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

A BMW voltou a colocar o hidrogénio no centro das suas soluções para a mobilidade automóvel. Conduzimos, perto do Círculo Polar Árctico, um protótipo do BMW iX5 Hydrogen e saímos surpreendidos com a forma como este SUV se comporta em condições extremas. A marca prepara, ainda este ano, uma primeira pequena série.

BMW iX5 Hydrogen em testes de inverno junto ao Círculo Polar Árctico

O cenário foi o centro de ensaios de inverno do Grupo BMW, uma área com cerca de 28 hectares dedicada a afinar o que realmente interessa quando se fala de comportamento dinâmico e condução. É ali, num circuito de testes, que se “separa o trigo do joio”.

A exigência sobe mais um nível porque parte do trajecto decorre sobre um lago gelado - apenas um entre quase 9000 existentes nesta região - nas imediações de Arjeplog, no norte da Suécia, a 55 km a sudoeste do círculo árctico.

Em pisos particularmente traiçoeiros, o SUV de Munique não hesita: progride com confiança mesmo quando a traseira sugere uma ligeira deriva, sem colocar o condutor sob stress. A explicação está, em grande parte, na utilização de pneus de inverno adequados, que asseguram a tração e a aderência necessárias.

Também ajuda o facto de ser possível seleccionar o modo B, que facilita a recuperação da trajectória e atenua sinais de “traseira solta” num SUV elétrico de tração traseira.

Antes de aprofundarmos o comportamento, vale a pena perceber o que está por detrás deste protótipo.

À primeira vista, parece um X5 “normal”

Apesar de alguns equipamentos adicionais no habitáculo (típicos de viaturas de desenvolvimento), o conjunto não chama a atenção: visualmente, este X5 passa por um modelo convencional. Só que de “normal” tem pouco, porque estamos perante um iX5 Hydrogen, ou seja, um veículo elétrico a pilha de combustível (FCEV) movido a hidrogénio, mostrado publicamente pela primeira vez no Salão Automóvel de Frankfurt de 2019.

Ao volante, as diferenças face ao BMW iX (o outro SUV elétrico de grande porte da marca, mas a bateria - BEV) são reduzidas: o iX5 Hydrogen atravessa gelo e neve com a mesma naturalidade com que se desloca em estrada aberta.

A vantagem é que o sistema evita um dos incómodos típicos dos elétricos a bateria em clima rigoroso: não se sente uma quebra acentuada de autonomia devido a temperaturas negativas ou ao uso prolongado do climatizador.

Em termos de massa, não há truques: iX, iX5 Hydrogen e até o X5 híbrido plug-in (PHEV) - que serviu de base técnica a este protótipo - rondam as 2,5 toneladas. Esse peso elevado também ajuda a perceber porque, em modo Conforto, o iX5 Hydrogen parece um pouco mais contido na resposta e exibe uma direcção menos comunicativa.

O que, visto de fora, parece simples, exige uma integração fina de muitos componentes para que o resultado seja coerente.

Potência recorde num ligeiro com pilha de combustível

Com o BMW iX5 Hydrogen, os engenheiros definiram uma meta ambiciosa: atingir uma potência de pico de 275 kW (374 cv), a mais elevada alguma vez aplicada num automóvel ligeiro de passageiros com este tipo de tecnologia. Já a potência contínua fica bem abaixo: 125 kW (170 cv).

Para que a pilha de combustível consiga entregar esse desempenho, recorre-se a um turbocompressor elétrico, responsável por fornecer oxigénio pressurizado. Assim, o hidrogénio reage com o oxigénio para gerar eletricidade. Um dos desafios críticos é garantir disponibilidade imediata: é essencial que “a pilha de combustível funcione de imediato”, como explica o técnico Robert Halas.

