Como funciona um veículo a hidrogénio?

Embora o nome «pilha de combustível» possa dar a impressão de ser uma tecnologia de ponta bastante complexa para o grande público, o segredo desta nova forma de produzir energia reside numa reação química simples, entre o oxigénio e o hidrogénio. Então, quais são as características específicas de um veículo a hidrogénio? Como funciona? Quais são as suas vantagens? E, mais concretamente, quais são as possíveis utilizações do carro a hidrogénio?

Os desafios do carro elétrico a hidrogénio

Para começar, alguns elementos de contexto. O termo «carro elétrico a hidrogénio» designa um veículo alimentado por uma fonte de energia específica, o hidrogénio, graças a um sistema específico: a célula de combustível. O carro com «pilha de combustível a hidrogénio» faz parte dagrande família dos carros elétricos. A sua tração é, de facto, assegurada por um sistema de propulsão elétrico.

No caso de um veículo elétrico com bateria de iões de lítio, a energia elétrica é armazenada na bateria através de cada recarga na rede elétrica. Já no veículo a hidrogénio, a eletricidade necessária ao funcionamento do sistema de propulsão é fornecida pela bateria, mas também pela pilha de combustível, a partir do hidrogénio armazenado a bordo. A maioria dos veículos a hidrogénio atualmente oferecidos pelos fabricantes automóveis baseia-se neste princípio.

O carro a hidrogénio partilha, com o carro 100% elétrico, a ambição de circular com um baixo impacto de carbono. No entanto, ainda há muitos desafios a superar para reduzir ao máximo o impacto ambiental da produção de hidrogénio. Atualmente, o método de extração desta molécula baseia-se na reformação de compostos orgânicos carbonados. Fala-se então de dihidrogénio «cinzento», uma vez que é obtido através de um processo de extração de combustíveis fósseis.
Mas existe outra forma de obter hidrogénio: através da eletrólise da água. Se a eletricidade necessária para esta eletrólise for proveniente de uma fonte de energia sustentável, como a energia fotovoltaica ou eólica, é então possível produzir hidrogénio «verde». Este método de extração representa uma solução para o futuro.

O funcionamento de um carro elétrico a hidrogénio graças à célula de combustível

Como funciona, na prática, o veículo com célula de combustível a hidrogénio? A sua energia elétrica é fornecida por uma célula de combustível. O hidrogénio é armazenado sob pressão em reservatórios específicos, a bordo do veículo. Este gás (H2), juntamente com o oxigénio (O2) do ar ambiente, alimenta a célula de combustível. Estes dois gases sofrem uma reação eletroquímica no interior da pilha. Esta reação produz eletricidade, calor e vapor de água (H2O), que se liberta sob a forma de um jato de água através de um tubo de escape situado por baixo do veículo.

A energia assim produzida, juntamente com a energia da bateria, alimentao motor elétrico do carro. Este desloca-se então em silêncio e sem emissões de gases poluentes, nem de CO2. O veículo pode ser reabastecido com hidrogénio em estações específicas, graças a bombas capazes de injetar hidrogénio muito rapidamente (5 minutos), na forma de gás sob pressão, no interior do depósito.

O consumo de um veículo com célula de combustível a hidrogénio

É importante ter em conta que o átomo de hidrogénio, que compõe a molécula de dihidrogénio (H₂), é um dos elementos naturais mais simples e leves da tabela periódica (ou seja, da classificação que reune todos os elementos químicos presentes na Terra). A sua densidade volumétrica é muito baixa. Para obter a quantidade de hidrogénio suficiente para o bom funcionamento de um veículo, é, portanto, necessário armazenar grandes quantidades, a altas pressões, em reservatórios de grande capacidade.

O carro elétrico a hidrogénio segundo o Renault Group

Para o Renault Group, um automóvel elétrico com célula de combustível a hidrogénio é um veículo elétrico que integra, sob o mesmo capô, uma bateria de iões de lítio e uma célula de combustível. Ao optar pela complementaridade, a Renault combina o melhor dos dois mundos.

Nesta configuração típica, o motor elétrico é alimentado pela bateria de iões de lítio. A pilha de combustível, por sua vez, constitui uma reserva de energia adicional, contribuindo para aumentar a autonomia do veículo, proporcionando maior autonomia e tempos de recarga mais curtos.

As vantagens do carro a hidrogénio

A bordo do seu veículo a hidrogénio, o condutor beneficia, em primeiro lugar, de uma autonomia praticamente duplicada. A eletricidade produzida pela pilha de combustível graças ao armazenamento de hidrogénio soma-se à capacidade de armazenamento da bateria principal. Nesse sentido, o sistema a hidrogénio pode ser considerado um «prolongador de autonomia».
A cereja no topo do bolo: a rapidez do reabastecimento. Além do carregamento elétrico na rede, bastam alguns minutos (5 minutos no máximo) para “encher” o tanque de hidrogénio, a fim de alimentar a célula de combustível e, assim, prolongar instantaneamente a autonomia.
E estas não são as únicas vantagens: o veículo a hidrogénio mantém todas as vantagens associadas à utilização de um carro elétrico, a começar pelo silêncio de funcionamento, o conforto de condução e o acesso a zonas de circulação restrita em certos centros urbanos.

