Baterias de íons de lítio versus células de combustível de hidrogênio: concorrentes ou complementares?
O futuro é elétrico. Do transporte à construção e aos processos industriais, muitos setores com uso intensivo de combustíveis fósseis estão agora apostando em eletricidade limpa para tornar suas operações mais sustentáveis. E impulsionando essa mudança estão duas tecnologias que detêm a chave para a eletrificação livre de emissões: Baterias de Íons de Lítio (Li-Ion) e Células de Combustível de Hidrogênio.
As duas tecnologias aproveitam a eletricidade por meio de reações químicas, liberando zero emissões de carbono. É basicamente aí que as similaridades terminam, pois as duas variam em termos de vida útil, pegada ambiental, densidade energética e infraestrutura de suporte.
Então, isso significa que uma tecnologia tem uma vantagem sobre a outra? Vamos descobrir.
Baterias de íons de lítio vs. células de combustível de hidrogênio: qual tecnologia é mais promissora?
A maior diferença entre as duas tecnologias é que, enquanto uma bateria usa energia armazenada para produzir eletricidade, uma célula de combustível faz o mesmo convertendo combustível rico em hidrogênio.
As baterias de íons de lítio apareceram nos mercados na década de 1990 e são um padrão da indústria para alimentar veículos elétricos. Mas se as tendências recentes servirem de referência, as células de combustível de hidrogênio estão se recuperando.
Aqui estão algumas diferenças importantes que diferenciam as duas tecnologias.
1. Expectativa de vida
As células de combustível de hidrogênio duram mais do que as baterias de íons de lítio. Na verdade, desde que haja um suprimento pronto de hidrogênio disponível, você pode gerar eletricidade ilimitada a qualquer hora e em qualquer lugar. As baterias de lítio, no entanto, degradam com o tempo e precisam ser substituídas.
2. Impacto ambiental
Tanto as baterias de íons de lítio quanto as células de combustível de hidrogênio são emissoras de carbono zero e, portanto, os gadgets, veículos e processos industriais que elas alimentam são vistos como ecologicamente corretos. No entanto, o lítio não aparece magicamente do nada. É um recurso natural em esgotamento que precisa ser minerado, o que, é claro, vem com sua parcela justa de emissões de carbono.
Mesmo em células de combustível de hidrogênio, há um desafio em obter hidrogênio, que atualmente é produzido principalmente a partir de gás natural, carvão e petróleo. No entanto, usar eletricidade renovável para produzir hidrogênio verde por eletrólise pode reduzir significativamente sua pegada ecológica.
3. Densidade de armazenamento de energia e autonomia de condução
Quando se trata de densidade de armazenamento de energia, as células de combustível de hidrogênio têm a vantagem. Enquanto um quilo de células de combustível de hidrogênio pode embalar 39,6 kWh, uma bateria pode armazenar apenas 0,15-0,25 kWh por quilo. Juntamente com o fato de que as células de combustível são mais leves e menores do que as baterias de íons de lítio de alta carga, isso se traduz em maiores alcances de direção, especialmente para veículos pesados que cobrem longas distâncias.
De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, uma bateria de íons de lítio pode alimentar um carro por até 100 milhas com uma única carga. Por outro lado, a maioria dos veículos com célula de combustível de hidrogênio pode fornecer uma autonomia de mais de 300 milhas.
4. Hora de reabastecer/recarregar
Um veículo elétrico movido a bateria (BCEV) típico pode levar de 8 a 10 horas para recarregar, dependendo de quão descarregado ele estiver. Embora alguns carregadores rápidos DC potentes possam restaurar a carga em 30 minutos. Mas quanto mais rápida a taxa de carregamento, maior a perda de energia. De acordo com a ADAC, a principal associação automobilística da Europa, os carregadores rápidos podem levar a uma perda de energia de até 25%.
Carros movidos a célula de combustível de hidrogênio demoram tanto para reabastecer? Não, é muito mais rápido, e um veículo elétrico de célula de combustível (FCEV) típico pode estar instalado e funcionando em menos de 4 minutos. Reabastecer um carro movido a hidrogênio é tão simples e descomplicado quanto um veículo movido a gás. O único problema é o número relativamente baixo de estações de reabastecimento de hidrogênio, que devem aumentar em breve.