Segurança e robustez em clima extremo (contexto adicional)

Num sistema que armazena hidrogénio a alta pressão, a robustez dos componentes e a gestão térmica tornam-se tão importantes quanto a performance. Em utilização real, a resistência a impactos, a monitorização permanente de pressões e temperaturas e a estratégia de isolamento/ventilação são áreas-chave para garantir consistência de funcionamento, sobretudo em ambientes muito frios como os da Lapónia sueca.

3 a 4 minutos para 500–600 km

O núcleo da tecnologia - a pilha de combustível - está montado no compartimento do motor. Em dimensões, aproxima-se do volume de um motor de combustão de três cilindros e pesa cerca de 180 kg.

O armazenamento do hidrogénio é feito em dois depósitos de fibra de carbono, a 700 bar, posicionados sob o banco traseiro e no túnel central (onde, num X5 de combustão, existiria o túnel de transmissão). A instalação forma uma configuração em “T”. No total, levam 6 kg de hidrogénio, permitindo uma autonomia de 500 a 600 km. O reabastecimento total, numa estação de H₂, demora apenas 3 a 4 minutos.

Dinâmica BMW: bateria de apoio e modo Desportivo

A BMW nunca escondeu que coloca a dinâmica no topo das prioridades. Por isso, este iX5 Hydrogen integra uma bateria de alta tensão sob o piso da bagageira, com capacidade de 2,3 kWh e apta a disponibilizar até 150 kW. Funciona como reserva para, durante períodos limitados, elevar a potência combinada do sistema até aos 275 kW (374 cv) quando há necessidade (ou vontade) de prestações superiores. Selecciona-se o modo Desportivo e aproveita-se… enquanto houver margem.

A tração vem de um motor elétrico BMW de quinta geração, responsável por mover o eixo traseiro. Usando apenas a energia da bateria, este FCEV consegue percorrer 10 a 15 km. O ponto distintivo desta bateria é a rapidez com que entrega potência e a velocidade a que pode ser recarregada.

Em prestações, cumpre: chega aos 100 km/h em menos de 7 segundos e atinge 190 km/h de velocidade máxima. Para assegurar que a resposta está sempre pronta, a pilha de combustível mantém a bateria num intervalo de carga de 60% a 80%.

No dia a dia, não há penalizações óbvias: a capacidade da bagageira é equivalente à do X5 xDrive45e (o híbrido plug-in), e o chassis com suspensão pneumática garante um nível de conforto plenamente adequado.

Segundo Juergen Gueldner, vice-presidente da área de Tecnologia de Pilha de Combustível a Hidrogénio e Projectos de Veículos na BMW, um dos motivos de orgulho é que a pilha de combustível “responde ao acelerador sem qualquer atraso”.

Evolução face ao primeiro FCEV da BMW e contributo da Toyota

Esta é a segunda investida da BMW num FCEV, depois do Série 5 Gran Turismo apresentado em 2015, que marcou o início da colaboração com a Toyota neste domínio.

Em comparação com esse projecto, a parceria germano-japonesa aumentou de forma clara a densidade energética nesta nova aplicação: o iX5 Hydrogen combina células da Toyota com um módulo de pilha de combustível e sistemas de controlo desenvolvidos pelos bávaros.

Outra evolução importante veio da base técnica: a mais recente (quinta) geração do BMW eDrive. A diferença é que, aqui, em vez de obter energia de uma grande bateria de alta tensão como no iX, a eletricidade é produzida pelas células que convertem hidrogénio comprimido em eletricidade. Depois, um conversor ajusta a tensão para que o motor elétrico a possa utilizar.

Questão de química: como se “faz” eletricidade e água

O processo assenta na combinação de hidrogénio e oxigénio. Mas não basta colocar estes gases no mesmo recipiente para que, por si só, formem água. A reacção só acontece de forma eficaz quando as moléculas são “activadas”, aceleradas e levadas a colidir com energia suficiente - e então, sim, pode formar-se água no fim do processo.

