Cartuchos de Hidrogênio Portáteis Realçam o Apelo dos FCEVs

Os veículos elétricos (EVs) são a grande tendência atualmente. Com a popularidade e adoção dos EVs aumentando rapidamente em todo o mundo, projeta‑se que eles terão um volume de mercado de $1,084 bilhões antes que a década termine.

2021 foi um grande ano para as vendas de EVs, pois dobraram em relação a 2020, chegando a 6.75 million, e ultrapassaram 10 milhões em 2022. Enquanto isso, as vendas unitárias de EVs devem alcançar 18.84 million de veículos até 2029.

Os veículos EV, ao contrário dos motores de combustão interna alimentados por gasolina convencionais, utilizam motores elétricos e baterias recarregáveis para se mover.

Na verdade, existem vários tipos: EVs a bateria, que são totalmente alimentados por um conjunto de baterias recarregáveis; EVs híbridos plug‑in, que utilizam tanto motores a gasolina tradicionais quanto um motor elétrico que pode ser recarregado a partir de uma fonte externa; EVs híbridos, que possuem um motor alimentado por bateria além de um motor de combustão interna, e EVs de célula de combustível que utilizam hidrogênio para alimentar o motor elétrico.

Assim como todos os EVs, os veículos elétricos de célula de combustível (FCEVs) também utilizam eletricidade para alimentar um motor elétrico, mas em vez de usar uma bateria para fornec‑la, os FCEVs produzem eletricidade usando uma célula de combustível alimentada por hidrogênio.

O funcionamento dos FCEVs baseia‑se em uma célula de combustível que possui dois eletrodos — um ânodo, que é o eletrodo negativo, e um cátodo, que é o eletrodo positivo. Ambos ficam entrelaçados ao redor de um eletrólito. Um combustível como o hidrogênio é então introduzido no ânodo, enquanto o ar é fornecido ao cátodo.

Agora, no ânodo, um catalisador é usado para dividir as moléculas de hidrogênio em elétrons e prótons.

Um catalisador é usado para acelerar a reação química, e os cientistas têm buscado um catalisador que reduza o custo de produção das células de combustível de hidrogênio. O platina é o catalisador mais comum, seguido por outros como níquel, paládio e ferro.

Nas células de combustível de hidrogênio, os elétrons percorrem um circuito externo para gerar eletricidade, enquanto os prótons passam pelo cátodo, onde se unem ao oxigênio e aos elétrons para produzir água e calor. Dessa forma, uma célula de combustível funciona como um conversor de energia, ao contrário de uma bateria, que é um dispositivo de armazenamento.

Clique aqui para saber por que os veículos elétricos de célula de combustível são o modo de transporte do futuro.

Hydrogen Fuel Cells: A Sustainable Future for Vehicles

Uma célula de combustível basicamente usa a energia química de combustíveis como o hidrogênio para produzir eletricidade de forma eficiente e limpa. O hidrogênio é o elemento mais leve, que libera abundante energia ao reagir com oxigênio e produz apenas água.

O gás invisível tem sido proclamado como um combustível limpo do futuro. O Hydrogen Council, uma iniciativa global com membros das principais empresas de energia, transporte e indústria, vê o hidrogênio não apenas como um propulsor sustentável para veículos no futuro, mas também como uma fonte de energia limpa para aquecimento e eletricidade.

Entretanto, nem todo hidrogênio é limpo. O hidrogênio “verde” de emissão zero realmente provém da eletrólise, onde a água é dividida em hidrogênio e oxigênio usando eletricidade limpa.

Usando hidrogênio limpo, as células de combustível podem alcançar emissões baixas ou zero e ajudar a enfrentar os desafios climáticos. Como as células de combustível de hidrogênio não produzem emissões nocivas, eliminam os custos associados ao manuseio e armazenamento de materiais tóxicos. Além disso, operam silenciosamente e não liberam poluentes atmosféricos que contribuem para problemas de saúde.

As células de combustível, comparadas a baterias e geradores de combustão interna, também economizam dinheiro ao eliminar a necessidade de trocar, carregar e gerenciar baterias. Manutenção simples e menos visitas ao local reduzem ainda mais os custos operacionais.

Em comparação com tecnologias tradicionais baseadas em combustão, as células de combustível também operam com maior eficiência. É ao converter a energia química do combustível diretamente em energia elétrica que as células de combustível conseguem alcançar altas eficiências.

De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, a eficiência energética das células de combustível de hidrogênio varia entre 40%‑60%, comparada aos 25% de um motor de combustão interna típico de um carro.

