Microsoft Word - Celdas de Combustible.doc

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE PRODUCCIN Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

CURSO:

MAQUINAS TERMICAS

TRABAJO DE INVESTIGACION:

CELDAS DE COMBUSTIBLEDOCENTE:

ING. VALDIVIA GUTIERREZ CIBRIAN

ALUMNO:

CAYO APAZA ISMAEL

CUI: 20030514

GRUPO: B

AREQUIPA PER

2014

LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE:VENTAJAS DE UNA GENERACIN DE ELECTRICIDAD LIMPIA Y EFICIENTE VA ELECTROQUMICANDICE1. Introduccin ........................................................................................................................ 42. Objetivos..............................................................................................................................43. Principio de funcionamiento [19]......................................................................................... 54. Eficiencia de las Pilas de Combustible [31] ........................................................................ 7 - Reversibilidad de las Pilas de Combustible ................................................................................ 7 - Ecuacin de Nernst. Voltaje de circuito abierto........................................................................... 9 - Rendimiento Termodinmico ......................................................................................................9 - Rendimiento de Tensin ........................................................................................................................9 - Sobrepotenciales y Resistencia Ohmica ................................................................................... 10

- Efecto de la temperatura sobre el rendimiento ......................................................................... 12

- Efecto de la presin sobre el rendimiento ................................................................................. 13 - Polmero Slido Membrana de Intercambio Protnico (PEM)................................................ 15

- Carbonato Fundido (MCFCs). ................................................................................................... 16

- xido Slido (SOFCs). .............................................................................................................. 18

- Alcalinas. ................................................................................................................................... 20

- Celdas de Combustible de Metanol Directo .............................................................................. 21

- Celda de Combustible Microbiana ............................................................................................ 22

- Resumen de los tipos de celdas de combustible ...................................................................... 23

5. Beneficios en la utilizacin de pilas de combustibles........................................................ 23 - Ventajas ambientales ................................................................................................................ 23

- Alta Eficiencia ............................................................................................................................ 24

- Las posibilidades de Co-generacin ......................................................................................... 25

6. Conclusiones ....................................................................................................................26

7. Bibliografa........................................................................................................................ 281. INTRODUCCINltimamente el cambio climtico y sus consecuencias sobre la vida en nuestro planeta han suscitado un creciente inters en el desarrollo de fuentes de energa alternativas a las tradicionales, basadas en combustibles fsiles, que actualmente dominan nuestro mapa energtico. Asimismo, el principio del fin de las reservas mundiales de stos se producir ms rpidamente si se contina con el crecimiento actual de la demanda1. Llegados al punto de produccin mxima de petrleo la bsqueda de nuevas fuentes de energa alternativas se deber llevar a cabo al margen de ventajas e inconvenientes del modelo actual

frente a sus posibles substitutos.

Nos encontramos por tanto con dos importantes argumentos, el medioambiental y el econmico, que a pesar de que generalmente son antagonistas, hacen "frente comn" para impulsar un cambio en el modelo energtico.

La preocupacin de la comunidad internacional en lo que concierne al cambio climtico qued expuesta en el protocolo de Kyoto, aprobado por la mayora de pases industrializados a pesar de las negativas como EEUU. En ste se aboga por la reduccin en las emisiones de los gases que contribuyen al efecto invernadero en plazos relativamente cortos de tiempo.

El agotamiento a corto-medio plazo de las reservas de combustibles fsiles es motivo de debate, aunque las estimaciones ms optimistas hablan de solamente un par de dcadas ms de petrleo "barato", es decir de produccin creciente. Otras predicciones menos optimistas consideran que el pico de produccin factible ser en un tiempo de no ms de 5

aos.Sea de una manera o de otra, se necesita urgentemente de nuevas formas de obtener la energa de la que depende el bienestar de la sociedad, buscando en la medida de lo posible un mayor compromiso con el medio ambiente. Es precisamente aqu donde el desarrollo de las llamadas energas renovables, esto es solar, elico, mareomotriz, geotrmico, etc., puede encontrar la solucin a nuestros problemas, ofreciendo una considerable cantidad de energa con bajo impacto medioambiental.

En las ltimas dcadas est teniendo lugar una verdadera revolucin en la investigacin de los mtodos de produccin, almacenamiento y conversin de energa. En los ltimos aos se estn desarrollando nuevas tecnologas para generar energa de forma limpia, eficiente y descentralizada. Una posible alternativa la constituyen las pilas de combustible. De hecho, estas parecen destinadas a ser campos de alta tecnologa en este siglo.

