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segunda-feira, 22 de setembro de 2014

A Bateria de Fluxo nanoFLOWCELL® e o VE Superesportivo Quant e-Sportlimousine


A maior novidade do mundo dos VEs ou, melhor dizendo, para o mundo dos VEs, não vem de nenhuma das empresas já bastante conhecidas, e que já estão empreendendo comercialmente nesta área mas, sim, de um empreendimento totalmente novo e absolutamente desafiador: a empresa com sede na Suíça (mas registrada em Liechtenstein) criada pelo empresário cientista Nunzio La Vecchia, NANO FLOWCELL AG obteve recentemente em Munique, na Alemanha, a autorização para começar a testar o VE denominado Quant e-Sportlimousine nas ruas e rodovias da Europa.

Mas o que há de novo e realmente importante no conceito desse “carrão”, literalmente, que mede 5,25 m de comprimento, 2,20 metros de largura, 1,35 metro de altura (e, com isso, supera a versão de chassis longo do mais recente Mercedes-Benz Classe S), além de pesar 2.300 kg, e cuja unidade está prevista a ser orçada para cerca de 4 vezes o preço do modelo mais luxuoso dos possantes VEs da Tesla Motors? (nem preciso dizer que isso é perto de R$ 1.000.000)

A resposta é: o seu sistema embarcado de armazenamento de energia elétrica. Sim, a designação que eu preciso empregar, agora, tem que ser assim mesmo, mais genérica e menos específica, justamente para poder abrigar a nova tecnologia da NANO FLOWCELL AG em armazenamento de energia elétrica. Muito mais do que o protótipo deste VE, em si, é a tecnologia de Célula de Fluxo (ou Bateria de Fluxo) que merece a maior atenção real.

A nova tecnologia, apesar de ser baseada na química da combinação de lítio (Li) e enxofre (S), não se trata, exatamente, de um pacote de bateria composto de células que armazenam energia elétrica recarregável por meio da eletroquímica do lítio, como aqueles que são empregado na grande maioria dos VEs atuais. No entanto, tão pouco, ela se trata, especificamente, de uma pilha de células de combustível, que produz energia elétrica, pela conversão a partir da combustão a frio do hidrogênio (H) combinado com oxigênio (O), como aquela que move, por exemplo, um Honda FCX Clarity.

Uma bateria de fluxo típico consiste de dois tanques de líquidos que
são bombeados passado uma membrana realizada entre dois eletrodos.
A base da tecnologia da “bateria” da NANO FLOWCELL é a de Célula de Fluxo: uma bateria química que combina os aspectos de uma célula eletroquímica acumuladora, com os de uma célula de combustível e, segundo a própria empresa desenvolvedora, esta tecnologia é um farol de esperança, porque é um meio de armazenamento especialmente simples e eficaz para a energia elétrica.

A verdade é que, até agora, as leis da física têm mantido a porta de resultados práticos fechada para a maioria dos esforços de se criar um método simples e verdadeiramente eficiente para armazenamento de energia elétrica. Apesar de a energia elétrica ser a forma de energia que mais fácil e eficientemente pode ser convertida para outras formas de energia, ela continua, por uma série de razões, sendo difícil para ser armazenada.

Alguns, estranhamente, classificam uma Bateria de Fluxo como uma Célula de Combustível Recarregável, mas o fato é que nelas um eletrólito contendo um ou mais elementos eletroativos dissolvidos flui através de uma célula eletroquímica, que converte energia química reversível diretamente em energia elétrica. Em outras palavras, uma bateria de fluxo é como uma célula eletroquímica, com a excepção de que a solução iônica (eletrólito) não está armazenado na célula em torno dos eletrodos. Em vez disso, a solução iônica é armazenada no exterior, fora da célula, e pode ser alimentada, por bombeamento, para dentro da célula, a fim de gerar eletricidade.

Assim, quantidade total de energia que pode ser gerada não depende do tamanho da célula, mas, sim,. depende do tamanho dos tanques de armazenamento. Contudo, a potência, está sim permanece associada à área da superfície dos eléctrodos da célula.

