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Referencias sobre el hidrógeno y las pilas de combustible

Referencias sobre el hidrógeno y las pilas de combustible

Al hilo de Biocarburante y La Sombra, he estado desempolvando las referenicas, enlaces y documentación que tengo relacionadas con la tecnología del hidrógeno y las pilas de combustible.

Es inevitable asociar intimamente las tecnologías del hidrógeno con las energías renovables y si se piensa en un futuro prometedor de estas energías, es obligado considerar el hidrógeno y, en particular, las pilas de combustible.

Son tres las barreras que se le atribuyen a las energías renovables: su limitada capacidad para abastecer todas las necesidades, el suministro variable en función de condiciones no controlables y la imposibilidad de almacenamiento. Bueno, esta última está derivada del tipo de energía que se suministra, la electricidad. No voy a entrar en la primera pega, pero sí en las dos siguientes, ya que para solventar ellas dos se está desarrollando todas las tecnologías de hidrógeno, tanto la obtención como su aprovechamiento. No es la primera vez que hablo de esto en el blog .

Las tecnologías de hidrógeno, como bien se ha dicho, es un conjunto de ellas que permiten almacenar energía en forma de hidrógeno para que pueda ser aprovechable cuando sea requerido. La primera de las formas que se nos puede ocurrir es quemarlo como buen combustible (totalmente limpio) pero tiene una gran inconveniente que se llama Carnot, cuyo ciclo formado por dos isóbaras y dos adiabáticas es el de mayor rendimiento para dos temperaturas (máxima y mínima) consideradas:

 

 

En definitiva, que si quemamos el hidrógeno llegando a 1.000 K (1273 ºC) y con un foco frío de 303 K (30 ºC) el máximo rendimiento que podríamos alcanzar, teóricamente es del 70 %. Teniendo en cuenta que el ciclo de Carnot, industrialmente es muy complicado y se utilizan otros pocesos y si sumamos las pérdidas producidas en un sistema real, el rendimiento cae en picado. Oí decir que para dos dos temperaturas dadas (máxima y mínima), el paso de un ciclo de Carnot a un ciclo real suele redundar un una reducción a la mitad del rendimiento. En nuestro ejemplo, estaríamos en el 35%. Como referencia, una central térmica convencional no llega al 40% y un ciclo combunado ronda el 56%. Y es que las temperaturas son más altas.

¿Y si nos saltamos el ciclo termodinámico para que no tengamos al limitación de Carnot? Veamos, la energía del hidrógeno es química, pues busquemos un proceso electroquímico que transforme directamente la energía química en eléctrica, evitándonos transformarla en calor y después en cinética de la que un generador pueda obtener electricidad. Aquí está la pila de combustible. No me voy a poner a elucubrar sobre el origen del nombre que, en cualquier caso, seguro que fue en inglés: "fuel cell", por lo que a veces también se llama "célula de combustible". A mí me parece que es muy acertado lo de pila, ya que el mecanismo es el mismo que cualquier pila o batería y utiliza un combustible. El efecto es como si se quemase el hidrógeno, ya que se combina con oxígeno y da lugar a agua. No se quema porque no hay llama, pero sí hay una oxidación, pero como si fuese en dos pasos, en dos zonas diferentes, de tal forma que obligas a que haya un paso de electrones de una zona a otra por donde te interese, generando electricidad.

Lo bueno de las pilas de combustible es que teóricamente, el rendimiento máximo es el 100 %, al contrario que un ciclo termodinámico, así que no tenemos esa limitación que lastraba enormemente al hidrógeno como método de almacenamiento de energía. En la práctica, este rendimiento no es tanto, aunque puede ser muy superior a los ciclos termodinámicos reales con sistemas muy compactos. El resto de la enrgía se libera en forma de calor, que en gran medida, podría ser utilizadas. La gran aspiración es montar unidades domésticas que puedan generar electricidad y calor a una casa o edificio. Podrían alcanzarse rendimientos energéticos del 80% ¿o superiores?