Além disso, os carros a hidrogênio oferecem uma experiência de condução semelhante à dos carros elétricos, e levam pouco tempo para reabastecer seus tanques de hidrogênio. Eles também têm autonomia semelhante a outros veículos elétricos que possuem grandes baterias. Isso traz a disponibilidade e flexibilidade dos FCEVs ao nível dos carros convencionais.

A energia produzida pelas células de combustível de hidrogênio pode realmente ser usada para alimentar desde drones e veículos comerciais até edifícios industriais, comerciais e residenciais. E como uma fonte de energia alternativa confiável e limpa, essa tecnologia tem visto um número crescente de aplicações.

Se analisarmos as estatísticas sobre veículos elétricos de célula de combustível (FCEVs), eles registraram um aumento de 40% em 2022 em relação ao ano anterior, com mais de 72.000 FCEVs relatados nas estradas do mundo, conforme o novo relatório Global EV Outlook 2023 da Agência Internacional de Energia (IEA).

Entretanto, as vendas globais caíram mais de 30% em 2023, com apenas 14.451 veículos de célula de combustível vendidos mundialmente em 2023, comparado a 20.704 em 2022. Essa queda foi impulsionada pela Coreia do Sul, onde as vendas de FCEV caíram até 55,2%.

Enquanto isso, a China registrou um crescimento modesto e se tornou o maior mercado de FCEV do mundo, segundo a consultoria coreana SNE Research.

O governo chinês está realmente pretendendo construir pelo menos 1.200 estações de reabastecimento de hidrogênio em todo o país até o próximo ano, o que ajudaria a manter sua liderança, assim como o país domina o setor de EVs. A China produz quase two-thirds dos EVs mundiais e mais de três quartos das baterias de EV.

O Observatório Europeu de Hidrogênio, por sua vez, relatou que a Alemanha teve o maior número de registros e frotas de FCEV em 2023, seguida pela França.

Quanto aos tipos de veículos, os automóveis de passageiros são os FCEVs mais registrados e têm apresentado o maior aumento de atividade nos últimos anos. Ônibus e caminhões FCEV também estão se tornando mais comuns, com 464 ônibus e 215 caminhões em 2023.

Os Desafios dos Veículos Elétricos de Célula de Combustível

A Agência Internacional de Energia acredita que o hidrogênio representará 16% do transporte rodoviário em 2050.

A infraestrutura, porém, apresenta um problema, pois o hidrogênio é reabastecido por meio de bombas especiais. Por exemplo, há apenas 178 estações de abastecimento de hidrogênio na Europa, e metade delas está apenas na Alemanha. No Reino Unido, existem cerca de nove estações de hidrogênio comparadas a 31.000 locais de carregamento público.

Dito isso, a infraestrutura está se expandindo lentamente. Além disso, uma infraestrutura com estações de carregamento elétrico e reabastecimento de hidrogênio mostrou ser mais barata do que uma infraestrutura de carregamento puramente elétrica.

O custo é outro fator que limita a adoção de carros a hidrogênio. Os poucos modelos alimentados por célula de combustível atualmente disponíveis no mercado custam mais do que os EVs com baterias ou motores de combustão interna.

Uma das razões para os carros a hidrogênio serem mais caros é o custo do platina, que atua como catalisador. Contudo, a quantidade de metal precioso necessária para as células de combustível automotivas foi reduzida significativamente, e os cientistas também buscam alternativas mais econômicas.

Quanto ao custo do combustível, ele é aproximadamente o mesmo dos veículos de combustão e espera‑se que diminua à medida que a produção de hidrogênio aumente globalmente, o que está sendo previsto.

Atualmente, muitas das principais montadoras esperam que o hidrogênio substitua a bateria como a tecnologia preferida para alcançar emissões zero.

Isso inclui Oliver Zipse, CEO da BMW, que chamou o hidrogênio de “a peça que falta no quebra‑cabeça quando se trata de mobilidade livre de emissões”. Embora o fabricante alemão esteja fortemente investido em tecnologia de baterias, ele também tem um carro BMW iX5 Hydrogen com célula de combustível em testes, que utiliza células de combustível da Toyota.

O fabricante automotivo não vê os FCEVs como concorrentes dos carros elétricos alimentados por bateria; ao contrário, vê‑os como complementares.

“Uma única tecnologia não será suficiente para viabilizar a mobilidade climáticamente neutra em todo o mundo.”

– Zipse disse no ano passado

De acordo com a empresa, os veículos a hidrogênio serão uma solução adequada para quem precisa de alta flexibilidade e viaja muito. A BMW também está explorando a utilização da tecnologia de hidrogênio na produção e logística.

