Energías alternativas

CELDAS DE COMBUSTIBLE Y GENERACIÓN DISTRIBUIDA
CELDAS DE COMBUSTIBLE
La electricidad es la forma de energía más limpia, conveniente, segura y fácil de convertir en otras formas de energía como luz, calor, movimiento, sonido, etc. Sin embargo, los distintos sistemas y dispositivos actualmente disponibles para su obtención son relativamente ineficientes. Por ejemplo, en una turbina de vapor, elcombustible fósil primero se quema para producir calor. Luego, el vapor presurizado mueve unas turbinas. Finalmente, las turbinas impulsan un generador eléctrico. En cada uno de estos pasos se sacrifica energía. Como resultado, la eficiencia de la conversión proporcionada por este tipo de sistemas es apenas del 30% al 45%.
Una situación similar se presenta con las celdas solares (15-30%), lossistemas de combustión interna (10-25%), diesel (25-35%) y de gas (15-25%), y los métodos magneto-hidrodinámicos (55%), termoeléctricos (10-20%) y termoiónicos (15-45%). Actualmente, existe una tecnología que puede ofrecer niveles de eficiencia más elevados, superiores al 85%. Esta tecnología es la de las celdas de combustible.
Las celdas de combustible (fuel cells), basadas en un proceso inversoal de la electrólisis fue descubierto accidentalmente por Sir William Grove en 1839 mientras llevaba a cabo experimentos sobre la electrólisis del agua para producir hidrógeno y oxígeno. Grove descubrió que era posible revertir el proceso generando electricidad al recombinar hidrógeno y oxígeno para producir agua. Con ello se permiten lograr altos niveles de eficiencias debido a que no contienenpartes móviles y la pequeña cantidad de calor que se produce no es parte del ciclo de conversión. La primera aplicación práctica de una celda de combustible fue una unidad de 15 kW instalada en 1959 en un tractor. Sin embargo, su verdadero ‘destape’ llegó a partir de 1963 con la era espacial. Las cápsulas Gemini, Apolo y Skylab, así como otros vehículos espaciales, utilizaban o utilizan celdas decombustible como fuentes de potencia. Actualmente, el transbordador espacial utiliza celdas mucho más compactas, y unas diez veces más livianas que las de la nave Apolo, las que desarrollan una potencia de 12kW. De hecho las celdas de combustible han cumplido más de 25.000 horas de exitoso funcionamiento en el espacio.
Hoy incluso ya existen varias centrales generadoras de energía basadas enceldas de combustible, como una planta de 2 MW en Santa Clara (CA, USA) inaugurada a mediados de 1996. Las celdas de combustible han llegado también al hogar. En Julio de 1998, por ejemplo, se reportó la instalación de la primera celda de combustible doméstica, fabricada por Plug Power, en un hogar de Latham (NY, USA).
Actualmente existen diversos desafíos tecnológicos asociados con los materialesque componen una celda de combustible, con los cuales se busca disminuir el peso, tamaño, costo y lograr altas potencias específicas (Watts/Kg). Otro problema para el cual se están desarrollando diversas alternativas es el tratamiento, obtención y/o almacenamiento del combustible hidrógeno para las celdas, de forma tal de aumentar su confiabilidad y seguridad. En este aspecto las posibilidades sondiversas: almacenamiento en estado líquido, gaseoso a presión, o bien hidrógeno disociado mediante un proceso previo, directamente desde un combustible convencional como metano (gas natural), alcohol metílico o gasolina.
Actualmente, el principal interés en las celdas de combustible se concentra en el campo de las aplicaciones automotrices para su aplicación en vehículos eléctricos (EVs) y comosustitutos de los sistemas de combustión interna (ICEs) tradicionales, figura 1.

Figura 1. El hasta ahora imbatible motor de combustión interna (ICE) tiene sus días contados con los acelerados desarrollos en el campo de las celdas de combustible.
Estos últimos han estado en permanente desarrollo durante más de un siglo y han demostrado ser seguros, económicos, confiables y amigables con...