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Authors
Abstract(s)
Os combustíveis fósseis têm sido os recursos energéticos mais utilizados desde que descobertos, e são utilizados nos mais diversos sectores: industrial, transportes, uso doméstico e muitos outros.
A sua utilização emite para a atmosfera CO2 que é um dos principais causadores do efeito de estufa no nosso planeta, provocando um aquecimento global e alterações climáticas. Uma outra preocupação importante diz respeito ao facto destes recursos energéticos serem finitos, com tendência a desaparecerem provocando um aumento de preços. Por estas razões é necessário encontrar uma energia, obtida a partir de fontes ecológicas, como alternativa. O hidrogénio tem sido utilizado como combustível alternativo, pois apresenta características que nenhum outro gás ostenta, tal como a elevada quantidade de energia por unidade de massa, e é o mais abundante dos elementos químicos. Para a obtenção de hidrogénio serão detalhados os principais métodos sendo um deles a eletrólise, que se torna mais eficiente e sustentável quando a eletricidade usada para a sua obtenção for proveniente de fontes de energia renováveis. Esse método separa os átomos de hidrogénio e de oxigénio existentes na sua composição molecular obtendo hidrogénio e água. Serão também descritas as diversas tecnologias de pilhas de combustíveis usadas e as suas aplicações, focadas no ramo automóvel. Para a compreensão e estudo da pilha de combustível será efetuada a sua modelização através das fórmulas, usando como ferramenta de suporte o programa Matlab/Simulink. Para finalizar será realizado o estudo de um veículo elétrico com pilha de combustível, através do software Matlab/Simulink, onde serão analisados o desempenho do mesmo, consoante as alterações efetuadas como por exemplo: o tipo de pilha de combustível, a sua capacidade e o nível da carga da bateria acoplada à pilha de combustível.
Fossil fuels have been the most used energy resources since they were discovered and are used in the most diverse sectors: industrial, transport, domestic use and many others. Its use emits CO2 into the atmosphere, which is the main cause of the greenhouse effect on planet earth, due to the consequent decrease in the ozone layer causing climate change. Another important concern is that these energy resources are finite, with a tendency to disappear causing an increase in prices, making their purchase almost unbearable. For these reasons it is necessary to find an alternative ecological energy, opting for the path of renewable fuels. Hydrogen has been used as an alternative fuel because it has characteristics that no other gas has, such as a high amount of energy per unit of mass, low density, it is an abundant element in the universe and because when used, the product of this reaction is just H2O. To obtain hydrogen, the main methods will be detailed, one of them is by electrolysis, which is more efficient and sustainable when the electricity used is from renewable energy sources. This method separates the existing hydrogen and oxygen atoms in their molecular composition, obtaining hydrogen and water. The different fuel cell technologies used and their applications will also be described, focused on the automotive sector. For the understanding and study of the fuel cell, the fuel cell model will be modelled through the formulas, using the Matlab/Simulink. Finally, an electric vehicle with a fuel cell will be studied through the Matlab/Simulink software, where we will be able to see the changes in operation, varying the type, capacity, load of the battery coupled to the fuel cell.
Fossil fuels have been the most used energy resources since they were discovered and are used in the most diverse sectors: industrial, transport, domestic use and many others. Its use emits CO2 into the atmosphere, which is the main cause of the greenhouse effect on planet earth, due to the consequent decrease in the ozone layer causing climate change. Another important concern is that these energy resources are finite, with a tendency to disappear causing an increase in prices, making their purchase almost unbearable. For these reasons it is necessary to find an alternative ecological energy, opting for the path of renewable fuels. Hydrogen has been used as an alternative fuel because it has characteristics that no other gas has, such as a high amount of energy per unit of mass, low density, it is an abundant element in the universe and because when used, the product of this reaction is just H2O. To obtain hydrogen, the main methods will be detailed, one of them is by electrolysis, which is more efficient and sustainable when the electricity used is from renewable energy sources. This method separates the existing hydrogen and oxygen atoms in their molecular composition, obtaining hydrogen and water. The different fuel cell technologies used and their applications will also be described, focused on the automotive sector. For the understanding and study of the fuel cell, the fuel cell model will be modelled through the formulas, using the Matlab/Simulink. Finally, an electric vehicle with a fuel cell will be studied through the Matlab/Simulink software, where we will be able to see the changes in operation, varying the type, capacity, load of the battery coupled to the fuel cell.
Description
Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica
Keywords
Hidrogénio Pilha de combustível Eletrolisador Hydrogen Fuel cell Electrolyser
Citation
PARREIRA, António José Lança - Hidrogénio como combustível do futuro e a sua aplicação na mobilidade elétrica. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2022. Dissertação de Mestrado.