O reabastecimento de um veículo a hidrogénio

Como funciona, na prática, o reabastecimento de um carro elétrico a hidrogénio? A resposta varia consoante o fabricante. Na solução estudada pelo Renault Group, o veículo oferece duas opções para repor as suas reservas de energia. Em primeiro lugar, o reabastecimento numa estação de carregamento «clássica» para alimentar a bateria de iões de lítio (reabastecimento facilitado pelo número de estações acessíveis). Em segundo lugar, o reabastecimento numa estação de hidrogénio para encher os seus reservatórios de gás em poucos minutos, caso seja necessário prolongar a viagem.

O armazenamento de hidrogénio

Embora o termo «carro a célula de combustível» ainda não tenha entrado totalmente no vocabulário comum, não deve levar a pensar que se trata de uma tecnologia de risco. É claro que o hidrogénio, sob forte pressão no depósito, é um elemento inflamável e volátil, mas isso aplica-se a qualquer combustível. Em caso de sobreaquecimento ou de desativação da pilha, o hidrogénio é disperso e libertado em menos de um minuto.

Há mais de vinte anos que as tecnologias que utilizam o dihidrogénio têm sido testadas e aprovadas em inúmeras ocasiões, muitas vezes em condições extremas (engenharia espacial, submarinos, máquinas de construção).

O Renault Group está também a trabalhar em motorizações elétricas bi-energia (bateria recarregável e célula de combustível a hidrogénio), nomeadamente com a sua marca Renault e ocarro de demonstração Emblème.

Destacamos também os trabalhos realizados pela Alpine no domínio do hidrogénio, com os protótipos Alpenglow Hy4 eHy6 apresentadosem 2024. 

Carro a hidrogénio ou carro elétrico com bateria de iões de lítio: comparação

Estas tecnologias parecem ser diametralmente opostas, mas constituem duas ofertas de mobilidade complementares.Hidrogénio ou carro elétrico: esta questão depende, acima de tudo, da utilização e do tipo de veículo. Num veículo comercial ligeiro, com uma carga útil significativa, o hidrogénio é particularmente adequado. Embora o depósito que o contém seja volumoso, o seu peso mantém-se razoável. O hidrogénio presta-se particularmente a utilizações intensivas em circuito fechado, com um local de recarga bem identificado e facilmente acessível durante uma ronda, ou mesmo nas próprias instalações da empresa.
Os veículos elétricos equipados apenas com baterias de iões de lítio destinam-se, por sua vez, a todos os tipos de utilizações e públicos, desde percursos curtos na cidade até às grandes vias. Mas quando a bateria está vazia, a única solução é recarregá-la na rede elétrica. A velocidade de carregamento é inferior à do hidrogénio, mas as estações de carregamento são mais numerosas, tanto em locais privados como na via pública. É fácil aproveitar o estacionamento do veículo para o recarregar.
Trata-se, portanto, de duas tecnologias complementares nas suas utilizações, que visam ambas proporcionar uma mobilidade sustentável.

Veículos a hidrogénio: qual é a sua implantação na Europa e em França?

Em 2020, os novos registos de veículos com pilha de combustível a hidrogénio concentraram-se principalmente na Alemanha, seguida dos Países Baixos e da França**. As estações de reabastecimento de hidrogénio estão a ser implementadas gradualmente na Europa. Em França, em 2023, 23 estações estão em funcionamento, com uma meta de 900 até 2030. Na Alemanha, estão 109 em fase de instalação, com a meta de 300 até 2030, e na Espanha, 3 em 2023, com a meta de 150 até 2030. Os Países Baixos contam, em 2023, com 12 estações em funcionamento, com a meta de 150 até 2025. A chegada dos primeiros automóveis elétricos a hidrogénio de série, incluindo os veículos profissionais que, por enquanto, são recarregados essencialmente nas instalações das suas empresas, poderá acelerar o desenvolvimento destas infraestruturas e contribuir para o crescimento da tecnologia do hidrogénio.

*WLTP: Worldwide Harmonized LightVehicles Test Procedures. O ciclo WLTP normalizado é composto por 57 % de percursos urbanos, 25 % de percursos periurbanos e 18 % de percursos em autoestrada. Os valores de autonomia indicados baseiam-se no estudo do protocolo WLTP. Podem variar em função das condições reais de utilização e de diferentes fatores, tais como: a velocidade, o conforto térmico a bordo do veículo, o estilo de condução e a temperatura exterior. 

** Resultados do terceiro trimestre de 2020 publicados pela ACEA, Associação Europeia de Fabricantes de Automóveis

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