Pilas de combustible alternativas á era do petróleo?

2000/11/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia berriztagarriak

As pilas de combustible, en principio, funcionan como as baterías. Xeran electricidade a partir de hidróxeno e osíxeno. A reacción é electroquímica, é dicir, non é combustión, onde a enerxía química transfórmase en electricidade e calor. O único residuo ou subproducto que se xera é o vapor de auga. Por tanto, producen enerxía eléctrica da mesma maneira que as baterías, pero a maioría das baterías recárganse con electricidade (tanto co motor en marcha como conectado á rede eléctrica). As pilas de combustible, con todo, oxidan o combustible exterior, é dicir, do mesmo xeito que os motores de combustión, deben incorporarse cada certo tempo.

Nos sistemas de combustión convencionais realízanse tres pasos paira a xeración de electricidade a partir do combustible: primeiro a enerxía química (combustible) transfórmase en calor por combustión, daquela a enerxía calorífica transfórmase en enerxía mecánica (na máquina térmica) pola presión que xera a area e, finalmente, a enerxía mecánica transfórmase en enerxía eléctrica nos xeradores. Con todo, nas pilas de combustible, o paso é único e, por tanto, o rendemento é mellor. O rendemento das mellores máquinas de combustión oscila entre o 30 e o 40% en potencias de ao redor de 1 MW. En potencias pequenas, ademais, o rendemento diminúe considerablemente. Con todo, o rendemento das pilas de combustible é superior ao 30%, mesmo en potencias duns poucos watts.

As pilas de combustible conéctanse en serie. Cada pila da serie consta de dúas electrodos (ánodo e cátodo) e electrolito entre ambos. O ánodo é un electrodo negativo onde se oxida o hidróxeno mediante a liberación dos electróns. No electrodo positivo, é dicir, no cátodo, o osíxeno redúcese tomando os electróns liberados no ánodo. Os dous electrodos son estriados para que o hidróxeno e o osíxeno cheguen a todo o ánodo e facilítese a reacción. A función do electrolito é que as cargas positivas van do ánodo ao cátodo ou as negativas do cátodo ao ánodo.

En teoría o combustible é hidróxeno, pero é difícil de obter, acumular e distribuír hidróxeno puro e, por tanto, caro. Aínda que o ideal para que a enerxía sexa realmente renovable é o desenvolvemento dunha tecnoloxía que permita obter hidróxeno sen contaminación, fácil e barato, en moitos casos utilízanse combustibles fósiles (principalmente metano) como fonte de hidróxeno. Cando se fai así, o hidróxeno utilizado non é puro, polo que se reduce a eficiencia das células de combustible e prodúcese certa contaminación.

Tipos de pilas de combustible

Comentouse cal é a función do electrolito, pero se diferencian en función do electrolito que contén as pilas de combustible.

Alcalinos (AFC)

É un dos modelos máis antigos. Solución de hidróxido potásico (KOH) como electrolito. É moi sensible á contaminación, polo que funciona moito mellor con hidróxeno e osíxeno puro. Xa na década de 1960 foi utilizada en misións espaciais de EEUU, tanto paira a obtención de electricidade como paira o acceso á auga potable. É o espazo e os usos militares onde máis se utiliza.

De polímero de cationes (PEMFC ou SPFC)

É o tipo de pilas de combustible que máis se está desenvolvendo na actualidade, xa que varias compañías están a investigar e fabricando pilas de combustible de polímero de cationes. O electrolito é una membrana de intercambio iónico (fluorosulfopolímero). Os combustibles do ánodo poden ser hidróxeno puro, gas natural e metano, aínda que o mellor é hidróxeno puro. O comburente do cátodo é o osíxeno do aire. Pódese utilizar en vehículos de transporte, xeración de potencia e sistemas portátiles. Varias empresas automobilísticas han realizado os seus prototipos con esta pila.

Ácido fosfórico (PAFC)

Tamén é una das máis antigas e investigadas. Os xaponeses son os máis avanzados na investigación e uso deste tipo de pilas. Utiliza ácido fosfórico como electrolito. Pode usar metano como combustible, xa que do metano pódese obter hidróxeno. O comburente é o osíxeno do aire. A calor que xera, uns 200 C, pode utilizarse paira quentar o aire ou a auga. Tamén pode utilizar como combustible alcois metanol e etanol. En calquera caso, debe evitarse que o monóxido de carbono e o sulfuro de hidróxeno xerados na reforma das tres cheguen ao ánodo paira evitar una diminución do rendemento. Debido á vez que tarda en alcanzar esta temperatura de funcionamento, non é adecuado paira o seu uso en vehículos.

Carbonatos fundidos (MCFC)

Utiliza como electrolito a mestura de carbonatos alcalinos (Li, Na e K). Os combustibles de ánodo poden ser un gas de síntese ou un gas natural reformado xerado na gasificación do carbono. O comburente do cátodo é o osíxeno do aire. No proceso xérase calor, utilizable en cogeneración (uns 650 C), e vapor de auga, empregado na propia rexeneración do metano. Moitos ven este tipo de pilas como sistemas adecuados paira as xeracións centrais.

Óxido sólido (SOFC):

Conteñen no electrolito óxido de itrio e circonio estable (YSZ). A súa temperatura de funcionamento é moi alta (700-1000 C) e o vapor xerado pódese utilizar paira xerar máis electricidade. Traballa con diferentes combustibles (hidróxeno puro, metano, monóxido de carbono...). A vertedura resultante dependerá do combustible utilizado. O combustible do cátodo é o osíxeno do aire. Utilízase paira centrais de xeración e cogeneración.

Por tanto, cada tipo de pila de combustible é adecuado paira diferentes usos. Doutra banda, a pesar de que en case todas elas o combustible ideal é hidróxeno puro, utilízanse outros combustibles paira obter hidróxeno (en detrimento de a eficiencia e o medio ambiente), o que pon en dúbida a natureza da enerxía ou tecnoloxía renovable. Con todo, esta tecnoloxía contamina menos que os motores de combustión actuais.