As células a combustível de hidrogênio são uma tecnologia promissora que pode reduzir o impacto ambiental do voo e aumentar a eficiência das aeronaves
Prof. Aécio D’Silva, Ph.D
AquaUniversity
Combustível de Hidrogênio na Aviação – As células de combustível de hidrogênio são dispositivos que convertem hidrogênio e oxigênio em eletricidade e água, produzindo zero emissões e alta densidade de potência.
A indústria da aviação enfrenta uma pressão crescente para reduzir as suas emissões de gases com efeito de estufa e a sua pegada ambiental, bem como para melhorar a sua eficiência de combustível e o seu desempenho operacional. Uma das soluções potenciais que tem ganhado atenção nos últimos anos é a tecnologia de células de combustível de hidrogénio, que oferece uma forma limpa e eficiente de alimentar os sistemas de propulsão das aeronaves.
As células de combustível de hidrogênio são dispositivos que convertem hidrogênio e oxigênio em eletricidade e água, produzindo zero emissões e alta densidade de potência. O hidrogênio pode ser armazenado na forma gasosa ou líquida ou produzido a bordo a partir de fontes renováveis, como energia solar ou eólica. As células de combustível de hidrogênio podem ser usadas para alimentar motores elétricos ou para complementar motores a jato convencionais em arquiteturas elétricas híbridas.
Os benefícios das células a combustível de hidrogênio para a aviação
As células de combustível de hidrogénio podem reduzir a pegada de carbono e a poluição sonora das aeronaves, bem como melhorar o seu desempenho e alcance.
As células a combustível de hidrogênio apresentam diversas vantagens em relação ao combustível de aviação convencional para aplicações de aviação, tais como:
- Redução da pegada de carbono: As células de combustível de hidrogénio emitem apenas vapor de água e calor, eliminando as emissões de dióxido de carbono e óxido de azoto que contribuem para o aquecimento global e a poluição atmosférica. De acordo com um estudo realizado por Roland Berger (1), as aeronaves com células de combustível a hidrogénio poderiam oferecer uma solução “verdadeiro zero” para as emissões de gases com efeito de estufa, uma vez que a única saída das células de combustível é o vapor de água, cujo impacto pode ser minimizado através de uma operação cuidadosa da aeronave. .
- Redução da poluição sonora: As células de combustível de hidrogénio são mais silenciosas que os motores a jacto, pois não envolvem combustão ou peças móveis. Isto pode reduzir o impacto do ruído das aeronaves no solo e no ar, melhorando a qualidade de vida das comunidades próximas aos aeroportos e aumentando o conforto dos passageiros e da tripulação.
- Desempenho e alcance melhorados: As células de combustível de hidrogénio têm uma densidade de energia mais elevada do que o combustível de aviação, o que significa que podem armazenar mais energia por unidade de massa ou volume. Isto pode aumentar a carga útil e o alcance da aeronave, bem como reduzir o consumo de combustível e os custos operacionais. As células a combustível de hidrogênio também têm maior eficiência do que os motores a jato, pois convertem mais energia do combustível em trabalho útil, reduzindo o calor residual e as perdas de energia.
Os desafios das células a combustível de hidrogênio para a aviação
As células de combustível de hidrogénio enfrentam obstáculos técnicos, económicos e regulamentares que precisam de ser ultrapassados antes de poderem ser amplamente adoptadas pela indústria da aviação.
Apesar dos potenciais benefícios das células de combustível de hidrogénio, também existem desafios significativos que precisam de ser enfrentados antes que possam tornar-se uma alternativa viável ao combustível de aviação, tais como:
- Desafios técnicos : As células de combustível de hidrogénio requerem sistemas complexos e fiáveis para armazenar, transportar e distribuir hidrogénio, bem como para gerir o calor e a água produzidos pelas células de combustível. O hidrogénio é um gás altamente inflamável e volátil, que apresenta riscos de segurança. As células de combustível de hidrogênio também têm uma relação potência-peso menor do que os motores a jato, o que significa que são mais pesadas e volumosas para a mesma quantidade de potência. Isto pode limitar o design e o desempenho das aeronaves, especialmente para voos de grande porte e de longo curso.
