El Hidrógeno Como Vector Energético

Fundamentos de tecnología eléctrica
2009
Celdas de combustible: Las pilas de hidrógeno


Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación

Contenido
1. Introducción: - 1 -
2. El hidrógeno: - 1 -
 Ventajas: - 2 -
 Desventajas: - 2 -
3. Obtención del hidrogeno: - 2 -
4. Qué es una celda de combustible: - 3 -
a. Electrodos. - 3 -
b.Electrolito. - 5 -
c. Combustible. - 5 -
d. Catalizadores. - 6 -
6. Fundamento técnico: - 6 -
7. Análisis de operación de una celda de combustible: - 8 -
a. Trabajo eléctrico en una celda de combustión: - 8 -
b. Eficiencia ideal de una celda de combustión: - 8 -
c. Voltaje ideal en circuito abierto que genera la celda: - 9 -
8. Rendimiento de una celda de combustible real: - 9-
9. Aplicaciones para las celdas de combustible de hidrógeno: - 10 -
10. Análisis de un vehículo real propulsado por una celda de hidrógeno: - 13 -
a. Características del modelo Honda FCX 2006 V-FLOW - 13 -
b. Balance de masa - 14 -
c. Balance de energía - 14 -
d. Eficiencia energética - 15 -
e. Eficiencia exergética - 15 -
f. Emisiones ambientales - 15 -
11. Ventajasfrente a los sistemas actuales: - 16 -
12. Inconvenientes a las celdas de hidrógeno: - 16 -
13. Conclusiones: - 17 -
14. Bibliografía: - 18 -

1.
2. Introducción:
El modelo energético mundial está establecido en torno a un modelo de combustibles fósiles. Los combustibles fósiles suponen una fuente agotable de recursos además de un alto grado de contaminación atmosférica.Actualmente la crisis del petróleo está llevando a los países y empresas a investigar nuevas tecnologías para la obtención de electricidad para así construir un modelo energético sostenible. Algunas de estas tecnologías serian fuentes de energía renovable (energía solar, eólica, biomasa, etc.), biocombustibles o el uso del hidrogeno que tiene múltiples aplicaciones (empleo en equipos de combustiónpara generación combinada de calor y electricidad, utilización en pilas de combustible para propulsión eléctrica en el transporte, generación de electricidad, etc.)
Dentro de este último punto vemos que el hidrógeno, como vector energético, se presenta como uno de los candidatos ideales; a lo largo de este escrito analizaremos una de las nuevas tecnologías: las pilas de combustible de hidrogeno.
Laprimera celda de combustible fue construida en 1839 por Sir William Grove. Sin embargo, las prestaciones de la pila eran limitadas y no fue hasta el año 1952 cuando se logró un verdadero avance: Francis Bacon presentó una pila que otorgaba 5kW.  No obstante, la gran utilidad de las celdas de combustible  llegó a comienzos de los años 60"s cuando se desarrollaron para el programa espacial de losEstados Unidos debido a su seguridad y confiabilidad. Los reactivos de la celda utilizada eran hidrógeno y oxígeno y el producto era agua. Fueron estas celdas las que proporcionaron electricidad y agua a la nave espacial Apolo.
Actualmente la compañía United Technologies Company  (UTC) ha desarrollado vehículos de transporte cuya fuente de energía son las celdas de combustible, alcanzando de estamanera el objetivo de producir vehículos de cero emisiones.
A esto se suman compañías prestigiosas de automóviles tales como Honda, General Motors y Toyota que se encuentran desarrollando modelos  propulsados por celdas de combustible.
3. El hidrógeno:
El hidrógeno es el átomo más ligero y simple de todos los elementos del sistema periódico, con número atómico uno y peso atómico 1,00794g/mol. En condiciones normales de presión y temperatura es un gas biatómico de fórmula H2, no tóxico y muy inflamable (sobre todo en contacto con flúor y cloro), incoloro e inodoro. Su punto de ebullición de tan sólo 20,27 K (-252,88 ºC) y un punto de fusión de 14,02 K (-259,13 ºC).
El hidrógeno, a pesar de ser el elemento químico más abundante del universo, es un combustible que no se puede...