As células de combustível

Desenvolvimento sustentável: pesquisa de energia limpa para conexão de longo prazo

por Yves Martin, L'Argus de l'Automobile, 6.2.2003

O que sucederá o petróleo no coração de nossos carros? Se vários sistemas estiverem alinhados, nenhum pode vencer, o desafio é muito difícil de enfrentar.

Problemas de transporte

Tendo se tornado uma ferramenta indispensável, o transporte está sendo perseguido por seu inimigo nº 1, a poluição. Na verdade, a produção cada vez maior de dióxido de carbono (C02), responsável pelo efeito estufa que causa o aquecimento global, tornou-se um grande problema ambiental. É por isso que um grande número de países industrializados - com exceção dos Estados Unidos - assinaram o acordo de Kyoto em 1997, no qual se comprometeram a reduzir sua produção de C02.

Após esta convenção, as autoridades europeias estabeleceram padrões antipoluição draconianos para o automóvel.

No entanto, limitar as emissões poluentes dos automóveis não é um fim em si mesmo. Além disso, como sublinha Pierre Zerlauth, coordenador técnico durante o Michelin Challenge, "os poluentes locais (nota do editor: ao nível do próprio automóvel) são melhor controlados". A poluição gerada pela cadeia produtiva - desde o armazenamento até a distribuição da energia utilizada no automóvel - também deve ser considerada. Isso é conhecido como balanço geral de energia, ou seja, poluição “do poço à roda”.

"Do poço à roda"

Estudos têm sido realizados em diferentes fontes de energia para determinar o mais vantajoso em termos de redução das emissões de C02.

Entre eles estão o GLP (gás liquefeito de petróleo), o GNV (gás natural veicular), a eletricidade, o hidrogênio (usado como combustível ou em uma célula a combustível).

No entanto, como sublinha Philippe Pinchon, diretor do centro de resultados de energia motorizada do IFP (Instituto Francês do Petróleo): “Quando falamos em balanço energético, devemos levar em consideração quatro fatores: o efeito estufa , eficiência energética, custo e disponibilidade de energia. "

É aqui que fica complicado! Tomemos como exemplo o motor elétrico: o mais amigo do ambiente que existe. Dependendo do método adotado para a produção de eletricidade, o equilíbrio ecológico pode ser desastroso. Por exemplo, o produzido na Alemanha, a partir de usinas termelétricas movidas a carvão, apresenta saldo negativo com uma produção de C02 de 460 gramas por quilowatt por hora, o que corresponde aproximadamente à média europeia. Por outro lado, a eletricidade produzida pelas usinas nucleares francesas emite apenas 100 g / kWh. O resultado mais desastroso é o da Grécia, onde a produção de eletricidade gera cerca de 900 g / kWh de C02.

Seguindo esse raciocínio, percebemos que o uso de uma célula a combustível não é tão ecológico assim.

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Na verdade, existem dois métodos para produzir hidrogênio, o combustível de base de uma célula de combustível: ou é gerado a bordo do veículo, por meio de um reformador (dispositivo que extrai o hidrogênio dos hidrocarbonetos), ou é vem de usinas de energia e depois é distribuído como combustível convencional (na forma gasosa ou líquida). Se a primeira solução reduz a produção de C02, ele emite muitos outros poluentes prejudiciais ao meio ambiente devido ao controle incompleto do reforma. Por isso é preferível produzir hidrogênio em uma usina onde o processo seja melhor controlado, mas neste caso surge o (insolvente?) Problema da distribuição e armazenamento do hidrogênio.

Referindo-se à tabela de emissões de C02 abaixo, observamos que o uso de hidrogênio líquido não tem interesse.

De fato, a energia necessária para liquefazer o gás é significativa e aumenta em 50% a produção de CO2 desse setor. A vantagem, portanto, volta ao uso de hidrogênio comprimido. Novamente, dependendo do país e da fonte de extração, o pedágio varia de extremo a extremo. Então,o melhor resultado é obtido quando o hidrogênio é produzido a partir do gás natural usando a eletricidade das usinas nucleares francesas. No entanto, esta solução tem o inconveniente de um preço de custo exorbitante, de 24 a 29 EUR por gigaJoule (contra 7 EUR / GJ para a produção e distribuição de super 95 e 98 sem chumbo e 6 EUR / GJ para o gasóleo. e 13 EUR / GJ para GPL).