5. Eficiência
Nenhum sistema é 100% eficiente em termos de energia. No entanto, as baterias de íons de lítio se saem muito bem nesse departamento, convertendo perto de 77% da energia da rede para o veículo. Em comparação, os carros movidos a gasolina convertem apenas cerca de 12%-30% da energia do gás para movimentar as rodas.
Comparado aos BCEVs, o hidrogênio fica um pouco para trás em termos de eficiência. Vemos dois tipos de veículos movidos a hidrogênio nas estradas hoje: aqueles movidos por células de combustível que funcionam exatamente como BCEVs e veículos de combustão de hidrogênio que produzem força automotiva direta como carros a gasolina. Apesar de serem tecnologias baseadas em hidrogênio, ambos variam drasticamente em eficiência.
Motores de combustão interna H2 têm uma eficiência de 25%-30%, o que significa que uma parte significativa do hidrogênio é perdida no processo de conversão de energia. Enquanto isso, células de combustível utilizam hidrogênio com uma eficiência muito maior de 60%, embora ainda menor do que baterias de íons de lítio.
6.Infraestrutura
Os BCEVs globais registraram enormes 10 milhões de unidades em vendas em 2022. Claramente, eles já estão colhendo economias de escala. A escala de infraestrutura também está em sintonia com a produção e a demanda crescentes. Por exemplo, há 50.000 estações de carregamento públicas e 130.000 portas de carregamento nos EUA
Em comparação, as estações de reabastecimento de hidrogênio ficaram em insignificantes 60, das quais 59 estão concentradas na Califórnia e uma no Havaí. A lacuna de infraestrutura entre as duas tecnologias é espantosa, principalmente devido aos desafios em torno da disponibilidade de hidrogênio e sua distribuição.
A boa notícia é que, com a crescente adoção da tecnologia de células de combustível, pesquisas estão em andamento para um sistema seguro e robusto para o transporte, armazenamento e manuseio de H2 para reabastecer células de combustível. O futuro parece promissor, com o número de postos de abastecimento nos EUA definido para aumentar para 4300 até 2030 e muitas nações da UE planejando instalar um posto de combustível de hidrogênio a cada 200 km ao longo de rotas importantes.
O Caminho à Frente: Por que Precisamos de Ambas as Tecnologias para um Futuro Sustentável
Ao que parece, não há um vencedor claro aqui, e ambos têm seus prós e contras. No entanto, não importa o quão promissora, uma tecnologia sozinha não pode fazer todo o trabalho pesado para afastar uma economia de alto carbono. Há um lugar para baterias de íons de lítio e células de combustível de hidrogênio, dependendo do uso final da aplicação.
O lítio é altamente eficiente em termos de energia e apoiado por uma infraestrutura de carregamento em rápido crescimento, mas tem baixa densidade de energia e leva mais tempo para recarregar, tornando-o mais adequado para carros menores do que veículos grandes. Enquanto isso, o hidrogênio é ideal para alimentar equipamentos industriais e de longa distância devido à sua densidade de energia incrivelmente alta, capacidades de carregamento rápido e melhor alcance.
Há algumas coisas que estão no caminho e precisam ser tratadas com prioridade: aumentar a produção de hidrogênio verde, postos de abastecimento e sistemas seguros de armazenamento e transporte, enquanto o lítio precisa ser obtido de forma mais sustentável e ética do que é agora.
Pensamentos finais
Apesar dos desafios, a esperança está depositada nessas duas tecnologias como aliadas complementares. Há muita P&D acontecendo em torno de arranjos de propulsão híbrida alimentados por células de combustível e baterias. Em 2022, uma gigante da mineração sediada no Reino Unido, a Anglo American, lançou um protótipo de seu primeiro caminhão híbrido de longa distância alimentado por uma bateria de 1,2 MWh e múltiplas células de combustível.
Com soluções de próxima geração cada vez mais baseadas em hidrogênio e baterias, há uma necessidade de tecnologia de detecção confiável e sensível para otimizar o desempenho e a segurança do veículo ou equipamento. É aí que entramos.
Com 21 sentidos, nossos sensores são compactos, feitos de forma robusta e funcionam com precisão excepcional para monitorar o hidrogênio mesmo nas condições mais adversas. Clique aqui para entrar em contato conosco hoje mesmo.
