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Sustainable Manufacturing
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Combustível para o futuro: o que procurar na produção de células de combustível

Publicado às 2022-03-10 12:00:00 UTC em Sustainable Manufacturing

As empresas da ACES necessitam de estratégias e tecnologias de produção inteligentes para utilizar o potencial de hidrogénio.

Quando se fala sobre mobilidade sustentável, a primeira coisa em que se pensa é em carros elétricos a bateria. Células de combustível ou queimadores diretos de hidrogénio consistem em tecnologias complementares que muitas vezes ficam em segundo plano, mas têm muito a oferecer relativamente à redução de CO₂ e opções de mercado.
As indústrias automóveis alemã e europeia têm uma opinião semelhante: num estudo recente da Expleo, 80% dos fabricantes de automóveis inquiridos afirmaram que consideram os automóveis a hidrogénio mais ecológicos e limpos do que os automóveis elétricos. 64% acreditam que os primeiros carros a hidrogénio prontos para produção em série estarão no mercado nos próximos dois anos.
Na verdade, é necessário um espírito mais inovador por parte dos fabricantes e fornecedores, apoio de políticos e investimentos em melhores infraestruturas energéticas. O que é igualmente importante: as empresas no ambiente ACES (condução autónoma, conetividade, eletrificação e mobilidade partilhada) necessitam de instalações de produção eficientes e preparadas para o futuro, ou seja, fábricas inteligentes. As linhas de produção têm de ser automatizadas e digitalizadas, os processos manuais eliminados e as inovações orientadas para o futuro.

Produção de hidrogénio verdadeiramente sustentável apenas com energia renovável

A produção moderna e automatizada de baterias e células de combustível, suportada pela robótica, tecnologia de sensores e IA, está no centro de estratégias sustentáveis. A bateria é o elemento central dos veículos elétricos "clássicos" e a hidrogénio, apesar de ser significativamente mais pequena e contar com uma construção diferente. Para além das transmissões elétricas e de hidrogénio, os combustíveis elétricos e os combustíveis sintéticos devem também ser mencionados nos tipos de transmissão sustentável. No entanto, para utilizar o hidrogénio de uma forma verdadeiramente sustentável, o combustível H₂ deve ser produzido com eletricidade proveniente de fontes renováveis (eletrólise), o que ainda não é plenamente viável em grandes quantidades.

Algumas grandes empresas automóveis mantêm-se demasiado cautelosas em relação ao hidrogénio

Ao contrário das células de bateria, as células de combustível não dependem de matérias-primas como o lítio ou o cobalto. Nas células de combustível, o material principal é o ferro. Outra vantagem é o facto de o hidrogénio, enquanto substância molecular, poder ser facilmente armazenado, transportado e disponibilizado para aplicações. As unidades de transmissão de hidrogénio já estão a ser cada vez mais utilizadas em veículos comerciais, como os autocarros urbanos, especialmente por disponibilizarem mais espaço para a unidade de transmissão necessária. As unidades de transmissão de hidrogénio continuam a ser relativamente raras em automóveis "normais", o que se deve em parte à falta de estações de abastecimento de H₂, mas também à implementação hesitante por parte da indústria.

Aumento da automação dos processos de eletrólise e de produção de células de combustível

Não há forma de contornar os veículos de nova energia, os chamados NEV, quando se pretende chegar perto de atingir os objetivos climáticos de Paris. O hidrogénio pode ser produzido a partir de energias renováveis de uma forma neutra em CO₂ e convertido em energia elétrica nas células de combustível. No entanto, existem vários desafios a ultrapassar na produção destas células de combustível para garantir eficiência e precisão. Isto aplica-se à produção dos componentes individuais e ao empilhamento durante o fabrico de todo o sistema.
A implantação generalizada da eletrólise e tecnologia de células de combustível requer inovação de produtos e processos para reduzir os custos de produção e impulsionar a implementação desta tecnologia. É necessário dimensionar os volumes de produção mantendo os requisitos de qualidade uniformes. São aconselhadas linhas de produção flexíveis e escaláveis que possam ser adaptadas de forma rápida e fácil a requisitos individuais. São necessárias abordagens para reduzir os custos de produção das células de combustível, uma vez que esta é a única forma de tornar esta tecnologia aceitável a longo prazo.

Técnicos especializados em baterias suportam a produção de células de combustível

Ao contrário da produção de células de bateria, onde os processos já foram automatizados há muitos anos e estão constantemente a ser desenvolvidos, a produção de células de combustível ainda se encontra no início. Isto deve-se principalmente ao facto de as tecnologias de hidrogénio ainda não terem a aplicação e aceitação que o aumento da produção requer. Por conseguinte, muitos fluxos de trabalho são realizados de forma semiautomática ou mesmo manual. Para tornar as aplicações de hidrogénio mais atrativas, é necessária, com urgência, uma maior automatização no fabrico. Uma vez que o fabrico de baterias e de células de combustível é semelhante em muitos aspetos, recomenda-se que confie num parceiro que esteja familiarizado com o fabrico automatizado de células de bateria. Para além da tecnologia e do conhecimento, os integradores de sistemas e construtores de máquinas são também necessários para avançar este tópico em conjunto. Um dos processos particularmente críticos na produção de baterias e células de combustível consiste no empilhamento - é nesta fase que podem ocorrer erros, como fugas.

Fábrica do futuro: processos de produção modernizados, tecnologia inovadora

Os pilares da produção de células de combustível orientada para o futuro para promover a mobilidade sustentável são os procedimentos e tecnologias da fábrica inteligente (produção do futuro). Estes permitem modernizar de forma abrangente a produção e racionalizar as cadeias de abastecimento desde a respetiva base, em paralelo com a expansão e a conversão para novas tecnologias de transmissão. A robótica industrial inovadora, os robôs móveis e cobôs, a computação periférica, a tecnologia de sensores, a combinação da mecatrónica com a TI e a realidade aumentada (AR) são alguns exemplos desta fábrica do futuro.
O mais elevado grau possível de digitalização é a chave para o sucesso, para que o processo de fabrico se possa otimizar de forma independente. No entanto, a rastreabilidade é também essencial, idealmente para que seja possível localizar cada camada de uma célula de combustível detetando onde a produção não está a funcionar de forma ideal.
Outro dos pilares é a inteligência artificial (IA), uma vez que pode ser utilizada para destacar novos potenciais de eficiência de cadeias de produção altamente complexas. Quando utilizada corretamente, a IA pode ajudar os líderes empresariais do setor automóvel a compreender melhor os seus processos. As informações recolhidas pela IA e tecnologias baseadas em sensores levam a novas perspetivas para otimizar os processos dentro e fora da empresa. Um exemplo é a manutenção preventiva: pode ser utilizada para detetar padrões de desgaste, peculiaridades e anomalias e, assim, neutralizar falhas da máquina, tempo de inatividade e erros. Deve ser prestada especial atenção aos processos intralogísticos simples e flexíveis, isto é, uma cadeia de fornecimento transparente.

Conclusão: são necessárias medidas coletivas

Nos próximos anos, uma combinação de diferentes tecnologias de transmissão irá estabelecer-se no mercado. Isto inclui a célula de combustível como um importante bloco de construção. Para que as tecnologias alternativas do futuro sejam impulsionadas, cabe agora aos políticos, fabricantes e prestadores de serviços reunir entre si, otimizar o enquadramento e as condições de produção e promover a digitalização e a automatização. A OMRON pode prestar assistência nesta etapa com os extensos anos de experiência neste domínio.

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  • Henry Claussnitzer

    Henry Claussnitzer