Comparar FCEV com BEV e com veículos de combustão ajuda a perceber por que razão o hidrogénio ainda não se impôs como via dominante rumo a um futuro neutro em carbono - uma espécie de “santo graal” do terceiro milénio.

A razão é física: embora a densidade energética do hidrogénio por quilograma seja cerca de três vezes superior à da gasolina, por ser o elemento mais leve precisa de ser fortemente comprimido para ganhar densidade - e, mesmo assim, continua longe de igualar a densidade energética volumétrica da gasolina.

Daí que o hidrogénio não seja uma solução particularmente feliz para motores de combustão interna, que são menos eficientes do que motores elétricos. Já perante um elétrico a bateria, há vantagens difíceis de ignorar: a pilha de combustível consegue gerar eletricidade em quantidades adequadas e, mesmo quando o sistema se aproxima do “vazio”, continua a produzir alta tensão - algo que não acontece da mesma forma com baterias.

É por isso que a gestão da bateria assume um papel determinante: evitar que a carga desça abaixo de um limite definido é vital para a durabilidade e para o funcionamento global do conjunto.

Pequena série ainda este ano e tração integral a seguir

Quem olhar para o BMW iX5 Hydrogen como um simples exercício de engenharia para entusiastas de tecnologia está a interpretar mal o projecto.

Até ao final do ano, está prevista a produção de uma pequena série do SUV a pilha de combustível. E, até ao fim da década, a estimativa aponta para que estas versões passem a custar aproximadamente o mesmo que as equivalentes a bateria, prometendo ainda ser 100 kg mais leves e oferecer uma autonomia semelhante.

Alguns meses depois, surgirá também uma variante iX5 Hydrogen com tração integral, obtida através da adição de um segundo motor elétrico no eixo dianteiro, montado sob o módulo da pilha de combustível.

Segundo a estratégia da BMW, BEV e FCEV devem assentar nas mesmas plataformas, porque as sinergias permitem controlar custos. A pilha de combustível utilizada num automóvel não é, em essência, diferente da aplicada num camião; além disso, o teor de platina tem vindo a ser reduzido gradualmente e esse material é recuperado de forma reciclada a partir de conversores catalíticos de veículos com motor de combustão interna.

Expansão da infraestrutura e o papel do AFIR

A convivência entre hidrogénio e mobilidade elétrica a bateria parece viável. De acordo com o estudo do Conselho do Hidrogénio intitulado “Roteiro para Emissões Zero”, o balanço de CO₂ entre BEV e FCEV não difere de forma dramática quando se considera todo o ciclo de vida.

Há ainda uma diferença logística relevante: nos elétricos a bateria, a eletricidade tem de ser gerada e disponibilizada de forma próxima e integrada na rede, enquanto o hidrogénio pode ser transportado por longas distâncias por navio ou por gasoduto.

Os Emirados Árabes Unidos têm explorado há algum tempo a possibilidade de usar energia solar para produzir hidrogénio verde, tendo criado um grupo de trabalho conjunto com a Alemanha.

Seja com origem solar ou eólica, o grande trunfo do hidrogénio é poder funcionar não apenas como “combustível”, mas também como energia armazenada.

Por um lado, dada a vasta rede de gasodutos existente, deverá ser possível dedicar alguns troços ao hidrogénio. Por outro, empresas como a Linde Engineering estão a estudar a hipótese de transportar dois gases nos mesmos tubos e separá-los no destino com recurso a membranas. Já foi inaugurada uma primeira fábrica-piloto em Dormagen (Alemanha).

A BMW apoia o AFIR (Regulamento de Infraestrutura de Combustíveis Alternativos), cujo objectivo é assegurar que a rede de postos de hidrogénio seja suficientemente densa para que a distância entre estações, ao longo dos principais eixos de tráfego, não ultrapasse 150 km.

Ainda assim, para a marca isso não chega: se depender da BMW, essa distância deverá cair para menos de 100 km até 2027.