Pilha de combustível a hidrogénio pode ser alternativa? Conduzimos o BMW iX5 Hydrogen na neve

A BMW está a revisitar a utilização do hidrogénio como solução para a locomoção do automóvel. Estivemos na estrada, perto do círculo polar ártico, com um protótipo do iX5 Hydrogen e voltámos bem impressionados com a dinâmica deste SUV, do qual haverá uma primeira pequena série até o final do ano.

Estamos nas instalações de testes de inverno, com 28 hectares, do Grupo BMW, numa circuito de testes, ou seja, onde o joio é separado do trigo em termos de dinâmica e condução.

Ainda mais porque em algumas secções rodamos sobre um lago congelado (um dos quase 9000 que há nesta região) perto de Arjeplog, no norte da Suécia, 55 km a sudoeste do círculo ártico.

O SUV de Munique não se faz rogado e passa mesmo nos pisos mais complicados com uma ligeira deriva da traseira, que não gera problemas por aí e além para o condutor, com a ajuda de pneus de inverno adequados que garantem níveis suficientes de tração e aderência.

Além disso, o facto de podermos mudar para o modo B é uma grande ajuda para recuperar a trajetória adequada e de nos livrarmos dos sintomas excessivos de «traseira solta» neste SUV elétrico de tração traseira.

Mas antes de continuarmos a «dissecar» o comportamento deste BMW iX5 Hydrogen, vamos a uma apresentação prévia.

Quem vê caras…

Tirando todos estes equipamentos adicionais do interior, tudo parece bastante «normal», mesmo que este X5 de normal tenha pouco, sendo um protótipo chamado de iX5 Hydrogen, ou seja, um veículo elétrico a pilha de combustível (FCEV) a hidrogénio, exibido pela primeira vez publicamente no Salão Automóvel de Frankfurt em 2019.

Dificilmente se percebem diferenças na condução relativamente iX, o outro SUV elétrico de grande porte da BMW, mas a bateria (BEV), à medida que este iX5 domina o lago de gelo com a mesma facilidade com que avança nas estradas cobertas de neve.

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Mas tudo isto sem o inconveniente de ver a sua autonomia drasticamente reduzida pelas temperaturas de ar negativas ou pela utilização permanente do ar condicionado.

Tanto o iX como o iX5 Hydrogen pesam as mesmas 2,5 toneladas, assim como o X5 híbrido plug-in (PHEV), que forneceu a base técnica deste protótipo. A elevada massa também ajuda a explicar por que o BMW iX5 Hydrogen se sente um pouco tímido em termos de potência no modo Comfort (no qual a direção também é um pouco vaga).

O que parece óbvio é tudo menos trivial. Porque muitos elementos têm que ser perfeitamente combinados entre si para permitir um comportamento competente.

Estes engenheiros bávaros estão a abrir novos caminhos em vários aspetos com o BMW iX5 Hydrogen, especialmente porque definiram o objetivo de fazer um veículo de pilha de combustível que cria uma potência de pico de 275 kW (374 cv), ou seja, o mais potente já instalado num veículo ligeiro de passageiros. A potência contínua, por outro lado, é bastante inferior, de 125 kW ou 170 cv.

Para garantir que esse nível de rendimento possa ser gerado, um turbocompressor elétrico encarrega-se do enchimento de oxigénio pressurizado, fazendo com que o hidrogénio possa reagir com o oxigénio e gerar eletricidade. E aqui, um dos grandes desafios é assegurar que “a pilha de combustível funcione imediatamente”, explica o técnico Robert Halas.

3 a 4 minutos para 500-600 km

O coração deste sistema de pilha de combustível está localizado no compartimento do motor e tem um tamanho semelhante ao de um motor de combustão de três cilindros, pesando cerca de 180 kg.

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Os dois depósitos em fibra de carbono, nos quais o hidrogénio é armazenado a uma pressão de 700 bar, estão localizados sob o banco traseiro e no túnel central (túnel de transmissão no X5 a combustão) numa configuração em “T”, e têm capacidade de 6 kg, proporcionando uma autonomia de 500 km a 600 km, e o reabastecimento completo pode ser feito numa estação de H2 em apenas três a quatro minutos.

O mais potente com pilha de combustível a hidrogénio

Na BMW, a dinâmica está sempre no topo das prioridades. Por isso existe uma bateria de alta tensão de 150 kW com capacidade de 2,3 kWh sob o piso da bagageira, que funciona como reserva de energia para aumentar a potência do sistema para 275 kW (374 cv) durante um período limitado, para necessidades ou desejos especiais de performances de nível superior. Basta pressionar o botão do modo Sport e divertir-se… enquanto durar.

A potência vem de um motor elétrico BMW de quinta geração que aciona o eixo traseiro. Com recurso apenas à bateria elétrica, o iX5 a pilha de combustível a hidrogénio tem uma autonomia de 10 km a 15 km. A característica especial desta bateria é que ela fornece energia muito rapidamente e as células podem ser recarregadas com a mesma rapidez.

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Atinge a marca de 100 km/h em menos de sete segundos, podendo depois acelerar até uma velocidade máxima de 190 km/h. Para garantir que esse impulso esteja sempre disponível, o sistema de pilha de combustível carrega a bateria de alta tensão, para que ela tenha sempre um nível de carga entre 60% e 80%.

O BMW iX5 Hydrogen não tem outras restrições: o porta-bagagens é tão grande como o do X5 xDrive45e, o híbrido plug-in, e o chassis com suspensão pneumática garante conforto mais do que suficiente.

