1283-4999-1-SM

Celdas de Combustible

Alternativa energética acorde con el desarrollo sostenible y el cuidado del ambiente

Leomar Acosta-Ballesteros

Profesor

Facultad de Ciencias y Tecnología

Universidad Tecnológica de Panamá

image image

Actualmente la tecnología ocupa un lugar relevante en nuestra sociedad. Esto produce, entre otras cosas, incrementos en la deman- da eléctrica, sin dejar de crecer.

Las formas tradicionales de producción de ener- gía basada en combus- tibles fósiles, presionan fuertemente el ambiente al producir gases de in- vernadero, como el mo- nóxido de carbono (CO), y contaminantes basados en Óxido de Nitrógeno (NOx) y óxido de sulfuro (SOx). Estudios recientes, indican que las emisiones contaminantes antropo- génicas, aumentaron un 80%, en el último cuarto del siglo pasado, llevando la temperatura del plane- ta a incrementarse entre 2,5 a 6,0 °C. Además, las fuentes de combustibles fósiles tendrán un máximo (Teoría del pico de Hub- bert) y la mayor parte de las centrales nucleares del mundo, alcanzarán su vida útil a mediados de este si- glo (y los residuos nuclea- res son muy costosos de manejar). Este panorama compromete seriamente nuestro desarrollo. Una posible solución, es utili- zar celdas de combustible, como fuente de energía.

Son un sistema de flujo estable, de tipo galvánica, donde tanto el combus- tible como el oxidante se suministran desde una fuente externa, transfor- mando la energía quími- ca en eléctrica, sin com- bustión, sin contaminar el aire y el agua, en un proceso directo, mediante reacciones de reducción y oxidación en presencia de un catalizador. Sus pro- ductos principales son la corriente eléctrica, el calor y el agua. Son dispositivos electroquímicos similares a las baterías convencio- nales. Tienen en común los electrodos positivos, negativos y el electrolito. Pero a diferencia de las ba- terías, donde el suministro de energía es por un inter- valo de tiempo definido, luego del cual deben ser recargadas o desechadas, las celdas de combustible producen energía eléctri- ca, mientras reciban com- bustible y oxidante.

Fueron ideadas por el in- glés William Robert Gra- ve, a partir de un experi- mento realizado en 1839. Su experimento, consistió en generar electricidad a partir de reacciones quí- micas entre el hidrógeno y el oxígeno, en un pro- ceso inverso a la electró- lisis. Unió cuatro celdas, cada una formada por un electrodo con hidrógeno y otro con oxígeno, sepa- rados por un electrolito. La reacción generaba una pequeña corriente eléc- trica. Estos resultados, no despertaron mucho entu- siasmo. Pasarían casi 120 años, para que en 1960 la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio, las aplicase inno- vadoramente, en los pro- yectos Apolo y Géminis.

Como todo dispositivo, tienen ventajas y ventajas están: alta eficiencia por celda (hasta el 70%), lo cual permite que la eficiencia del sistema sea independiente del tamaño de la planta, cero emisión y ruido, mantenimiento sencillo por la falta de partes móviles (simplicidad), algunas expulsan grandes cantidades de calor, la cual puede emplearse para calentar agua o calefacción, aumentado la eficiencia del sistema (cogeneración), utilizan diversos tipos de combustibles y electrodos, tienen altas densidades energéticas (es tres veces la de un dispositivo que 500,00 mientras que, para un generador a base de diésel, el costo es de B/. 1 500,00 por kW Hora), pocos proveedores con respecto a otras fuentes convencionales de energía, ciclo de vida reducido y pérdida de la eficiencia con el tiempo, por desgastes de los electrodos, uno de los principales combustibles de las celdas, es el hidrógeno

El manejo y producción del mismo,es costoso con la actual tecnología, por otro lado,las empresas preparadas para cantidad necesaria de Hidrógeno para suplir la demanda de consumo energético.

En la Facultad de Ciencias y Tecnología de la Universidad Tecnológica de Panamá, se investiga cómo aumentar la vida útil de las celdas de combustible y también mejorar la producción de hidrógeno, a partir de materiales de desecho, por medio de trabajos de graduación de la Maestría en Ciencias Física.

A continuación, se presenta una tabla con la principales celdas y sus principales características.

Tabla 1. Tipos de celdas de combustible

DENOMINACIÓN DE LA CELDA DE COMBUSTIBLE CARACTERÍSTICA
Ánodo Cátodo Electrólito Aplicaciones
DE MEMBRANA DE INTERCAMBIO PROTÓNICO Platino A base de agua Vehículos
DE METANOL Platino Rutenio Platino A base de membrana polimérica A base de membrana polimérica
DE ÁCIDO FOSFÓRICO

Papel de Carbón cubiertos con catalizadores de Platino De ácido fosfórico líquido en una matriz de silicio carburo Generadores estacionarios de 100 kW a 400 kW.
ALCALINAS Níquel y óxido de Níquel Carbono dopado con Platino. De Hidróxido de Potasio en agua (solución alcalina) Utilizada en el transbordador espacial de la NASA y el proyecto Apolo.
ÓXIDO SÓLIDO Diferentes de materiales (no platino) Óxido de Zirconio en una matriz cerámica porosa. Generadores estacionarios para casas, comercio o móviles como los trenes del orden del kilowatts.
DE CARBONATO FUNDIDO Diferentes de materiales (no platino) Sal carbonatada molten, suspendida en una matriz cerámica porosa.

Plantas de orden de los megawatts, se utiliza en combinación con plantas térmicas.


Copyright (c) 2017 El Tecnológico

Licencia de Creative Commons
Este obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.



© 2016 Portal de Revistas de la Universidad Tecnológica de Panamá
Este sitio es un componente del proyecto UTP-Ridda2
Utilizando Open Journal Systems