INTRODUÇÃO

No Brasil a matriz energética provém em sua maioria de fontes renováveis como a biomassa, energia eólica, geotérmica, solar e principalmente hídrica. No entanto, com a crise nos recursos hídricos presenciamos um aumento no custo da conta de energia elétrica que é paga pelo consumidor final.

No contexto energético mundial, vemos com grande parcela de participação a obtenção de energia a partir de combustíveis fosseis. Apesar de sua grande utilização esta gera desvantagens como geração de poluentes e a escassez do combustível por ser de fonte não renovável.

Apesar da matriz energética mundial ser, em maioria, baseada em termoelétricas e levando em consideração as desvantagens do consumo de combustíveis fosseis e a escassez de recursos hídricos no Brasil recentemente e já comum aos demais países, vê-se uma busca por novas fontes de energia.

Devido aos níveis de poluição e degradação (presenciados atualmente), geração de energia elétrica no decorrer dos anos e preocupados com o desenvolvimento sustentável as buscas atuais por novas fontes de energia que sejam renováveis tem como parâmetro relevante, o impacto ambiental gerado por estas. Com o conceito de energia renovável aliado ao baixo impacto ambiental, surge a idéia de energia limpa. Energia limpa é a energia que, em sua geração ou consumo, não provoca ou provoca pouca, emissão de resíduos e gases poluentes, que geram chuva ácida, aquecimento global e poluição diversa. Apesar de muitas fontes de energia serem renováveis, nem todas são fontes de geração de energia limpa com baixo ou nenhum impacto ambiental.

Uma solução para esta continua busca pode ser a célula a combustível, que pode ser caracterizada como um dispositivo gerador de energia elétrica através de reação eletroquímica entre um combustível e um oxidante. Tem-se disponíveis atualmente varias tecnologias de células a combustível e cada uma com grandes avanços recentes em suas pesquisas e desenvolvimento. Historicamente, as células a combustível tem sido utilizadas desde meados da década de 1960 em aplicações de grande importância como fonte de obtenção de energia elétrica a partir de hidrogênio e oxigênio, como no programa aeroespacial norte americano, no entanto nestes últimos anos tem ganhado força ainda maior devido à notoriedade dos problemas ambientais provindos das gerações atuais de energia elétrica e da escassez de combustível de algumas destas.

CONHECENDO A CÉLULA A COMBUSTÍVEL

As células a combustível são dispositivos eletroquímicos que convertem a energia química em seus combustíveis diretamente em energia elétrica provendo uma promissora geração de energia com alta eficiência e baixo impacto ambiental (EG&G, 2004).

Como dito por Pinto (2014), as células a combustível servem como motor de um sistema que é abastecido pelo combustível em analogia ao processo de geração de energia pelos motores a gasolina. No entanto, no processo adotado pelas células a combustível, estas convertem a energia química diretamente em energia elétrica, termina (calor) e água num processo que não contem combustão mesmo seus combustíveis podendo ser hidrogênio, gás natural, etanol, metanol, entre outros.

As células a combustível têm funcionamento similar ao de baterias normais, por fornecer eletricidade em corrente continua a partir de uma reação química. Entretanto, as baterias

quando chegam ao fim, precisam ser recarregadas já as células a combustível fornecem energia elétrica de maneira continua e indefinidamente enquanto abastecidas por um combustível (CGEE, 2002).

Inicia-se então um estudo mais aprofundado sobre o funcionamento da célula a combustível. Para que a célula converta a energia química em elétrica, é necessário a presença continua de redutores e oxidantes e usualmente, devido à grande presença e facilidade de obtenção, os combustíveis mais utilizados vem sendo o hidrogênio como redutor e o ar ambiente como oxidante (EG&G, 2004). A figura 1 ilustra uma célula a combustível.