A célula de fluxo pode vir a ser primeira tecnologia que poderá atingir armazenar, de forma eficiente, quantidades significativas de energia (densidade elevada de energia) e oferecer disponibilidade da energia convertida em tempo rápido. Até agora, outras células de fluxo com base em Princípios Redox têm sido, não apenas demasiadamente pesadas mas, também as suas taxas de conversão de energia correspondendo a um processo demasiadamente lento para uso em aplicações móveis.

Baseada em uma tecnologia realmente nova, anunciada em 2014, sob a designação comercial nanoFLOWCELL®, que utiliza química de lítio e de enxofre, dispostos numa rede de nanopartículas, onde eletrólitos líquidos circulam por duas células separadas, nas quais a "queima a frio" (semelhante à que ocorre nas células de combustível) tem lugar, durante a qual os processos de oxidação e redução ocorrem concomitantemente, produzindo, assim, energia elétrica.

O eletrólito líquido, o qual é mantido em dois tanques (200 litros cada um) e bombeado através da célula. No coração do sistema, espremida entre os eletrodos, está uma membrana que separa as duas químicas diferentes. Uma troca controlada de cargas libera energia elétrica que é usada para alimentar os motores elétricos.

As melhorias que resultaram num grande aumento de desempenho em relação às tecnologias de célula de fluxo anteriores são o resultado de pesquisas sobre a química quântica de fluidos eletrolíticos, que propiciou obter uma concentração extremamente elevada de portadores de cargas iônicas no eletrólito da célula de fluxo, permitindo atingir uma elevada densidade de energia.

A energia elétrica produzida pode servir para vários fins mas, parece que está sendo visada, neste primeiro momento, principalmente, para alimentar o sistema de transmissão de um portentoso VE, que foi apresentado desde o último mês de Março, durante o Salão do Automóvel de Genebra, Suíça: o Quant e-Sportlimousine.



Segundo a empresa desenvolvedora, a nanoFLOWCELL® é extremamente estável, segura de operar, e ambientalmente amigável, além de o meio de armazenamento de energia eletrolítico não se degradar e não sofrer desgastes, o que se traduz que, supostamente, está bateria de célula de fluxo deve ser, também, bastante durável.

Entretanto, ao que parece, a maior vantagem desta bateria de célula de fluxo atual está em sua densidade de energia: A nanoFLOWCELL® tem 5 vezes mais densidade de energia do que as tecnologias de células de fluxo anteriores e, com isso, que pode conduzir um VE por cerca de 5 vezes mais autonomia de rodagem do que a tecnologia de bateria de íons de lítio, que alimenta a maioria dos carros elétricos de hoje.

Com ambos tanques cheios de eletrólito carregado (400 litros no total), o QUANT e-Sportlimousine retorna uma autonomia projetada entre 400 e 600 km (249-373 milhas).

Sistema de transmissão do VE Quant e-Sportlimousine:
Nos dois tanques de 200 litros (total de 400 litros), o electrólito líquido
é armazenado no túnel central traseiro do veículo. 
Além disso, recarregá-lo não leva tanto tempo e, ao contrário do que muitos leigos estão a devanear, não é necessária nenhuma recarga conectada a fonte de energia elétrica, pois, tal qual uma célula de combustível que consome o hidrogênio do tanque, a bateria de fluxo NanoFlowcell consome a carga do eletrólito que se encontra no tanque.

Assim, a princípio, é necessária apenas a troca do eletrólito líquido desgastado (que pode ser descarregado fora do veículo), e substituído por um fluido novo, carregado. Um problema com este sistema parece ser justamente com relação a este combustível líquido, pois a imaginação criativa das pessoas já vem criando o mito que se trata apenas de simples água salgada, mas não é.

Todavia, a NanoFlowcell afirma que o eletrólito especial não contém quaisquer componentes prejudiciais ao meio ambiente, além de apontar que ele é composto de várias substâncias não tóxicas e que, "se for suficientemente diluído, poderá mesmo ser eliminados através de plantas normais de tratamento de esgoto”.

