Nesta entrevista técnica, conversamos com Camilo Wartenberg, Diretor para a América Latina do H2 Grand Prix, sobre como funciona de fato o sistema de propulsão a hidrogênio que compete na pista no programa H2 Grand Prix Pro (H2GP Pro). O objetivo: explicar, com o nível de detalhe que um professor ou estudante de engenharia precisa, o caminho completo desde a célula de combustível até o eletrolisador que produz o combustível na própria oficina escolar.
A célula de combustível: o coração híbrido do carro
1. O que é exatamente o H2 Grand Prix Pro e o que uma escola técnica ou universidade recebe ao se inscrever?
O H2 Grand Prix Pro, ou H2GP Pro, é o programa de corridas de carros a hidrogênio da Horizon Educational. Não é apenas uma competição: é um laboratório de engenharia completo entregue a cada equipe. Quando uma escola técnica ou universidade se inscreve, recebe um kit de carro RC em escala aproximada de um décimo de um veículo real, com chassi, motores, controlador de radiofrequência, eletrônica de potência e, o mais importante, um sistema completo de célula de combustível de hidrogênio. A isso se soma um eletrolisador de bancada que permite à equipe produzir seu próprio hidrogênio na oficina ou laboratório, sem depender de que alguém externo o entregue já envasado. É, literalmente, uma estação de energia de hidrogênio em escala de sala de aula.
2. Você mencionou que o carro é um híbrido. Com o que ele se parece no mundo real?
Conceitualmente funciona exatamente como os veículos de hidrogênio que já circulam em ruas reais, como o Toyota Mirai ou o BMW iX5 Hydrogen: um sistema em que a célula de combustível não substitui a bateria, mas trabalha junto com ela. Dentro do próprio regulamento do H2GP Pro existe justamente uma categoria chamada Hybrid, na qual a equipe precisa equilibrar a potência entregue pela célula de combustível com uma bateria e com supercapacitores que absorvem os picos de demanda de energia — por exemplo, ao acelerar ou ao sair de uma curva. Esse é exatamente o mesmo problema de engenharia que os fabricantes de carros de hidrogênio reais resolvem: a célula de combustível entrega uma potência estável e contínua, mas um carro precisa de picos de potência instantâneos, e é aí que entra o sistema híbrido.
3. Vamos falar do coração do sistema, a célula de combustível. Como ela funciona e que potência entrega?
A célula de combustível que esses veículos usam é uma célula PEM, de membrana de troca de prótons, de 30 watts. É uma pilha de catorze células individuais conectadas em série, muito compacta, que entrega cerca de 8,4 volts a 3,6 amperes no ponto máximo. Seu funcionamento é elegante: de um lado entra hidrogênio, do outro entra oxigênio do ar, e dentro da membrana ocorre uma reação eletroquímica controlada em que o hidrogênio se separa em prótons e elétrons. Os elétrons são forçados a percorrer um circuito externo — essa é a corrente elétrica que move o carro — e ao final do processo, prótons, elétrons e oxigênio se recombinam formando água como único subproduto. Não há combustão, não há emissões de carbono, e o único resíduo que sai do escapamento, se é que se pode chamá-lo assim, é vapor de água.
O ciclo do hidrogênio: do eletrolisador à pista
4. Além do carro, você mencionou que recebem um eletrolisador. O que é isso e como se relaciona com o HydroFill?
O eletrolisador é a peça que fecha o círculo educativo. O HydroFill também é um eletrolisador do tipo PEM, mas funciona ao contrário da célula de combustível: em vez de combinar hidrogênio e oxigênio para gerar eletricidade, ele pega eletricidade da rede e água destilada, e usa essa eletricidade para quebrar a molécula de água em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio produzido não é armazenado como gás comprimido em alta pressão, o que seria perigoso em uma oficina escolar — em vez disso, é carregado em cilindros de hidreto metálico, entre os cilindros de hidrogênio mais pequenos e compactos que existem para uso educacional. Esses cilindros absorvem o hidrogênio em estado sólido, dentro da estrutura do hidreto metálico, a baixa pressão. Isso os torna extraordinariamente seguros: são cilindros aprovados até mesmo para transporte aéreo segundo as normas da IATA, algo impensável com um cilindro de gás comprimido convencional. Para os estudantes, isso significa que podem fabricar, armazenar e transportar seu próprio combustível dentro do mesmo estabelecimento, com um nível de risco comparável ao de uma bateria recarregável.
