Energía Química
La energía química contenida en los compuestos es transformada mediante las Pilas de Combustible directamente en energía eléctrica y calor sin necesidad de combustión. Debido a su alto rendimiento y su bajo nivel de emisiones contaminantes, las Pilas de Combustible representan una opción muy significativa en el futuro de la generación de energía eléctrica y calor.
Las Pilas de Combustible pueden ser consideradas como baterías, a las que suministrándoles combustible y aire, no se agotan. Son dispositivos electro-químicos que convierten la energía química del combustible directamente en electricidad y calor, y lo hacen de una forma tan eficiente como las máquinas de combustión. Existen dos tipos dependiendo de su combustible.
- Pila de hidrógeno, es un dispositivo que a partir de la descomposición del agua mediante electrólisis en hidrógeno y oxígeno, combina ambos elementos y produce electricidad. Dentro de este tipo tenemos varios tipos dependiendo del electrolito que se emplee:
- Poliméricas (PEM) con el electrolito Nafion, usadas en transporte, equipos portátiles, generación de electricidad.
Estás son las más adecuadas para su aplicación en la tracción eléctrica de vehículos.
- Ventajas: poseen baja temperatura, un arranque rápido y tienen un electrolito sólido (reduce la corrosión, fugas, etc.)
- Desventajas: la baja temperatura requiere catalizadores caros (Pt) y H2 puro.
- Alcalinas (AFC), electrolito KOH (aq.), utilizadas en usos militares y espaciales
- Ventajas: mejores prestaciones de corriente debido a su rápida reacción catódica.
- Desventajas: Requiere eliminar el CO2 de aire y combustible.
- Ácido Fosfórico (PAFC), electrolito H3PO4, utilizadas para la generación de electricidad.
- Ventajas: eficiencia de hasta un 85% (con cogeneración de calor y electricidad). Posibilidad de usar H2 impuro como comb.
- Desventajas: catalizador de Pt. corriente y potencia bajas. peso y tamaño elevados.
- Carbonatos fundidos (MCFC), electrólitos carbonatos
Li, Na, K, utilizadas en la generación de electricidad.
- Ventajas: mayor eficiencia, posibilidad de usar catalizadores más baratos que el platino y flexibilidad para usar otro tipo de combustibles, incluso hidrocarburos (gas Natural,...). Ventajas todas ellas derivadas de su alta temperatura.
- Desventajas: las altas temperaturas aumentan la corrosión y ruptura de componentes.
- Óxido sólido (SOFC), electrolito (Zr,Y)O2, utilizadas en la generación de electricidad.
- Ventajas: las mismas de los carbonatos fundidos añadiendo la característica del electrolito sólido que reduce la corrosión, fugas, etc.
- Desventajas: las altas temperaturas facilitan la ruptura de componentes (sellos...)
- Pila de Metanol directo (DMFC), es un dispositivo electroquímico que, a partir de una solución acuosa, de metanol y medidante una reacción, produce electricidad. Utiliza el Nafion como electrolito y es empleada en transporte, equipos portátiles y generación de electricidad.
- Ventajas: combustible líquido, más cercano a la tecnología actual, más las ventajas de las PEM.
Algunos de los principales problemas del hidrógeno se encuentran en su obtención, transporte y almacenamiento. Ya que requiere una aportación de energía significativa para su obtención y sus características físicas hacen del hidrógeno un gas muy peligroso y con un gran volumen que dificultan su transporte y almacenamiento.
Actualmente existen diversos sistemas para la obtención del hidrógeno para su combustión en las Pilas, en concreto tenemos tres vías con distintos grados de desarrollo:
- Electrólisis a través de la aportación energética (electricidad) producida por fuentes de energía renovables (solar fotovoltaica, eólica, geotérmica,...)
- Sintetización por digestión orgánica de algas (granjas de hidrógeno). Estos sistemas están aun en fase de investigación y no son lo suficientemente eficientes aunque existen muchas expectativas.
- A través del llamado "reforming" del vapor en pilas de alta temperatura utilizando Combustibles como el Gas Natural o el Propano.
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