Isso também sugere que o tal eletrolito provavelmente não possa (ou que não exista interesse) dele vir a ser reciclado (e recarregado) para voltar a ser utilizado. No entanto, se confirmada, a alta eficiência e sustentabilidade ambiental do nanoFLOWCELL®, isso poderá abrir novos e interessantes horizontes em muitas áreas, além dos VEs, como por exemplo:
  • Para a indústria aeroespacial, que está à procura de tecnologias alternativa de bateria de bordo;
  • Para a indústria de transporte ferroviário, que está em busca de novas formas de economizar energia.
A NANO FLOWCELL AG alega que células de fluxo já estão em uso doméstico, e que o nanoFLOWCELL® poderia cobrir as necessidades de energia para casas individuais, e até mesmo para cidades inteiras.

Quando dissemos que a nanoFLOWCELL® tem 5 vezes mais densidade de energia do que as tecnologias de células de fluxo anteriores, significa que a tecnologia geral das células de fluxo não é coisa nova, mas advém de outras pesquisas tão antigas quanto as que foram realizadas pela NASA no final da década de 1970, com células de combustível regenerativas (reversíveis) para emprego nos protótipos do satélite de pesquisa atmosférica Helios.

O que é novo, na nanoFLOWCELL® é justamente, a aplicação da nanotecnologia no desenvolvimento dos elementos, associada, também, a escolha da eletroquímica do lítio (Li) combinado ao enxofre (S). Em virtude do baixo peso atômico de lítio e peso moderado de enxofre, as baterias Li-S são relativamente leves e notáveis por sua alta densidade de energia, além de propiciar redução de custos com o uso de enxofre.


A química do lítio enxofre, quando dispostos numa rede de nanopartículas, tal qual foi aplicado para a nanoFLOWCELL®, segundo a empresa, elimina a exigência de que as cargas se movimentem para dentro e para fora de partículas que estão em contato direto com uma placa condutora, fato que ocorria com as baterias de fluxo de tecnologias anteriores. Em vez disso, a rede de nanopartículas permite que a corrente elétrica flua através do líquido e, ao que tudo indica, este é o diferencial que permite que mais energia ainda seja extraída.



Quanto ao protótipo do VE em testes, em agosto de 2014, o Quant e-Sportlimousine foi aprovado para testes em estradas públicas, utilizando o sistema nanoFLOWCELL® com uma densidade de energia alegada de 600 W.h por quilograma (ou por litro de eletrólito aquoso salgado).

Uma coisa que me parece clara quanto ao Quant e-Sportlimousine é que ele está sendo pensado como um carro para ser um VE da classe superesportivo, feito totalmente fora de série, como algo do tipo para competir com as versões do Bugatti Veyron, e de alguns outros superesportivos fora de série assemelhados. 

Para isso, este VE conta com quatro motores elétricos de fluxo axial, de 227 CV de potência cada um, um para cada roda, com um pico de torque alucinante de 2900N.m x 4.

Embora tenha 908 CV (668 kW) combinados no total, por motivos de segurança sua potência operacional máxima é bloqueado em 644 CV (474 kW) e, ainda assim (e apesar de seu peso de mais de 2 toneladas), o VE vai de 0 a 100 km/h em meros 2,8 segundos, sendo capaz de atingir a velocidade máxima de 378 km/h.

Ele deverá ser, também, o veículo de apenas quatro lugares (motorista + passageiros) mais pesado do mundo, com seus 2.300 kg (quase relativamente, tão horrivelmente pesado, quanto a própria Homepage do site da empresa). Mas creio que é bem isso mesmo que uma limousine esportiva deva ser.



O Quant e-Sportlimousine se apresenta com muito luxo e sofisticação em todos os detalhes, com acabamento em madeira, cobre e couro, e se destaca por seu design arrojado, com especial atenção para as portas no formato “asas de gaivota” mas, nem por esse detalhe, ele poderá estar em competição direta de mercado com outro VE esportivo de luxo, o Tesla Modelo X, que chegando às ruas somente no segundo semestre de 2015, deverá custar bem menos de 1/3 do preço previsto para o Quant e-Sportlimousine.

