Questão 76 do ENEM 2013 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos entender como funciona uma pilha de combustível, que é o dispositivo mencionado no texto como responsável por fornecer energia para a tração do ônibus.

Uma pilha de combustível é um dispositivo eletroquímico, semelhante a uma bateria, que converte continuamente a energia química de um combustível (neste caso, o gás hidrogênio, $H_2$) e de um oxidante (o gás oxigênio, $O_2$) diretamente em energia elétrica.

Na pilha de combustível de hidrogênio, ocorrem as seguintes semirreações:

1. No ânodo (polo negativo): O gás hidrogênio sofre oxidação, perdendo elétrons. $H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-$

2. No cátodo (polo positivo): O gás oxigênio sofre redução, ganhando os elétrons que vieram do ânodo através de um circuito externo. $\frac{1}{2}O_2 + 2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2O$

Reação global: $H_2 + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow H_2O$

O fluxo de elétrons ($e^-$) que viaja do ânodo para o cátodo pelo circuito externo constitui uma corrente elétrica. É exatamente essa eletricidade gerada pela reação de oxirredução que alimenta o motor elétrico do ônibus. O motor elétrico, por sua vez, converte essa energia elétrica em energia cinética (energia de movimento), fazendo o ônibus andar.

Diferentemente de um motor a combustão (que queima combustível para gerar calor e expandir gases, movimentando pistões), a pilha de combustível não depende de calor ou expansão gasosa para gerar movimento. Ela gera eletricidade de forma direta, silenciosa e limpa, tendo como único subproduto a água ($H_2O$).

Portanto, a energia cinética do ônibus é oriunda da eletricidade gerada pela reação de oxirredução entre o hidrogênio e o oxigênio.