24/11/2011 - Nueva pila de combustible

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Un nuevo tipo de célula de combustible puede consumir casi cualquier tipo de combustible y operar a una temperatura relativamente “baja”.

Seamos honestos. La mejor forma conocida de almacenar la energía necesaria para un medio de transporte autónomo es la gasolina. Es contaminante, contribuye al calentamiento global, es cara, fomenta guerras y regímenes dictatoriales, pero para almacenarla basta con un simple depósito no presurizado y además la energía que proporcionada por kilo o litro es enorme. Hasta su nombre tiene una sonoridad bonita.

Un automóvil eléctrico saldría barato si no fuera por las baterías, que son carísimas y proporcionan una autonomía ridícula, pese a que la eficiencia del motor eléctrico es muy alta. Pero, por otro lado, el motor de explosión interna tiene un rendimiento pésimo y desperdicia en forma de calor la mayor parte de la energía contenida en la gasolina.

Las pilas de combustible se desarrollaron para el programa Apolo y básicamente son pilas químicas que combinan hidrógeno y oxígeno gracias a la mediación de un catalizador y producen electricidad y vapor de agua. Digamos que funcionan a la inversa de una electrolisis. Tienen un rendimiento que es el triple que el que tienen los motores de explosión interna.

Desde hace años se especula con la utilización de pilas de combustible de este en automóviles eléctrico. Se usaría un motor eléctrico alimentado con la energía producida por unas pilas de este tipo y no serían necesarias grandes baterías convencionales. El repostaje sería muy similar al actual y se realizaría en poco tiempo. Pero hay dos problemas. El primero es la carestía de los catalizadores empleados en este tipo de pila de combustible y otro es la gran dificultad que hay a la hora de almacenar hidrógeno. Además, están los problemas de distribución y producción de este gas, pues tampoco hay fuentes de hidrógeno en la Naturaleza, a no ser que nos vayamos al Sol o a Júpiter. La idea sería producirlo de alguna forma barata y, si no es mucho pedir, alternativa, quizás gracias a la energía solar. Hasta el momento no se han solucionado ninguno de estos problemas.

Lo ideal es que una pila de combustible pudiera funcionar con cualquier tipo de combustible y no solo con hidrógeno. En las pilas de combustible tradicionales se usa la tecnología basada en la membrana de intercambio de protones o (PEM en sus siglas inglesas) y sólo funcionan con hidrógeno.

Pero también están la pilas de combustible de óxido sólido (SOFC en sus siglas inglesas) que pueden consumir gasolina, gas natural, propano, metanol, alcohol, biodiesel o gasóleo. De hecho, pueden oxidar casi cualquier combustible, tienen un rendimiento del 60% y no necesitan platino ni ningún metal caro y raro.

Entonces, ¿por qué no vemos ya en el mercado automóviles que usen esta tecnología? La razón es que estas pilas operan a alta temperatura, normalmente a 800 grados centígrados en lugar de a los 80 a las que operan las PEM. Esto no es un inconveniente muy grave para un sistema generador que funcione sin parar, pero sí lo es para usarlo en un automóvil. Se necesita un tiempo para alcanzar la temperatura de operación y este proceso además consume energía.

La compañía californiana Bloom Energy ya vende generadores SOFC que proporcionan tanto electricidad como calor que están alimentados por gas natural, aunque son instalaciones que están fijas en tierra. Venderá sus pilas de combustible para una instalación en Delaware que tendrá 30 Megavatios de potencia. Todo esto con la tecnología ya existente.

Es aquí donde entra la noticia que vamos a relatar. Eric Wachsman, de University of Maryland, y su equipo han conseguido desarrollar una pila de combustible tipo SOFC que trabaja a una temperatura de “sólo” 650 grados centígrados.

La célula de combustible que han desarrollado consiste en una bicapa de electrolito que es 100 veces más conductora que los electrolitos convencionales basados en zirconita operando a la misma temperatura. Apilando varias de estas células se consigue producir 3 kilovatios de electricidad por kilogramo de material. Es decir, más que un motor de combustión interna en un tercio de su tamaño.

Esta rebaja de la temperatura se intentó en el pasado usando escandio, que éste es un elemento raro y caro. En este caso no se utiliza dicho metal de transición.

De entrada este tipo de pila de combustible quizás ya se podría usar en aeroplanos de vigilancia autónomos o en trenes o camiones pesados que tengan que estar funcionando por largos periodos de tiempo, además de en las aplicaciones no móviles ya existentes.

Se pueden concebir estaciones a gas natural que produzcan electricidad y calor con un 85% de eficiencia. Estas estaciones proporcionarían electricidad a los hogares además de calor para el agua caliente o calefacción. Todo ello con menos emisiones que en la actualidad (incluidos los ruidos). El inconveniente sería el sobreprecio debido a los impuestos que tiene el uso de los combustibles convencionales para su uso doméstico en algunos países.

Ya se piensa en comercializar estaciones de 100 o 250 kilovatios de este tipo para usos industriales o incluso para alimentar las granjas de ordenadores de algunas compañías de alojamiento web.

Si se desarrollaran pilas de combustible que operaran a temperaturas aún más bajas sería posible usarlas en automóviles sin cambiar en nada todas las infraestructuras existentes y sin necesidad de desarrollar infraestructuras nuevas. Se podría implantar esta tecnología de manera instantánea. Quedaría, eso sí, la asignatura pendiente de desarrollar una manera de producir esos combustibles de la manera más ecológica posible, ¿alcohol solar quizás? Pero incluso si todavía usamos derivados del petróleo al menos se consumiría muchos menos combustible y esto retrasaría unos años el fin del mundo tal y como lo conocemos y quizás el de la propia especie humana.

¿Se imagina el lector conduciendo un auto con prestaciones superiores a los actuales pero que consuma un litro o dos cada cien kilómetros?

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