O Toyota (TM ) Akio Toyoda é outro grande defensor das células de combustível de hidrogênio, que disse no mês passado que acredita que a participação dos carros a bateria atingirá o pico de 30% enquanto o hidrogênio, junto com os motores de combustão tradicionais, comporá o restante.

O principal fabricante automotivo tem o Mirai como seu carro movido a hidrogênio, que está amplamente disponível ao público.

Apesar de todo o interesse e desenvolvimento, outro problema dos FCEVs é o acesso fácil ao hidrogênio limpo. A Toyota também reconheceu que o hidrogênio nos carros até agora “não foi bem‑sucedido” devido à falta de abastecimento, segundo seu chefe técnico, Hiroki Nakajima.

No entanto, as coisas podem estar prestes a mudar, já que a Toyota revela suas baterias de célula de combustível de hidrogênio inovadoras que podem ser trocadas.

Inovação da Toyota: Cartuchos de Hidrogênio Portáteis

Na Japan Mobility Show Bizweek 2024, Toyota Motor Corp (TM ) exibiu seus cartuchos de hidrogênio portáteis ao mundo, e o fabricante automotivo pretende mudar o universo dos FCEVs oferecendo energia intercambiável para esses veículos.

Fonte: Toyota

O evento, realizado de 15 a 18 de outubro no Makuhari Messe, na província de Chiba, conta com a presença de startups de mobilidade que trabalham por um futuro sustentável. No evento, a Toyota exibiu sua tecnologia relacionada à neutralidade de carbono.

A empresa está buscando a neutralidade de carbono por meio de uma abordagem de múltiplas vias, que inclui a realização de uma sociedade de hidrogênio e a gestão de energia renovável. Ambos os esforços ajudam a estabilizar o fornecimento de energia e a reduzir o impacto ambiental.

Os cartuchos de hidrogênio portáteis foram um dos principais desenvolvimentos da Toyota, que tem uma capitalização de mercado de US$ 267,8 bilhões, com ações negociadas a US$ 169,55, queda de 7,54% no ano. A montadora apresentou seu protótipo funcional pela primeira vez em 2022 por meio de sua subsidiária focada em tecnologia de mobilidade, a Woven.

Esses grandes cartuchos de hidrogênio se assemelham a baterias AA de tamanho considerável que você simplesmente conecta ao seu carro para fornecer energia. Quando toda a energia é consumida, você pode trocá‑los por um novo cartucho para manter seus carros e dispositivos em funcionamento.

Mais importante, a Toyota reduziu o tamanho e o peso desses tanques, permitindo que sejam transportados à mão. Anteriormente, esses tanques de hidrogênio eram muito grandes e difíceis de manusear. A empresa afirmou:

“Eles foram projetados para tornar o hidrogênio uma fonte de energia familiar e segura que pode ser usada em diversas situações cotidianas.”

Embora a fabricação de carros a hidrogênio e, consequentemente, seu uso sejam extremamente baixos, agora que a Toyota resolveu um grande problema desses veículos, é possível que os carros a hidrogênio ganhem seu espaço e, com o tempo, até superem os veículos elétricos alimentados por bateria.

Mas isso não é tudo. No evento, a Toyota também exibiu um carro de corrida não‑padrão alimentado por hidrogênio. A empresa começou a competir com seu GR Corolla, que funciona com hidrogênio gasoso, há três anos, e desde o ano passado tem participado de corridas de resistência tanto no Japão quanto no exterior.

Além de incentivar os fabricantes de automóveis a adotarem veículos a hidrogênio, a Toyota planeja diversas outras aplicações para seus cartuchos de hidrogênio portáteis.

Um aspecto interessante desse novo desenvolvimento é que essas células também podem ser usadas para alimentar sua casa. Elas podem até fornecer hidrogênio para queima em cozinhas, para o que a Toyota fez parceria com a Rinnai Corporation e demonstrou um fogão conceitual que faz exatamente isso.

De fato, a Toyota está planejando trabalhar com empresas para colocar seus cartuchos no mercado e encontrar suas diversas aplicações. Em seu comunicado de imprensa oficial, a empresa afirmou:

“(Ela) pretende encontrar sinergias com as tecnologias e ideias de várias empresas e startups sob diversas perspectivas, incluindo tanto a prestação de serviços quanto o desenvolvimento e venda de dispositivos que utilizam cartuchos de hidrogênio portáteis.”

Com essa iniciativa, o fabricante automotivo, que também atua em finanças e outros negócios, “reforçará ainda mais seus esforços para usar cartuchos de hidrogênio portáteis e ajudar a criar uma sociedade de hidrogênio”.