- Desafios económicos: As células de combustível de hidrogénio são actualmente mais caras do que o combustível de aviação, tanto em termos de custos de capital como de custos operacionais. A infra-estrutura de produção, armazenamento e distribuição de hidrogénio ainda é subdesenvolvida e dispendiosa, e as células de combustível de hidrogénio têm uma vida útil mais curta e custos de manutenção mais elevados do que os motores a jacto. O custo das células a combustível de hidrogênio também depende da disponibilidade e do preço do hidrogênio, que pode variar dependendo da fonte e do local de produção. As células de combustível de hidrogénio precisam de alcançar economias de escala e inovação tecnológica para se tornarem mais competitivas e acessíveis para a indústria da aviação.
- Desafios regulamentares: As células de combustível de hidrogénio estão sujeitas a regulamentos e padrões rigorosos e em evolução, tanto a nível nacional como internacional. As células de combustível de hidrogénio têm de cumprir os requisitos de segurança e ambientais das autoridades da aviação, bem como os procedimentos de certificação e testes dos fabricantes e operadores de aeronaves. As células de combustível de hidrogénio também precisam de ser coordenadas com as políticas e incentivos existentes e emergentes para a descarbonização e electrificação do sector da aviação, tais como impostos sobre carbono, regimes de comércio de emissões e metas de energias renováveis.
O futuro das células a combustível de hidrogênio para a aviação
Espera-se que as células de combustível de hidrogénio desempenhem um papel fundamental na transição para uma indústria da aviação mais sustentável e eficiente, mas necessitam de mais investigação e desenvolvimento, bem como da colaboração e do apoio de várias partes interessadas.
As células a combustível de hidrogênio não são um conceito novo para a indústria da aviação, pois têm sido utilizadas em programas de exploração espacial desde a década de 1960. No entanto, ganharam interesse e impulso renovados nos últimos anos, à medida que a indústria da aviação procura reduzir o seu impacto ambiental e melhorar a sua eficiência. Vários fabricantes de aeronaves, como Airbus e ZeroAvia , anunciaram planos e projetos para desenvolver e testar aeronaves com células de combustível de hidrogênio, desde pequenos aviões regionais até grandes jatos comerciais. Alguns destes projetos já realizaram voos e demonstrações bem sucedidos, mostrando a viabilidade e o potencial da tecnologia de células de combustível de hidrogénio. (2,3,4))
No entanto, as células de combustível de hidrogénio ainda estão nas fases iniciais de desenvolvimento e implantação para aplicações na aviação e enfrentam muitos desafios técnicos, económicos e regulamentares que precisam de ser ultrapassados antes que possam ser amplamente adoptadas pela indústria da aviação. As células de combustível de hidrogénio requerem mais investigação e desenvolvimento para melhorar o seu desempenho, fiabilidade, segurança e acessibilidade, bem como para otimizar a sua integração e compatibilidade com diferentes tipos e configurações de aeronaves. As células de combustível de hidrogénio também precisam da colaboração e do apoio de várias partes interessadas, tais como governos, reguladores, companhias aéreas, aeroportos, fornecedores de combustível e clientes, para criar um ambiente favorável e propício à sua adoção e difusão. As células de combustível de hidrogénio precisam de se alinhar com a visão e estratégia da indústria da aviação, bem como com as expectativas e exigências da sociedade, para alcançar uma transição bem-sucedida e sustentável para um futuro da aviação mais ecológico e eficiente.
Referências
(1) https://www.rolandberger.com/en/Insights/Publications/Hydrogen-A-future-fuel-for-aviation.html
(2) https://www.airbus.com/en/newsroom/news/2020-10-hydrogen-fuel-cells-explainedhttps://www.airbus.com/en/newsroom/press-releases/2022-11 -airbus-revela-motor movido a hidrogênio com emissão zero
(3) https://www.airbus.com/en/newsroom/stories/2022-11-could-hydrogen-fuel-cell-systems-be-the-solution-for-emission-free, Hidrogênio Universal
(4) https://www.popsci.com/technology/hydrogen-fuel-cell-aircraft-explained/
