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

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