Um dos motivos de orgulho de Juergen Gueldner, vice-presidente da BMW Hydrogen Fuel Cell Technology and Vehicle Projects, “é o facto da pilha de combustível responder aos comandos do pedal do acelerador sem qualquer atraso”.

Esta é a segunda tentativa da BMW para desenvolver um FCEV, depois do Série 5 Gran Turismo em 2015, que marcou a primeira colaboração com a Toyota neste campo.

Comparado a esse projeto, a iniciativa conjunta germano-japonesa conseguiu aumentar significativamente a densidade de energia neste iX5 Hydrogen, que junta células da Toyota a um módulo de pilha de combustível e software fornecido pelos bávaros.

A outra grande ajuda para melhorar este sistema de propulsão experimental veio da mais recente geração, a quinta, do sistema eDrive BMW em que se baseia.

Só que, em vez de ir buscar eletricidade ao sistema da bateria de alta tensão como acontece no iX, obtém-na a partir das células que convertem o hidrogénio comprimido em eletricidade (existindo depois um conversor para modular a tensão para que possa ser usada pelo motor elétrico).

Questão de química

Esta química combina átomos de hidrogénio e oxigénio, mas se apenas enchermos um recipiente com gases destes dois elementos, eles não serão capazes de formar água só por si. Isso só ocorrerá se as moléculas de hidrogénio e de oxigénio forem excitadas, acelerando-as e fazendo-as colidir com mais energia podendo, então, formar água.

Comparar os veículos elétricos com pilha de combustível a hidrogénio (FCEV) com elétricos a bateria (BEV) ou veículos com motor de combustão pode ajudar a perceber por que ainda não foi adotado como a solução principal para um muito desejado futuro neutro em carbono, o santo graal do terceiro milénio.

É que a densidade de energia do hidrogénio por quilo apesar de ser cerca de três vezes maior do que a da gasolina, ao ser o elemento mais leve que existe precisa de ser fortemente comprimido para ficar denso (e ainda continuará longe de corresponder à densidade de energia da gasolina).

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Isso significa que o hidrogénio não é uma solução adequada para os motores de combustão interna, que têm uma eficiência inferior à dos motores elétricos; já na comparação com um elétrico a bateria existem algumas vantagens indiscutíveis, pois um sistema de pilha de combustível pode fornecer quantidades adequadas de eletricidade.

E mesmo quando está perto de estar vazio, um módulo de pilha de combustível continua a gerar alta tensão, ao contrário do que acontece com as baterias, e isso explica a enorme importância da gestão da bateria e de evitar que a carga da mesma diminua abaixo de um limite predefinido, sendo absolutamente vital em termos de esperança de vida e de funcionamento geral.

Pequena série em produção este ano

Quem pensa que o BMW iX5 Hydrogen é apenas um exercício divertido para os engenheiros apaixonados por tecnologia está errado.

No final do ano haverá lugar à produção de uma pequena série do SUV a pilha de combustível a hidrogénio e até o final da década estima-se que estas versões a pilha de combustível deverão custar tanto quanto as elétricas a bateria equivalentes, prometendo ser 100 kg mais leves e oferecer uma autonomia semelhante.

Uns meses depois, haverá também um iX5 Hydrogen com tração nas quatro rodas, com a adição de um segundo motor elétrico no eixo dianteiro, instalado sob o módulo de pilha de combustível.

De acordo com a estratégia da BMW, os veículos elétricos a bateria e a pilha de combustível devem partilhar as mesmas plataformas, já que essas sinergias mantêm os custos baixos. A pilha de combustível num carro não é diferente da que existe num camião, o teor de platina é reduzido gradualmente e é um produto reciclado de conversores catalíticos em veículos com motores de combustão interna.

Expansão de infraestrutura

A coexistência do hidrogénio e da mobilidade elétrica a bateria também parece possível. De acordo com o estudo do Hydrogen Council “Roadmap to zero Emissions”, o balanço de CO₂ de veículos elétricos a bateria e veículos elétricos a pilha de combustível não é tão diferente quando se leva em conta todo o ciclo de vida.

Além disso, nos elétricos a bateria, a eletricidade deve ser sempre produzida perto da rede, enquanto o hidrogénio pode ser transportado por longas distâncias por navio ou gasoduto.

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Os Emirados Árabes Unidos têm vindo a explorar a ideia de aproveitar a energia solar para produzir hidrogénio verde há algum tempo e criaram um grupo de trabalho com a Alemanha.

Seja proveniente de energia solar ou eólica, a grande vantagem do hidrogénio é que ele pode ser usado não apenas como «combustível», mas também como energia armazenada.

Por um lado, devido à extensa rede de gasodutos existente, deve ser possível libertar alguns trechos para hidrogénio, mas por outro lado empresas como a Linde Engineering estão a estudar uma maneira de fazer passar os dois gases através dos tubos e depois separá-los quando chegam ao seu destino, com a ajuda de membranas. Já inauguraram uma primeira fábrica-piloto em Dormagen (Alemanha).

A BMW apoia o AFIR (Regulamento de Infraestrutura de Combustíveis Alternativos), que visa garantir que a rede de postos de abastecimento de hidrogénio esteja tão difundida que a distância entre os postos de abastecimento ao longo das principais artérias de tráfego não seja superior a 150 km.

E isso nem é suficiente para a marca de Munique: se a BMW conseguir levar a sua avante, essas diferenças devem ser reduzidas para menos de 100 km até 2027.

Press-Inform / Joaquim Oliveira

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