El futuro de las pilas de combustible es prometedor, pero creo que no se sabe muy bien hasta dónde puede llegar, ya que aunque sea una tecnología actual, le queda mucho por madurar. Necesita horas de funcionamiento, mejorar la fiabilidad, mejorar los componentes, abaratar, aumentar las tiradas. Para que os hagáis una idea: tú puedes comprar una pila de combustible, pero, según me dijeron en un curso, no te dan garantía. Y si la exiges, muy fácil, echan unas cuentas sobre las posibilidades de fallo durante el periodo de garantía y si creen que se puede romper dos veces, te la venden el doble de cara. Así son las cosas, ya está la tecnología pero su difusión masiva se espera que tarde todavía unos 30 años. Para entonces seguramente ya estará lo suficientemente madurada y la logística suficientemente desarrollada para que se pueda empezar a montar una auténtica economía energética de hidrógeno.

Mi primer contacto con las pilas de combustible fueron en la carrera, en 5º curso, cuando un profesor me pasó un libro en inglés llamado "Fuel Cell Systems", editado por Plenum Press. Es muy completo, ya que tratan temas desde la situación energética, historia y tecnologías, pasando por aspectos económicos o perspectivas, pero quizás esté un poco anticuado, ya que es del año 1993.

Es paso obligado internet y, sobre todo Fuel Cell Today que, quizás sea la web más completa y más documentada que he podido encontrar. Para empezar, recomiendo echar un vistazo al kit documental educativo y especialmente a un par de artículos: The Basis y The Technology, donde explican en una página cada uno (y en inglés) lo imprescindible para manejarse en el mundo de las pilas de combustible. En más detalle, han empezado a publicar una serie de artículos (van por la primera parte) sobre la historia de las pilas de combustible y otra serie que detallan (unas 12 páginas por artículo) cada una de las tecnologías -tecnología, hitos históricos, mercado, empresas, mercado o perspectivas. Por ahora han explicado la PEM (Protone Exchange Membrane) y las Alcalinas.

Si os interesan las pilas de combustible pero no os defendéis con el inglés es una pena, porque en español hay mucha menos documentación. Es paso obligado Pilasde.com. Fundamentalmente podréis encontar información sobre congresos y actividades formativas. Esta página la lleva Ariema, empresa consultora en temas de hidrógeno, que suele hacer cursos muy interesantes. Yo hice uno en el Colegio de Ingenieros Industriales de Madrid y es uno de los mejores que he asistido en este Colegio. Es curioso echar un vistazo a los kits educacionales y otros aparatitos que tienen en catálogo.

Siguiente etapa, la Asociación Española del Hidrógeno, cuya página web no es una maravilla informativa pero puede valer el área de ponencias. En cada país, en cada región, se han montado asociaciones formadas por empresas y entidades interesadas en difundir y promocionar la tecnología del hidrógeno. Me dio por pasar por la International Association for Hydrogen Energy y la verdad es que me ha decepcionado. Sin lugar a duda, mucho mejor Fuel Cell Today.

Os enlazo unos articulos que tengo (en pdf, comprimidos en zip). Tengo unos 20, pero sólo 2 escaneados:

Sin Baterías (Células de combustible miniaturizadas) Revista Dyna, marzo 2002, 4 páginas (1,9 Mb)
Pilas de combustible de intercabio protónico (PEM). Avance en diseño y fabricación . Energética XXI, mayo 2003, 5 páginas (1,8 Mb)

 

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2 comentarios

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Consulta en la tienda elektron: http://www.tiendaelektron.com
Tienes un par de kits educativos:
http://www.tiendaelektron.com/catalog/product_info.php?manufacturers_id=&products_id=575
http://www.tiendaelektron.com/catalog/product_info.php?manufacturers_id=&products_id=155
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Guillem -

Buenas tardes, me llamo Guillem Baltrons y estoy cursando 2º de bachillerato en Gerona. En Cataluña, es obligatorio realizar un proyecto antes de de la selectividad. Escribo en este blog para ver si alguien me podría informar sobre donde comprar una pila de combustible para hacer un motor de hidrogeno. Cualquier información que tengais sobre el tema me interesaría. Muchas gracias.
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