Questão de Química — Transformações Químicas e Energia — VUNESP 2025

Célula a combustível a etanol: funcionamento e sustentabilidade

Gabarito: letra D. A emissão de dióxido de carbono ($CO_2$) proveniente da queima ou oxidação do etanol é considerada neutralizada pelo ciclo do carbono, uma vez que a cana-de-açúcar, durante seu crescimento, absorve o mesmo gás da atmosfera via fotossíntese, tornando o processo globalmente mais sustentável.

O esquema apresenta um sistema de célula a combustível de óxido sólido (SOFC) que utiliza etanol. O processo inicia-se no reformador, onde o etanol é convertido em hidrogênio ($H_2$) e $CO_2$ através de reações químicas que consomem calor. O hidrogênio segue para o ânodo do módulo SOFC, onde sofre oxidação, enquanto o oxigênio é reduzido no cátodo, gerando eletricidade e água como subproduto. O $CO_2$ gerado no reformador e o calor reaproveitado são características típicas desse sistema.

Alternativa A — ❌ Incorreta

O gás hidrogênio ($H_2$) atua como agente redutor no ânodo da célula, pois ele perde elétrons (sofre oxidação) ao reagir com íons oxigênio, e não como agente oxidante.

Alternativa B — ❌ Incorreta

No reformador ocorre a reforma do etanol (reação de reforma a vapor ou oxidação parcial), que gera hidrogênio e $CO_2$. Contudo, o $CO_2$ não é resultado de uma "combustão" no sentido tradicional de queima direta para geração de energia térmica, mas sim de um processo de conversão química catalítica.

Alternativa C — ❌ Incorreta

Embora o módulo SOFC seja o local da reação eletroquímica principal, o reformador também envolve transformações químicas (reações de oxirredução e reforma) necessárias para preparar o combustível, logo, não é o único local de reações desse tipo.

Alternativa D — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Esta alternativa reflete o conceito de neutralidade de carbono associado aos biocombustíveis: o $CO_2$ emitido na utilização do etanol é compensado pela fixação de carbono realizada pela cana-de-açúcar durante o seu desenvolvimento, fechando o ciclo do carbono.

Alternativa E — ❌ Incorreta

No módulo SOFC, o cátodo é o polo positivo, onde ocorre a redução do oxigênio ($O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{2-}$), enquanto o ânodo é o polo negativo, onde ocorre a oxidação do hidrogênio ($H_2 + O^{2-} \rightarrow H_2O + 2e^-$).