Bosch Tech Day 2023: Bosch fornece tecnologias ao longo de toda a cadeia de valor H2

• Aplicação de H2: IVECO Heavy Duty FCEV adequado para diferentes usos, até em longas distâncias.
• Produção de H2: a Bosch está a desenvolver pilha de eletrólise e componentes para eletrolisadores.
• Armazenamento de H2: a Bosch Rexroth desenvolveu uma solução de acionamento para compressores de hidrogénio em postos de abastecimento de hidrogénio.

Estugarda, Alemanha – O hidrogénio verde é indispensável para um mundo com clima neutro. Seja no transporte, na construção ou na indústria de produção – faz sentido usá-lo em quase todos os setores. A Bosch está pronta para o H2 e foi pioneira em áreas como o desenvolvimento da tecnologia de célula de combustível. Ao longo de toda a cadeia de valor do hidrogénio, a empresa está a desenvolver tecnologias para produção, compressão, armazenamento e uso de hidrogénio. No Bosch Tech Day 2023, a empresa apresenta algumas informações sobre o seu portfólio de produtos e serviços. ​

As exposições em exibição no Bosch Tech Day 2023 numa visão geral

Pilha PEM – hidrogénio para transporte com impacto neutro no clima

A pilha de células de combustível PEM é o coração do sistema móvel de células de combustível. PEM significa membrana de troca de protões. A pilha para aplicações móveis compreende muitas células de combustível individuais. Dependendo da finalidade, pode haver várias centenas delas. Nessas células, o hidrogénio reage com o oxigénio para produzir eletricidade e água. A membrana dentro de uma célula de combustível impede que a eletricidade flua entre o ânodo e o cátodo. Ao mesmo tempo, impede também que o hidrogénio passe para o oxigénio. A membrana é condutora de protões e permite que os iões de hidrogénio permeiem. Uma das tecnologias utilizadas na fabricação das placas bipolares é a soldarua a laser em alta velocidade – processo que só existe na Bosch. É usado para fazer 1.200 metros de soldas em cada pilha hermética ao hidrogénio. A Bosch fabrica essas pilhas nas suas fábricas em Bamberg, na Alemanha, e Wuxi, na China. No final de 2022, as pilhas estavam prontas para produção em volume. Estão planeados outros locais para produção, como por exemplo, nos Estados Unidos.

Vida útil das células de combustível PEM – soluções antienvelhecimento

Ao longo da sua vida útil, as células de combustível passam por um processo de envelhecimento: partículas de platina e suportes de carbono oxidam e degradam-se; as partículas de platina crescem e as camadas do catalisador tornam-se mais finas. Para resolver esse problema, os investigadores da Bosch desenvolveram um revestimento especial que pode mitigar esses processos. Além disso, as medidas sistémicas permitem uma estratégia operacional que evita cargas relevantes ao envelhecimento, como altas voltagens das células, e ajudará a prolongar ainda mais a vida útil das células de combustível PEM para até 30.000 horas de operação no futuro. Além disso, certos efeitos do envelhecimento podem ser revertidos: nesses casos, os investigadores da Bosch desenvolveram processos restauradores.

Motor a hidrogénio – base comprovada, mas neutralidade de carbono em operação

Para alimentar veículos, o hidrogénio pode ser usado não apenas em células de combustível, mas também em motores a hidrogénio. Eles são particularmente adequados para veículos pesados que circulam por períodos prolongados com cargas especialmente pesadas – para cargas de longo curso e especialmente para máquinas de construção e agrícolas. Os motores e powertrains já disponíveis são uma boa base para isso, já que muitos dos componentes do sistema em soluções de powertrain existentes podem ser transferidos para a estrutura fundamental do combustível, fornecimento de ar e sistema de exaustão. A Bosch está a desenvolver dois sistemas para motores a hidrogénio: porta e injeção direta de hidrogénio. O injetor para injeção direta deve funcionar sem a lubrificação fornecida pelo combustível líquido e abrir e fechar de forma confiável cerca de mil milhões de vezes ao longo da vida útil de um camião. Além da água, o único resíduo relevante emitido por um motor a hidrogénio é o óxido de nitrogénio. Usando sistemas comprovados de tratamento de gases de escape, isso não tem efeito apreciável na qualidade do ar. Espera-se que os primeiros veículos produzidos equipados com esses motores apareçam nas estradas em 2024.

