No futuro, pequenos usuários domésticos poderão produzir seu próprio hidrogênio usando pequenas turbinas eólicas, e armazená-lo para alimentar uma célula de combustível ou reabastecer o carro. Na Alemanha, especialistas do Instituto Fraunhofer para Pesquisa de Polímeros Aplicados (IAP), da universidade BTU de Cottbus e de um parceiro industrial de médio porte, estão desenvolvendo os rotores eólicos e os tanques que permitirão isso.

O primeiro passo é obter a energia necessária para a produção do hidrogênio, por meio do desenvolvimento de uma usina eólica pequena e eficiente. Em segundo lugar, é preciso armazenar o valioso gás, e para isso estão sendo produzidos novos tipos de tanques de hidrogênio feitos de compósitos reforçados com fibras.

 “A intenção é que a turbina eólica seja suficientemente pequena para que os usuários possam tê-la em seu jardim”, explica o professor Holger Seidlitz, especialista em construção leve da Universidade de Tecnologia de Brandenburgo (BTU) de Cottbus-Senftenberg e chefe de pesquisa de “Materiais de polímero e PYCO compósitos” do Instituto Fraunhofer IAP em Wildau. “O hidrogênio será gerado in situ com um pequeno eletrolisador, e depois armazenado no tanque. Poderá então acionar uma célula de combustível dentro de casa, para produção de calor e eletricidade, e reabastecer carros movidos a hidrogênio.”

A chave do projeto é projetar um sistema pequeno mas extremamente eficiente, a começar da turbina eólica. Os especialistas desenvolveram uma hélice que se movimenta até mesmo com brisas leves. “Projetamos as pás do rotor para atender a condições de ventos fracos e reduzimos suas dimensões em cerca de 30% em comparação com pequenas turbinas eólicas convencionais”, explica Marcello Ambrosio, engenheiro mecânico que supervisiona o projeto no Fraunhofer IAP. O instituto adquiriu recentemente uma impressora 3D industrial capaz de produzir objetos medindo dois metros por dois metros, e os pesquisadores a utilizaram para fazer um molde de plástico para a produção dos novos rotores usando compósitos com fibra, com o auxílio da EAB Gebäudetechnik Luckau, uma empresa também especializada em construção leve.

Rotores leves e ágeis – Os compósitos reforçados com fibra são produzidos inserindo-se precisamente as tiras de fibra no molde e depois endurecendo-as com uso de resina ou materiais sintéticos alternativos. Geralmente colocadas à mão, no Fraunhofer IAP as tiras são inseridas por uma moderna máquina automatizada que as posiciona com precisão no molde. Assim, diz Ambrosio, há menos sobreposições, o que permite reduzir significativamente as dimensões.

Embora projetados para maior eficiência em ventos mais fracos, os rotores também resistem a ventos fortes. Suas pás são projetadas para ceder e dobrar durante tempestades e girar “fora do vento”. Como resultado, a turbina diminui a velocidade de rotação por si própria e não se danifica, e isso também elimina a necessidade de tecnologias de controle complexas. Os rotores serão testados ao ar livre nos próximos meses, segundo um comunicado do instituto.

Tanque com sensores incorporados – O projeto do tanque de armazenamento também envolve tecnologia de construção leve. Tanques convencionais de hidrogênio para aplicações industriais consistem em dois recipientes de aço resistentes à pressão. Para uso em milhares de residências, no entanto, tanques leves feitos de compostos de fibra de carbono precisariam de muito menos material, seriam muito mais fáceis de manusear e ofereceriam vantagens particulares, especialmente para aplicações móveis. Mas eles também precisam ser extremamente seguros contra vazamentos, pois o hidrogênio pode formar mistura explosiva na presença de oxigênio atmosférico. A equipe propõe uma solução com tiras de fibra de carbono enroladas sobre um corpo cilíndrico. Impregnadas com resina sintética, essas tiras endurecem formando um tanque capaz de suportar pressão de muitas centenas de bar. E os especialistas também estão integrando sensores aos tanques, para detecção de vazamentos. “Atualmente, usamos impressoras 3D capazes de processar corantes eletricamente condutores”, explica Marcello Ambrosio. “Trabalhamos esses corantes diretamente no composto de fibra.” Os pesquisadores podem inclusive integrar componentes eletrônicos minúsculos na parede do tanque. Esse sistema de alerta antecipado é um dos principais critérios para uso seguro nos clientes finais no futuro.