Célula de combustible más efectiva
(NC&T) Una economía del hidrógeno no es un sistema absolutamente limpio, pues hay que procesar combustibles fósiles en una planta para producir el hidrógeno así como desarrollar una infraestructura para usar este combustible en los vehículos.
Según Scott A. Barnett, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Northwestern University, él y su colaborador han evitado estas barreras tecnológicas uniendo la planta de hidrógeno con una célula de combustible de alta temperatura en una unidad compacta que tiene una eficiencia de hasta el 50 por ciento.
Barnett y el estudiante graduado Zhongliang Zhan han presentado el desarrollo de la nueva célula de combustible de óxido sólido, o SOFC, que convierte el iso-octano, compuesto de alta pureza similar a la gasolina, en hidrógeno, que es usado por la célula para producir energía. Las células podrían conducirnos a una fuente de energía eléctrica rentable, limpia y eficiente para aplicaciones que van desde la aviación y los hogares hasta automóviles y camiones.
A pesar de haberse demostrado sólo a pequeña escala, se espera que las células de combustible de Barnett y Zhan tengan una eficiencia del 50% cuando se usen en un generador de tamaño comercial. A mayor eficiencia, menos combustible se consume y menos dióxido de carbono, gas relacionado con el efecto invernadero, se produce. Los motores de combustión interna tienen una eficiencia de no más de un 10 a un 15 por ciento. Se calcula que las células de hidrógeno que requieren plantas de hidrógeno y la nueva infraestructura tienen una eficiencia de un 29 por ciento, mientras que los vehículos híbridos gasolina/eléctricos comerciales ya han logrado un 32 por ciento.
"El advenimiento de los vehículos híbridos ha hecho que los investigadores reconsideren el uso del hidrógeno como combustible", dijo Barnett, quien prevé que sus nuevas células de combustible se desarrollen para el uso en una tecnología híbrida de baterías/SOFC destinada a la propulsión de vehículos o en las unidades de energía auxiliares.
Una célula de combustible es como una batería que puede llenarse con el combustible fresco. Consiste en dos electrodos intercalados alrededor de un material electrolito que conduce los iones entre ellos. El oxígeno entra al cátodo dónde se combina con los electrones y se separa en iones que viajan a través del electrolito para reaccionar con el combustible en el ánodo. Las células de combustible no son contaminantes, pues el agua y dióxido del carbono son sus únicos subproductos. En el proceso, los iones de oxígeno que atraviesan el electrolito producen electricidad, además del calor que se genera.
Debido a que las células de combustible convencionales operan a altas temperaturas (entre 600 y 800 grados), Barnett advirtió que el calor podría usarse internamente para el proceso químico de obtención de hidrógeno, eliminando la necesidad de plantas de hidrógeno de eficiencia relativamente baja. Barnett y Zhan encontraron que la temperatura óptima para su sistema es de 600 a 800 grados.
Lo realmente importante de la nueva célula de combustible es una delgada capa catalizadora especial, a través de la cual fluye el hidrocarburo hacia el ánodo. Esa capa porosa, que contiene circonio estabilizado y cantidades pequeñas de los metales rutenio y cerio, convierte química y limpiamente el combustible en hidrógeno.
Uno de los mayores inconvenientes de usar las células de combustible de óxido sólido es el carbono que se deposita sobre el ánodo debido a las altas temperaturas. Pero la delgada película catalizadora, junto con la adición de una cantidad pequeña de oxígeno, elimina esos depósitos, haciendo esta tecnología viable para su desarrollo en investigaciones futuras.
"El inconveniente principal de las células de combustible ha sido su complejidad y alto costo" -señala Barnett-. "El diseño simple de nuestro sistema es una gran ventaja para un amplio rango de aplicaciones. Por ejemplo, imagine una unidad suficientemente barata como para ser usada como energía auxiliar en automóviles o camiones diesel. Ésta suministraría electricidad de forma continua, limpia, silenciosa y eficaz, incluso cuando el motor no estuviera funcionando".
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