Ciencia_e_tecnologia_dos_materiais
22 pág.

Ciencia_e_tecnologia_dos_materiais


DisciplinaCiência dos Materiais10.487 materiais78.596 seguidores
Pré-visualização8 páginas
necessária o desenvolvimento de tecnologia que t
nha a mesma eficiência e preços menores do que a 
produção energética atual. 
Hidráulica 
Eletricidade gerada pela força da água, a energia p
tencial da represa é transformada em cinética nas 
comportas e em elétrica nas turbinas. Energia renov
vel de baixa emissão em funcionamento
graves prejuízos ambientais para implantação.
Eólica 
Eletricidade gerada pela força dos ventos, a energia 
cinética movimenta as pás dos cata-ventos e a turbina 
a transforma em energia elétrica. Existem 2.000 us
nas eólicas no mundo, sendo 4 no Brasil, com geração 
de 1MW até 10 MW. Energia limpa, nenhuma emissão 
de poluentes, porém cara e pouca geração. Depende 
muito de fatores ambientais. 
Solar 
Eletricidade gerada pela excitação das fotocélulas pela 
luz solar. O sol transforma, por fusão nuclear, 657 
milhões de toneladas de H2 em 653 milhões de ton
ladas de He. Somente 2 bilionésimos da energia irr
diada chega a Terra. Energia limpa e abundante, p
rém ainda cara. 
Introdução a Ciência e Engenharia de Materiais 
Fontes de energia renovável 
 
A crescente procura por energias alternativas fazem 
necessária o desenvolvimento de tecnologia que te-
nha a mesma eficiência e preços menores do que a 
gerada pela força da água, a energia po-
tencial da represa é transformada em cinética nas 
comportas e em elétrica nas turbinas. Energia renová-
vel de baixa emissão em funcionamento, mas com 
ambientais para implantação. 
 
gerada pela força dos ventos, a energia 
ventos e a turbina 
. Existem 2.000 usi-
nas eólicas no mundo, sendo 4 no Brasil, com geração 
de 1MW até 10 MW. Energia limpa, nenhuma emissão 
tes, porém cara e pouca geração. Depende 
 
Eletricidade gerada pela excitação das fotocélulas pela 
luz solar. O sol transforma, por fusão nuclear, 657 
em 653 milhões de tone-
2 bilionésimos da energia irra-
diada chega a Terra. Energia limpa e abundante, po-
Biomassa 
Eletricidade gerada pela queima de gazes liberados na 
decomposição de matéria orgânica em aterros sanit
rios controlados. Polui menos que a queima de
bustíveis fósseis e apresenta uma solução para o 
cúmulo de lixo. Necessário um grande controle para 
evitar vazamento de substâncias tóxicas nos 
freáticos. 
Células de combustíveis
Descoberta em 1839 possui um funcionamento muito 
simples, e consegue gerar uma grande quantidade de 
energia. 
Dois eletrodos conectados externamente por um ci
cuito elétrico e separados por um eletrólito são e
postos, sob a presença de um 
nio como combustível de um lado e ao
O hidrogênio se divide em um íon H
anodo. O O2 percorre o eletrólito para se encontrar 
com o H+ e formar água e calor, e o elétron gera co
rente elétrica. 
P á g i n a | 19 
 
Eletricidade gerada pela queima de gazes liberados na 
decomposição de matéria orgânica em aterros sanitá-
rios controlados. Polui menos que a queima de com-
bustíveis fósseis e apresenta uma solução para o a-
cúmulo de lixo. Necessário um grande controle para 
evitar vazamento de substâncias tóxicas nos lençóis 
 
Células de combustíveis 
Descoberta em 1839 possui um funcionamento muito 
nsegue gerar uma grande quantidade de 
 
Dois eletrodos conectados externamente por um cir-
cuito elétrico e separados por um eletrólito são ex-
postos, sob a presença de um catalisador, ao Hidrogê-
de um lado e ao O2 no outro. 
rogênio se divide em um íon H+ e um elétron no 
percorre o eletrólito para se encontrar 
e formar água e calor, e o elétron gera cor-
ENG1015 Introdução a Ciência e Engenharia de Materiais P á g i n a | 20 
 