Depósito de hidrogénio – solução inovadora que economiza espaço para veículos ligeiros ​

Atualmente, o hidrogénio para carros de passageiros com célula de combustível é armazenado em depósitos de grande volume reforçados com fibra de carbono a 700 bar. Investigadores da Bosch desenvolveram um depósito com duas novas características: em primeiro lugar, compreenderem cilindros de aço, em segundo lugar, falamos de um depósito sob o piso, encaixando-se no espaço ocupado por baterias. Externamente, o sistema assemelha-se a tanques de aço convencionais. Contudo, o hidrogénio pode tornar o aço quebradiço. No âmbito de um projeto com financiamento público, foi criado um protótipo de sistema que cumpre integralmente as exigentes normas internacionais para sistemas de depósitos de alta pressão. O material do depósito oferece uma vantagem de custo e além disso torna-o reciclável.

IVECO Heavy Duty FCEV – camião movido a hidrogénio para a Europa

O IVECO Heavy Duty FCEV (veículo elétrico com célula de combustível) é um veículo semi movido a hidrogénio para o mercado europeu. Com o seu motor de força elétrico a célula de combustível e em combinação com hidrogénio verde, emite zero emissões localmente. Com uma carga útil de aproximadamente 70 quilos de hidrogénio, o camião pode rodar até 800 quilómetros sem reabastecer. Atualmente, leva cerca de 20 minutos para reabastecer. Isso torna o IVECO Heavy Duty FCEV adequado para muitos usos, até longas distâncias.

eDistance Truck – tecnologia Bosch para camiões com impacto neutro no clima

A Bosch oferece várias soluções de powertrain para camiões de longa distância. Isso inclui powertrains elétricos a célula de combustível, elétricos a bateria e híbridos. Quanto mais pesada a carga útil e mais longa a rota, mais o powertrain de célula de combustível se destaca, com paragens curtas para reabastecimento e um longo alcance. Se o hidrogénio utilizado vier de fontes renováveis, a operação da célula de combustível também é neutra para o clima. A Bosch oferece componentes individuais para o motor de força elétrico, a célula de combustível e os sistemas de armazenamento H2, bem como o módulo de energia completo da célula de combustível. Este módulo, o FCPM, é escalável e, além da pilha, combina todos os sub módulos para fornecimento de hidrogénio, fornecimento de ar e consumo de corrente. Um sistema complexo foi reduzido a uma solução fácil de integrar.

Estações de abastecimento de hidrogénio - soluções de acionamento para comprimir H2

Para poder reabastecer veículos com hidrogénio de forma rápida e simples, o gás deve ser comprimido a até 900 bar. Os compressores com acionamentos Bosch Rexroth eficientes e de baixa manutenção vão desempenhar um papel significativo no estabelecimento de uma infraestrutura de hidrogénio. Por exemplo, a Bosch Rexroth e a Maximator Hydrogen desenvolveram uma solução para a compressão eficiente de hidrogénio para postos de abastecimento, depósitos de armazenamento e condutas. A Maximator Hydrogen planeia fabricar cerca de 4.000 sistemas de compressores até 2030. Para a operação energeticamente eficiente de compressores de hidrogénio, a Bosch Rexroth oferece uma solução de sistemas expansíveis e de baixa manutenção. Unidades de acionamento escaláveis com classificações atualmente de até 250 quilowatts oferecem aos operadores de postos de gasolina uma maneira acessível de entrar na tecnologia de hidrogénio. Os novos compressores baseados em reservatórios podem reduzir potencialmente o custo total de propriedade pela metade em comparação com as alternativas disponíveis comercialmente.

Módulo de pilha e eletrólise inteligente – Tecnologia para eletrolisadores H2

A Bosch não planeia apenas usar hidrogénio, mas também fornecer tecnologia inteligente para a sua produção. Para isso, a Bosch está a desenvolver a pilha de eletrólise, o elemento central de um eletrolisador. A pilha compreende mais de 100 células de eletrólise que usam eletricidade para dividir a água em oxigénio e hidrogénio. Ele é projetado para uma potência de 1,25 megawatts. Isso equivale à produção de 23 quilos de H2 por hora. No lado do hidrogénio, a pressão resultante é superior a 30 bar. A pilha de eletrólise da Bosch é adequada para uso em fábricas de menor escala produzindo 1 megawatt e mais, até grandes fábricas em escala de gigawatt. Espera-se que esteja pronto para o mercado a partir de 2025. Os primeiros projetos-piloto com clientes estão em preparação e vão iniciar-se no próximo ano. Além disso, a Bosch planeia combinar a pilha do eletrolisador com uma unidade de controle, eletrónica de potência e vários sensores para criar um “módulo de eletrólise inteligente”. Esses elementos são projetados para serem compatíveis e economizar espaço, além de otimizar a eficiência, fiabilidade, instalação e configuração dos sistemas.

