BMW Fields Piloto Frota de Veículos com Célula de Combustível de Hidrogênio - The Detroit Bureau

BMW é testando em campo o iX5 Hydrogen versão do SUV iX, alimentada por uma célula de combustível de membrana de troca de prótons que fornece eletricidade diretamente aos motores EV. 

O Grupo BMW recebe suas células de combustível individuais da Toyota Motor Corp. e bombas de ar da Garrett Motion como parte de uma parceria para desenvolver acionamentos de células de combustível. A Toyota já comercializou um veículo de célula de combustível de produção, o Mirai, em mercados selecionados desde 2014. 

Utilizando as células Toyota, o Grupo BMW está a produzir sistemas de células de combustível altamente eficientes no seu “centro de excelência” para hidrogénio, com sede em Munique. A tecnologia do sistema de célula de combustível é um dos componentes mais importantes do BMW iX5 Hydrogen e a BMW acredita que este trabalho influenciará a transformação de todo o setor da mobilidade. 

“O hidrogénio é a peça que falta no puzzle quando se trata de mobilidade sem emissões. Uma tecnologia por si só não será suficiente para permitir uma mobilidade climaticamente neutra em todo o mundo”, afirmou Oliver Zipse, presidente do conselho de administração da BMW AG. 

Como funciona uma célula de combustível PEM

Uma célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEM) é um gerador simples de estado sólido. Dentro da célula existem duas placas separadas por uma membrana permeável. As placas são ranhuradas para facilitar o fluxo de gás e revestidas com metal condutor. O sistema direciona o hidrogênio comprimido de um lado da membrana e o ar atmosférico comprimido do outro. 

A membrana permite que os átomos de hidrogênio atravessem, mas retira os elétrons dos átomos de hidrogênio à medida que eles passam. Os elétrons viajam através dos condutores até o outro lado da célula, criando corrente elétrica. 

Uma vez atravessada a membrana, o átomo de hidrogênio se liga ao oxigênio do ar atmosférico para criar água, e o átomo recupera um elétron. Assim, a saída da célula de combustível é simplesmente água pura e eletricidade. 

Existem dois estágios na produção de células de combustível: primeiro, as células de combustível individuais são empilhadas para criar uma pilha de células de combustível. Então, todos os outros componentes são montados para formar um sistema completo de célula de combustível. O Grupo BMW desenvolveu componentes especiais de hidrogênio para o novo sistema de célula de combustível. Isso inclui trabalhar com Garrett para produzir um compressor de alta rotação para empurrar o ar atmosférico normal através da célula de combustível. 

“O hidrogénio é uma fonte de energia versátil que tem um papel fundamental a desempenhar no processo de transição energética e, portanto, na proteção climática. Afinal, é uma das formas mais eficientes de armazenar e transportar energias renováveis. Deveríamos utilizar este potencial para acelerar também a transformação do setor da mobilidade”, afirma Zipse. 

O desafio do sistema de células de combustível é que, embora seja o elemento mais comum no universo, os átomos de hidrogénio livres são raros na Terra devido à sua propensão para se ligarem aos átomos de oxigénio para formar água. Embora o planeta tenha literalmente oceanos de hidrogénio e oxigénio, é necessária mais energia para separar essas moléculas do que podemos recuperar através de uma célula de combustível. 

No entanto, as mudanças nas políticas globais, os avanços na tecnologia das células de combustível e as regulamentações de emissões mais rigorosas contribuíram para o interesse crescente nos veículos eléctricos movidos a hidrogénio. De acordo com o Hydrogen Council, mais de 500 mil milhões de dólares em novos projetos de hidrogénio foram financiados apenas nos últimos dois anos.

Sistema de célula de combustível da BMW

O hidrogênio gasoso necessário para abastecer a célula de combustível da BMW é armazenado em dois tanques de 700 bar feitos de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP). Juntos, eles armazenam seis quilogramas de hidrogênio, dando ao BMW iX5 Hydrogen um alcance de 313 milhas, como medido no ciclo WLTP. O reabastecimento dos tanques de hidrogênio leva apenas três a quatro minutos usando os atuais sistemas de reabastecimento de hidrogênio, disponíveis no sul da Califórnia. 

Durante a operação, o hidrogênio já está comprimido nos tanques, enquanto o componente de ar é comprimido pela nova geração do compressor modular de célula de combustível da Garrett para veículos elétricos com célula de combustível de hidrogênio.

“Nos últimos quatro anos, temos trabalhado em estreita colaboração com o BMW Group para desenvolver um compressor avançado de célula de combustível de hidrogênio adaptado às suas necessidades exatas. Este esforço culminará em um teste aprofundado na estrada ainda este ano”, disse Craig Balis, vice-presidente e diretor de tecnologia da Garrett.

Num veículo com célula de combustível, a quantidade de eletricidade gerada é baseada nas necessidades de cada momento. Você pode considerá-lo comparável à gasolina nesse aspecto. Quando você pressiona o pedal do acelerador, o sistema exige mais eletricidade e as células de combustível respondem. O compressor de ar elétrico de alto desempenho da Garrett fornece o fluxo de ar variável necessário para otimizar a densidade de potência e a produção do sistema de célula de combustível a cada momento. 

Especificamente para esta aplicação, um novo expansor de turbina, projetado para recuperar a energia residual da saída da pilha de células a combustível, permite uma redução de até 20% no consumo de eletricidade para compressão de ar, quando comparado aos compressores convencionais de células a combustível. Os compressores de célula de combustível elétricos modulares e de alto desempenho da Garrett contam com a experiência em turbo aerodinâmica da empresa e operam acima das velocidades padrão da indústria, além de 150,000 rpm.

“Garrett é pioneiro na tecnologia de compressores elétricos de célula de combustível a hidrogênio, com anos de experiência comprovada em produção e experiência na estrada. A próxima geração baseia-se num legado de design e engenharia inovadores, incluindo o nosso próprio motor eléctrico de alta velocidade, electrónica de potência e controlos avançados”, disse Balis.

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• Fonte: https://www.thedetroitbureau.com/2023/06/bmw-fields-pilot-fleet-of-hydrogen-fuel-cell-vehicles/