PROTOTIPAGEM DE UMA CÉLULA COMBUSTÍVEL DE HIDROGÊNIO PARA ESTUDO DE EFICIÊNCIA

Resumo

O consumo de combustíveis fósseis como petróleo, carvão e gás natural permanece como a principal forma de suprimento energético no mundo, resultando em elevadas emissões de gases de efeito estufa que contribuem diretamente para o aquecimento global e as mudanças climáticas. A busca por fontes limpas e sustentáveis, capazes de reduzir as emissões de carbono e ao mesmo tempo atender à crescente demanda energética, torna-se cada vez mais urgente no cenário da transição energética. Entre as tecnologias promissoras, destacam-se as células a combustível de hidrogênio, que funcionam por meio de um processo eletroquímico que converte hidrogênio e oxigênio em eletricidade, tendo como único subproduto a água. Essa característica, associada a uma eficiência energética superior à dos sistemas convencionais de combustão do gás hidrogênio, justifica a relevância deste projeto. O objetivo principal do trabalho foi desenvolver e avaliar um protótipo de célula a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Membrane), analisando sua eficiência energética e comparando os resultados obtidos com dados disponíveis na literatura. O protótipo foi concebido com foco em aplicações educacionais e de pesquisa, servindo como ferramenta de capacitação em tecnologias de energia limpa. A metodologia envolveu a montagem de uma célula experimental utilizando uma Membrane Electrode Assembly (MEA) comercial de cinco camadas, composta por membrana de polímero perfluorsulfônico (PFSA) com espessura de 50,8 μm e área ativa de 5 × 5 cm, disposta sobre uma área total de 10 × 10 cm. O ânodo e o cátodo foram configurados com carregamento de platina de 0,5 mg/cm2, empregando catalisador com 60% de Pt (em massa) sobre Vulcan (carbono). Para os difusores de gás (Gas Diffusion Layers – GDL), foram utilizados tecidos de fibra de carbono entrelaçados do tipo W1S1011 com camada microporosa (MPL) integrada e espessura de 410 μm, assegurando adequada difusão dos reagentes e desempenho eletroquímico estável. O hidrogênio necessário foi produzido em eletrolisador alcalino sob condições controladas, e a medição direta de corrente e tensão geradas na célula foram realizadas por meio de multímetro digital, possibilitando o cálculo da potência e da eficiência global da célula. Os resultados experimentais indicaram eficiência inferior aos valores reportados na literatura para diferentes densidades de corrente, evidenciando que o protótipo ainda necessita de aprimoramentos em sua concepção e operação. Apesar dessas limitações, o dispositivo desenvolvido representa um recurso valioso para fins de pesquisa e ensino no Laboratório de Fontes Renováveis do IFG – Câmpus Itumbiara, possibilitando a demonstração prática do princípio de funcionamento de uma célula a combustível. Além disso, seu uso didático em atividades de ensino, pesquisa e extensão contribui para a formação de estudantes e para a disseminação do conhecimento sobre a geração de energia a partir do hidrogênio, uma tecnologia que tem ganhado crescente destaque no cenário energético mundial nos últimos anos.