A solução é, portanto, combinar várias soluções para obter o máximo benefício desses setores.

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Assim, o carro que apresentasse a melhor relação custo, poluição e eficiência deveria adotar um motor híbrido a diesel e um motor elétrico com bateria de grande capacidade (capaz de armazenar muita energia) e equipado com bateria. combustível movido a hidrogênio comprimido. Único carro híbrido comercializado na França (nota do editor: a um preço ainda muito alto), o Toyota Prius ainda está muito longe desse requinte.

Tabela comparativa de tecnologias de transporte (clique para ampliar)


Diesel; Diesel FT Fischer-Tropsch diesel (diesel sintético); DME dimetil éter (combustível sintético); Ésteres metílicos EMVH de óleos vegetais: gasolina; ETBE éter etil-ter-butílico (obtido da fermentação do açúcar de beterraba ou do milho e do petróleo); etanol EtTOH; gás natural ; GLP; Combustível H2; H2 comprimido; H2 líquido; metanol MeOH; Gasolina

O aumento preocupante de C02

Há um século, o efeito estufa tende a se extender, causando um aumento generalizado das temperaturas, por meio do aumento do dióxido de carbono (C02) contido na atmosfera. Esse gás sozinho é responsável por metade desse fenômeno.

A concentração de CO02 é agora um quarto maior do que no século passado. Um nível de poluição nunca alcançado nos últimos 600 anos.

Este dióxido de carbono provém principalmente da utilização de combustíveis fósseis (carvão, óleo combustível, gás natural) em diversos setores de atividade: indústria, energia e transportes. Isso representa mais de um quarto das emissões de C02 nos países industrializados, e essa proporção continua a aumentar. As muitas perspectivas delineadas pela Agência Internacional de Energia (IEA) preveem um aumento acentuado nas emissões totais de C02 na próxima década: entre 31% e 42% ...

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Do Rio a Kyoto, uma lenta evolução

Em junho de 1992, no Rio de Janeiro, 178 países e 50 empresas internacionais se comprometeram com o desenvolvimento sustentável e firmaram um acordo que visa estabilizar as concentrações de gases de efeito estufa, todas as fontes de produção combinadas (plano de ação internacional chamada Agenda 21). Essa convenção-quadro recomendou então que os países desenvolvidos reduzissem seu nível de emissões ao de 1990.

Três anos depois, em Berlim, os Estados iniciaram um novo processo que deve levar à redução das emissões de C02. Um protocolo foi adotado em dezembro de 1997, no final da conferência de Kyoto. Apenas os Estados Unidos não o assinaram.

A União Europeia, por sua vez, está empenhada em reduzir a sua produção de CO8 em 2% até 2010. Esta redução será distribuída de acordo com os níveis de emissão registados em 1990 nos vários países membros, as suas necessidades de desenvolvimento e demografia. Assim, o objetivo para a Alemanha é um decréscimo de 21%, o da Grécia, um aumento limitado a 25%, e o da França, a igualdade.

A frota de automóveis é responsável por cerca de 12% da produção total de CO2 de origem humana no continente e 2% globalmente. Em 1995, um novo carro europeu emitia 165 g / km, contra 191 g / km para um japonês e 260 g / km para um americano.

Em julho de 1998, a Associação de Fabricantes de Automóveis Europeus (ACEA) assumiu um compromisso com a Comissão Europeia. Isso inclui um duplo propósito. Inicialmente, a Associação está empenhada em produzir automóveis para o mercado europeu cujas emissões de CO2 não ultrapassem 120 g / km em 2012 (ou seja, um consumo médio de 4,9 l por 100 km). Em seguida, comprometeu-se a respeitar um nível intermediário para os carros vendidos em 2008, com um nível médio de emissões de CO2 de 140 g / km, ou um consumo médio de 5.7 l por 100 km.

Saiba mais sobre células de combustível

- Artigo comparativo de Sciences et Avenir
- Estudo de cogeração com célula a combustível

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