Sistema de célula de combustível de óxido sólido - geração de energia impulsionada pela procura

Os sistemas de célula de combustível de óxido sólido (SOFC) da Bosch são unidades de energia distribuídas que podem ser usadas em edifícios comerciais e industriais e centros de computação. Um sistema SOFC gera uma potência de saída de 100 quilowatts e, dependendo dos requisitos de energia, vários sistemas podem ser combinados para uma saída em escala de megawatts. Um sistema SOFC usa combustíveis convencionais (biometano ou gás natural; no futuro também hidrogénio) para gerar calor e energia. Atinge até 90% de eficiência geral. A experiência em cerâmica funcional pode ser usada na fabricação dessas pilhas estacionárias de células de combustível – experiência que foi desenvolvida na produção de sensores lambda para veículos. Espera-se que estejam prontos para produção em meados da década.

Reciclagem de platina de pilhas de células de combustível ​

A produção de pilhas de células de combustível PEM requer matérias-primas valiosas, como a platina. Esse processo pode tornar-se muito mais sustentável e económico se a platina for recuperada de pilhas em fim de vida. Para isso, a Bosch desenvolveu novos modelos de contrato que garantem à empresa o direito de recomprar pilhas para aplicações móveis. Isso cria cadeias de abastecimento previsíveis e estáveis e melhora a disponibilidade de recursos, além de reduzir significativamente as emissões de carbono. Além disso, os investigadores da Bosch desenvolveram soluções que utilizam processos químicos para recuperar a platina de forma mais ecológica. Para esses processos, foram registadas mais de 20 famílias de patentes. No entanto, a conservação de recursos não começa apenas no final do ciclo de vida do produto, mesmo durante a operação, é planeado o uso de gémeos digitais para monitorizar a vida útil e a função dos componentes em eletrolisadores e células de combustível em aplicações móveis e estacionárias. Isso permite que a manutenção, reparação e reciclagem sejam planeados com antecedência.

Tecnologia de produção e teste – como são feitas as células de combustível

A Bosch Manufacturing Solutions, a unidade de maquinaria para fins especiais da empresa, fornece equipamentos avançados de produção e tecnologia de teste para fabricação de células de combustível - de componentes individuais a sistemas completos. No total, mais de 50 por cento do equipamento de fabricação necessário vem da própria Bosch. Por exemplo, os bancos de ensaio em Feuerbach foram desenvolvidos pela Moehwald, subsidiária da Bosch com sede em Homburg. Ao testar pilhas e sistemas, as condições naturais são simuladas para o teste funcional de fim de linha, onde as células de combustível PEM são testadas. Aqui, a composição do gás, temperatura, pressão e humidade são as mesmas do veículo real.

Caldeira industrial pronta para H2 – aquecimento neutro para o clima e processo de produção de calor

Com os seus sistemas de caldeiras industriais preparados para o futuro, a Bosch ajuda os países fabricantes em todo o mundo a reduzir os seus custos de energia e a atingir as suas metas de sustentabilidade – até tornar os seus processos de aquecimento neutros para o clima. A indústria é responsável por aproximadamente um quinto das emissões globais de carbono, parte das quais vêm da geração de vapor, calor e água quente. O hidrogénio e a eletricidade verde têm um enorme potencial para aquecimento industrial e processo de produção de calor. Os geradores de vapor e aquecimento da Bosch podem ser operados de forma flexível com hidrogénio 100% verde, eletricidade verde ou biocombustíveis. Muitos sistemas antigos já foram preparados para uma atualização para combustíveis renováveis. Os sistemas de caldeiras híbridas são outra tecnologia promissora. Com um design que inclui um elemento de aquecimento elétrico e um queimador, diferentes combustíveis podem ser usados ao mesmo tempo, como eletricidade verde e hidrogénio. Isso significa maior flexibilidade, segurança de abastecimento e independência de combustíveis fósseis. Os primeiros sistemas-piloto entraram em operação em 2022 e já estão a evitar emissões de carbono equivalentes às emissões médias de mais de 4.500 residências.

Caldeiras prontas para H2 – solução de tecnologia neutra para aquecimento ecológico

As caldeiras da Bosch preparadas para H2 podem funcionar inicialmente com gás natural e depois facilmente convertidas em hidrogénio quando este estiver disponível. Uma mistura de 20% de hidrogénio ao gás da rede também é possível sem qualquer reajuste. Assim que 100% de hidrogénio estiver disponível, instaladores especializados podem converter as caldeiras prontas para H2 a funcionar a hidrogénio a 100% em aproximadamente uma hora. Apenas alguns componentes, como o queimador, necessitam de ser substituídos. Uma caldeira pronta para H2 ocupa muito pouco espaço, algo que as torna uma alternativa atraente para edifícios mais antigos onde o espaço é reduzido.