Os cilindros de hidreto metálico do HydroFill são aprovados para transporte aéreo segundo as normas da IATA — um nível de segurança impensável com hidrogênio comprimido convencional, e comparável ao de uma bateria recarregável.
5. Como isso se conecta com o que os estudantes aprendem sobre eletrólise?
É aí que está o verdadeiro valor pedagógico do programa: os estudantes veem os dois lados da mesma reação química funcionando na mesma bancada de trabalho. Por eletrólise, aprendem a separar a molécula de água, H₂O, em seus dois componentes: hidrogênio no cátodo e oxigênio no ânodo, usando corrente elétrica. Depois, na célula de combustível, veem exatamente a reação inversa: o hidrogênio e o oxigênio se recombinam para liberar essa mesma energia em forma de eletricidade, mais a água como subproduto. Não é uma aula teórica sobre o ciclo do hidrogênio, é o ciclo do hidrogênio acontecendo fisicamente diante deles, com instrumentos que eles mesmos montam, testam e ajustam.
Engenharia de corrida: peso, aerodinâmica e gestão de energia
6. Além da química, que conceitos de engenharia as equipes aplicam para melhorar o carro?
É aí que o programa se torna um projeto de engenharia real e não apenas um experimento de laboratório. As equipes precisam resolver o mesmo tipo de decisões que qualquer engenheiro automotivo enfrenta: onde posicionar a célula de combustível e o cilindro de hidrogênio para obter a distribuição de peso correta entre os eixos, como reduzir a resistência aerodinâmica da carroceria, qual relação de transmissão usar para equilibrar torque e velocidade máxima, e como gerenciar eletronicamente a divisão de potência entre a célula de combustível e a bateria para não desperdiçar hidrogênio nos trechos em que a potência máxima não é necessária. Cada grama de hidrogênio consumido a mais significa uma recarga adicional nos boxes, e cada recarga significa tempo perdido na pista. Assim, acabam otimizando o carro não apenas para ser rápido, mas para ser eficiente energeticamente — exatamente o mesmo desafio que a indústria automotiva de hidrogênio enfrenta hoje em escala real.
7. E na pista, como funciona a corrida em si, o formato da competição?
O formato é de resistência, ao estilo das 24 Horas de Le Mans. O regulamento oficial do H2GP Pro permite corridas de duas a seis horas — a final mundial corre seis —, e nas edições que coordenamos na América Latina normalmente competimos em um formato de quatro horas contínuas. Não vence o carro mais veloz em uma volta rápida, vence a equipe que completar o maior número de voltas dentro desse tempo. Isso muda completamente a estratégia: um carro pode ser muito rápido, mas se consumir hidrogênio demais e precisar entrar nos boxes para recarregar com mais frequência, acaba perdendo para um carro mais lento, porém mais eficiente, que passa menos tempo parado. É exatamente a mesma lógica que rege o automobilismo de resistência real: gestão de combustível, gestão térmica do sistema, planejamento de paradas nos boxes e consistência ao longo de horas, não apenas velocidade máxima. Por isso o H2GP Pro acaba sendo, na prática, um curso intensivo de engenharia de sistemas de energia aplicado a um veículo real, só que em escala de bancada de trabalho e de escola técnica.
O programa na pista: H2 Grand Prix Chile 2024
O vídeo a seguir, gravado pela equipe da Districalc, mostra as equipes chilenas competindo no H2 Grand Prix Chile 2024 — da preparação nos boxes à ação na pista.
Sua instituição quer competir no H2 Grand Prix Pro?
A Districalc distribui os kits H2GP Pro e o eletrolisador HydroFill na América Latina, e acompanha escolas técnicas e universidades desde a inscrição até a pista. Entre em contato para levar este laboratório de engenharia de hidrogênio à sua instituição.
Contate-nosReferências
- Horizon Educational. H2GP Pro — Especificações Técnicas. Disponível em: h2grandprix.com
- International Air Transport Association (IATA). Dangerous Goods Regulations — disposições para sistemas de armazenamento de hidreto metálico.
- Toyota Motor Corporation. Mirai Fuel Cell Technology Overview. Disponível em: toyota.com
- H2GP / Horizon Educational. Official H2GP Pro Rulebook — formato e duração da corrida. Disponível em: h2gp.org/programs/h2gp-pro