Principais Players no Mercado de Veículos Elétricos de Célula de Combustível

Agora, se analisarmos alguns dos nomes mais proeminentes no setor de Veículos Elétricos de Célula de Combustível (FCEV), a Plug Power (PLUG ) tem estado entre as líderes. A empresa produziu empilhadeiras alimentadas por célula de combustível e expandiu para produção e distribuição de hidrogênio verde, porém suas ações estão atualmente em queda de 54,22% no ano, sendo negociadas a US$ 2.08. Clique aqui para saber tudo sobre investir na Plug Power.

Em seguida, há a Ballard Power Systems (BLDP ), que se concentra em soluções de célula de combustível para ônibus, caminhões e outros veículos pesados. Suas ações também caíram 55,95%, sendo negociadas a US$ 1.66, assim como a Nikola Corporation , cujas ações caíram 83,81%. Sua unidade de negócios de caminhões utiliza tanto tecnologia FCEV quanto BEV.

Agora, vamos analisar mais detalhadamente a empresa cujas ações tiveram bom desempenho este ano.

#1. Cummins Inc.

Com as ações cotadas a US$ 332,68 no momento da redação, as ações da Cummins registraram um aumento de 38,87% este ano. Com isso, a empresa tem uma capitalização de mercado de US$ 45,59 bilhões, EPS (TTM) de 3,79, P/E (TTM) de 24,13, ROE (TTM) de 19,55% e rendimento de dividendos de 2,19%.

Tradicionalmente conhecida por seus motores diesel, a Cummins também fez investimentos significativos em tecnologia de hidrogênio, incluindo células de combustível para veículos comerciais. No segundo trimestre de 2024, a empresa relatou receitas recordes de US$ 8,8 bilhões e lucro líquido de US$ 726 milhões. O EBITDA no trimestre foi 15,3% das vendas, enquanto o EPS diluído foi US$ 5,26.

Por meio da aquisição da Hydrogenics em 2019 por US$ 290 milhões, a Cummins tem avançado com soluções de célula de combustível de hidrogênio para ônibus, caminhões e outros veículos pesados. Em 2023, a empresa também anunciou a compra da participação de 19% da Air Liquide (AIL.DE ) na Hydrogenics, que a Cummins afirmou “reforçar seu compromisso com essas tecnologias e a crescente importância que terão na criação de valor para todas as partes interessadas e na descarbonização do nosso mundo”.

Em 2022, a Cummins começou a fornecer sistemas de célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEM) à Scania, fornecedora mundial líder de caminhões e ônibus para aplicações de transporte pesado, para uso em 20 FCEV. Essa colaboração em hidrogênio começou em 2020, quando quatro caminhões elétricos da Scania, alimentados pelos sistemas de célula de combustível da Cummins, iniciaram operações como parte de um projeto piloto com a maior distribuidora de alimentos da Noruega, a ASKO.

No início deste ano, a empresa anunciou a integração de software avançado e eletrônica em BEVs e FCEVs para otimizar o desempenho, melhorar a segurança e ajudar a tornar as indústrias de transporte mais sustentáveis. O segmento de negócios de emissões zero da Cummins, Accelera, também lançou novas versões de seus motores de célula de combustível de hidrogênio. Os motores FCE300 e FCE150 oferecem durabilidade avançada, eficiência de sistema aprimorada e maior densidade de potência para sistemas maiores.

“Por meio de inovação constante, testes em campo no mundo real e colaboração com clientes e parceiros para adaptar soluções, continuamos a aprimorar nossas tecnologias de próxima geração, ajudando a acelerar a adoção e a transição para zero.”

– Amy Davis, Presidenta da Accelera

Conclusão

A substância gasosa incolor, insípida, inodora e inflamável, Hidrogênio, demonstra grande potencial como transportador de energia do futuro. Sua capacidade de armazenamento e transporte a torna particularmente adequada para uso em uma ampla variedade de aplicações.

Na indústria automotiva, com sua alta eficiência e perfil de energia limpa, a tecnologia de célula de combustível de hidrogênio apresenta uma alternativa atraente aos EVs alimentados por bateria. Mais importante ainda, essa energia limpa definitiva não só não emite CO2 durante o uso, como suas emissões de CO2 podem ser ainda mais reduzidas durante o processo de produção ao utilizar fontes de energia renovável como solar e eólica.

Embora a adoção dos FCEVs enfrente desafios, inovações como os cartuchos de hidrogênio portáteis da Toyota podem abrir caminho para um uso mais amplo. Com isso, espera‑se que o hidrogênio faça uma contribuição cada vez mais importante para a mobilidade sustentável.