Pilhas de combustível 

As pilhas de combustível são conjuntos de células que são dispositivos electro-químicos nos quais se processa a conversão de energia contida nas ligações químicas do combustível e do oxidante directamente em energia eléctrica. As pilhas de combustível são utilizadas em aplicações específicas tais como em missões espaciais e em submarinos. No final do século XX os construtores automóveis iniciaram a apresentação de protótipos de veículos utilizando pilhas de combustível para a geração de energia eléctrica em veículos. Na década de 80 e 90 foram também desenvolvidas e instaladas várias unidades de cogeração utilizando pilhas de combustível, com potências eléctricas até 200 kW. As pilhas de combustível são ainda utilizadas para sistemas de fornecimento de energia eléctrica de segurança.  

Dos vários tipos de células de combustível existentes actualmente, as de electrólito de membrana de permuta ionica (PEM-Proton Exchange Membrane) são as mais divulgadas. Estas células funcionam utilizando hidrogénio molecular que não se encontra disponível na terra, pelo que é produzido para ser utilizado em pilhas de combustível.

O processo mais económico para a produção de H2 é por reformação em que é produzido a partir de outro combustível e vapor de água numa reacção endotérmica. O hidrogénio resultante encontra-se numa mistura contendo ainda CO, CO2, H2O e combustível que não reagiu. A presença de CO não é tolerada pelas pilhas de combustível tipo PEM requerendo assim um sistema de separação do H2 ou de conversão selectiva do CO em CO2. O segundo processo mais utilizado para a produção de H2 é a electrólise que é o processo inverso ao que ocorre nas pilhas de combustível.

Sendo as pilhas de combustível um dispositivo electro-químico, o papel da Engenharia Mecânica consiste no projecto e integração dos diversos equipamentos que fazem parte de uma instalação com pilha de combustível. Os reformadores ou outros equipamentos de conversão de combustíveis fósseis ou alcoóis em hidrogénio requerem um elevado grau de integração térmica. O IST participou no desenvolvimento de vários reformadores compactos (um tipo de processador de combustível), efectuando o estudo e projecto da integração térmica desse equipamento. Adicionalmente foi considerada a integração entre os vários componentes deste tipo de instalação onde se podem promover trocas de massa e energia entre vários componentes. O IST participou também na demonstração de uma instalação protótipo de micro cogeração utilizando pilhas de combustível.

A utilização de pilhas de combustível pode também ser integrada com as energias renováveis, utilizando energia eléctrica em excesso para produzir hidrogénio que armazena assim energia que pode ser fornecida a veículos ou convertida em energia eléctrica posteriormente. O IST promoveu e instalou um sistema deste tipo na ilha do Porto Santo. Esta tecnologia tem um rendimento limitado e por isso o IST pretende promover outros tipos de tecnologias utilizando baterias de fluxo para armazenamento de energia.