Renan Salvate Campos 
 
Conceitos gerais 
Baseia seu funcionamento em células eletroquímicas 
comuns, como as pilhas, por exemplo, contém dois 
eletrodos, positivo e negativo. Gera eletricidade da 
queima de um combustível, que no caso pode ser o 
Hidrogênio puro, obtido diretamente da célula ou 
outros combustíveis como o CH4 ou C2H5OH (etanol). 
Reação 
Movida pela concentração de O2, sendo alta no lado 
do Catodo e quase nula no lado do Anodo, funciona 
com a difusão de íons no seu interior, e a reação se 
completa no lado do Anodo 
2*& \ufffd 4*
5 + 46. 
)& + 46
. \ufffd 2)&
. 
2*& + )& \ufffd 4*
5 + 2)&
. \ufffd 2*&) 
Vantagens e desvantagens 
Duas vezes mais eficientes que motores a combustão. 
Reação silenciosa. Emissão de calor e vapor de água. 
Custo 4 vezes maior do que combustível fóssil. 
Tipos de células 
AFC \u2013 Célula Alcalina 
Utiliza KOH como combustível, e tem 60% de eficiên-
cia. Desenvolvida pela NASA em 1930 e é utilizada em 
ônibus espaciais. Dura mais de 80.000 horas de vôo, 
mas usa Pt como catalisador, por isso é muito cara. 
PEFC \u2013 Célula a eletrólito polimérico 
Também conhecida como membrana de troca de pró-
tons, tem de 40% a 50% de eficiência. Possui alta den-
sidade de corrente, facilidade de funcionamento, po-
rém utiliza Pt como catalisador. 
 Exemplos 
\ufffd Projeto NECAR armazena as células de com-
bustível e reservatório de hidrogênio sob os 
bancos. 
\ufffd Projeto AUTOnomia da GM tem um chassi 
removível com as células, e reservatórios de 
hidrogênio, assim como o motor. Deixa livre o 
interior da cabine. 
\ufffd Motocicleta ENV pesa até 80kg e faz 0 a 
100km/h em 14s 
Desvantagens do H2 nos carros 
O H2 não é um combustível, e deve ser processado. 
Tem armazenamento perigoso quando comparado a 
combustíveis fósseis. Têm de 30% a 50% de perda de 
energia para sua obtenção, compressão e transforma-
ção em energia. Não existe infra-estrutura de distribu-
ição. 
 
DMFC \u2013 Células de metanol direto 
Utilizando um eletrólito polimérico, retira o H2 dire-
tamente do metanol dispensando a necessidade de 
reforma do combustível. Utilizado em dispositivos 
portáteis. 
PAFC \u2013 Células de ácido fosfórico 
Utiliza ácido fosfórico como eletrólito. Foi a primeira 
tecnologia a ser comercializada. Funciona em unida-
des estacionárias ou em grandes veículos. Tem efici-
ência de 80%. Utiliza Pt como catalisador, por isso é 
muito caro. 
MCFC \u2013 Células de carbonato fundido 
Utiliza um eletrólito de sal carbonato fundido, que 
trabalha a alta temperatura. Tem eficiência de 60% a 
85%. Vantajosa por usar Ni como catalisador, e pode 
ser alimentada por hidrocarbonetos. 
SOFC \u2013 Células de óxido sólido 
Utiliza como eletrólito a Zircônia (ZrO2) e a Ítria (Y2O3). 
Trabalha em altas temperaturas, entre 800ºC e 
1000ºC. Eficiência de 85%. Vantajosa por usar Ni co-
ENG1015 Introdução a Ciência e Engenharia de Materiais P á g i n a | 21 
 
Renan Salvate Campos 
mo catalisador, e pode ser alimentada por hidrocar-
bonetos. Apresenta alto desgaste de materiais. 
Mais eficiente e menos poluente do que combustíveis 
fósseis: 
 
Catodo 
O material mais utilizado é a Manganita de Lantânio 
dopada com Estrôncio (LSM) por possuir alta conduti-
vidade elétrica, coeficiente de expansão térmica (CET) 
compatível com outros componentes da pilha, estabi-
lidade química, porosidade suficiente para o transpor-
te de O2. 
Anodo 
O material mais utilizado é o NiO/YSZ que se reduz 
facilmente a Ni/YSZ em atmosfera de H2. Serve para 
promover um local adequado para a reação do H2 com 
os íons provenientes do eletrólito e remover os elé-
trons resultantes da reação para o circuito externo. 
Possui porosidade adequada, estabilidade química e 
física em atmosfera oxidante e redutora, CET adequa-
do, boa condutividade elétrica, alta condutividade 
catalítica e é compatível quimicamente com a pilha. 
Eletrólito 
Deve ser um material sólido capaz de transportar íons 
de oxigênio. A combinação ZrO2 + Y2O3 promove o 
transporte dos íons pelas vacâncias de oxigênio. A 
Zircônia pura é instável, com a presença da Ítria, ela 
fica estável e apresenta mais vacâncias para o oxigê-
nio. 
A mistura possui baixa porosidade, para impedir a 
passagem de gases, deve ser muito fina para a passa-
gem dos íons, tem alta condutividade para íons de 
oxigênio, baixa condutividade eletrônica