De qualquer modo, ele é um VE e, só por isso, terá sempre espaço aqui. Vale lembrar, ainda, que a NANO FLOWCELL AG conseguiu a proeza de, desde Fevereiro de 2014, atrair a Bosch Engineering GmbH para a parceria no projeto de todo o sistema eletroeletrônico do Quant e-Sportlimousine com o sistema nanoFLOWCELL®, visando, ainda, a facilitação para a homologação do protótipo do carro em um produto comercializável.

A Bosch Engineering GmbH é uma subsidiária integrante do grupo Robert Bosch GmbH, um dos mais respeitáveis do mundo, com sede em Abstatt, Alemanha. Desde 1999, a Bosch Engineering GmbH, com mais de 1850 funcionários em todo o mundo (1600 somente na Alemanha), vem oferecendo serviços de engenharia para aplicações automotivas, industriais e marítimos, transportes ferroviários e veículos comerciais, aplicações fora de estrada, bem como motocross – independente dos números reais de produção necessários.



Enquanto isso, mundo afora, outras tecnologias de baterias de fluxo também vão sendo investigadas e desenvolvidas, visando aprimoramentos, além daquela que é a mais tradicional, denominada Célula Redox (por causa das reações de redução-oxidação), aonde a tecnologia da nanoFLOWCELL® pode, muito bem, ser classificada, apesar da notória diferenciação que é provida pelo emprego de nanotecnologia, tais como, brevemente resumidas:
  • Híbrida: A bateria de fluxo híbrida utiliza um ou mais componentes depositados eletroativos, como uma camada sólida. Neste caso, a célula eletroquímica contém um eletrodo de bateria e um eletrodo de célula de combustível. Este tipo é limitado, em energia, por área da superfície do eletrodo. As baterias de fluxo híbridas incluem baterias de fluxo com base no zinco, no bromo, no zinco cério e de chumbo ácido;
  • Sem Membrana: As membranas são, muitas vezes, não apenas o componente mais caro, como, também, e o componente mais inconfiável de baterias de fluxo, na medida em que eles podem se corroer com a exposição repetida a determinados reagentes. Esta bateria utiliza um fenômeno chamado de fluxo laminar. em que dois líquidos são bombeados através de um canal. O projeto utiliza um pequeno canal entre dois eletrodos, e os líquidos bombeados sofrem reações eletroquímicas para liberam energia, enquanto o fluxo separa, naturalmente, os líquidos, eliminando a necessidade de uma membrana;
  • Orgânica: utiliza 9,10-antraquinona-2,7-ácido dissulfônico (AQDS), uma quinona, como um transportador de carga em baterias de fluxo livre de metal. Cada uma das moléculas à base de carbono possui duas unidades de carga eléctrica, em comparação com uma unidade existente no caso de baterias de fluxo convencionais, o que significa que a bateria pode armazenar o dobro da energia para um determinado volume;
  • Metal Hidreto: Baterias de fluxo de prótons integram um eletrodo de armazenamento de hidreto metálico, em uma membrana de troca de prótons (PEM) reversível de célula de combustível. Durante o carregamento, esta bateria de fluxo combina íons de hidrogênio produzidos a partir da divisão da água com elétrons e partículas de metal em um eletrodo de uma célula de combustível e a energia é armazenada sob a forma de um hidreto de metal em estado sólido, com a descarga produzindo eletricidade e de água,  quando o processo é invertido e os prótons são combinados com o oxigênio do ambiente.
Apenas como uma curiosidade final, Liechtenstein, o minúsculo principado onde é registrada a NANO FLOWCELL AG, encravado nos Alpes entre a Áustria, a leste, e a Suíça a oeste (cuidado para não confundir com Lichtenstein, um município da Alemanha, no distrito de Reutlingen), se diferencia de Alemanha e Áustria por ser um microestado, considerado um dos mais ricos do mundo e, constantemente, citado como um local onde a prática de lavagem de dinheiro (ou branqueamento de capitais) é frequente. Mas credite: Apesar de não parecer, eu torço, realmente, para que a o negócio da NANO FLOWCELL AG seja sério e dê certo, muito certo!.

Veja Também:



A JAC Motors, o Brasil e os Veículos Elétricos


2014, The Quant e Was Certified by the German TÜV

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