2. OBJETIVOSEn funcin de lo expuesto es que nos proponemos desarrollar los siguientes objetivos:

Establecer los lineamientos generales de funcionamiento para este tipo de generacin.

Conocer cules son las distintas alternativas constructivas, estableciendo su campo de aplicacin especfico.

Determinar las ventajas inherentes, respecto a la generacin de energa elctrica mediante la utilizacin de combustibles fsiles.

3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO [19] [1] [2]La primera celda de combustible se remonta al ao 1843, cuando el cientfico Sir William Robert Grove, construy una batera de pilas a la que llam Batera de Gas Grove. Esta consista en una serie de tubos de vidrio cerrados por un extremo y con el otro introducido en una disolucin cida. La parte superior de los tubos contena hidrgeno y oxgeno alternadamente y tenan hojas de platino conectadas en serie y en contacto con las fases

lquida y gaseosa [2]. Grove descubri que la misma generaba energa.

Las Celdas de Combustible son dispositivos electroqumicos que convierten la energa qumica de reaccin directamente en energa elctrica. La diferencia principal con las bateras convencionales es que stas ltimas son acumuladores en las que la mxima energa depende de la cantidad de reactivos qumicos almacenados en ellas, dejando de producir energa cuando se consumen dichos reactivos. Las Pilas de Combustible, por el contrario, son dispositivos que tericamente tienen la capacidad de producir energa elctrica de forma

indefinida mientras se suministra combustible y oxidante a los electrodos. Slo la degradacin

o el mal funcionamiento de los componentes limitan su vida de operacin prctica.

El principio de funcionamiento en el que se basan es el inverso al de la reaccin electroltica. El oxgeno e hidrgeno se combinan para formar agua con produccin de energa elctrica y calor. Se trata, por lo tanto, de una reaccin limpia, en la que el nico producto es el vapor de agua que puede ser liberado a la atmsfera sin ningn peligro para el medio ambiente.

Adems, del hidrgeno puro que pueda provenir de la electrlisis a partir de una fuente renovable, u otras fuentes como naftas, gases licuados del petrleo, metanol, etanol, biomasa, etc., que tan solo precisaran de un tratamiento adecuado (reformado, purificacin) para adaptarlos a los diferentes tipos de Pilas de Combustible.

El hidrgeno (H2) penetra por el electrodo negativo (nodo) y se disocia, en presencia del catalizador, en iones positivos H+ y electrones. (Figuras N 1, 2 y 3)

Figura N 1: Pila de combustible esquemtica

Figura N 2: Componentes de una pila de combustibleEl oxgeno (O2) procedente del aire penetra por el electrodo opuesto (ctodo) y se disocia igualmente en presencia del catalizador en iones Los iones positivos del hidrgeno

se escapan a travs del electrolito en direccin al ctodo, dejando a los electrones libres en el nodo.

Figura N 3: Proceso en una pila de combustibleSi existe un camino elctrico entre el nodo y el ctodo los electrones lo recorrern, produciendo corriente elctrica. En el ctodo los iones hidrgeno, el oxgeno y los electrones se vuelven a combinar para formar molculas de agua.

Una celda de combustible es un sistema de flujo estable, en el cual el combustible y el oxidante se suministran desde una fuente externa que provee un medio de transformar energa qumica en elctrica, sin combustin y sin contaminar el aire ni el agua, en un proceso continuo

y directo mediante reacciones de reduccin y oxidacin en presencia de un catalizador, y elimina los productos de la reaccin. De manera ideal, no hay cambio en la composicin qumica del electrolito o de ambos electrodos.

La reaccin qumica que ocurre es isotrmica y continua. Las celdas no estn limitadas por el Principio de Carnot, por lo que pueden alcanzar una mayor eficiencia terica en la conversin de energa, mientras que las reacciones de combustin involucran grandes variaciones de temperatura, lo cual genera energa como calor o calor y trabajo. Las prdidas excesivas que se producen en los sistemas de conversin de energa de varias etapas pueden evitarse mediante el uso de celdas de combustible que hacen la conversin en un proceso de

Una sola etapa. (Vase las figuras N 22 y 23).

Como se dijo, una reaccin ocurre en la superficie de un electrodo que ioniza el combustible y manda los electrones liberados a un circuito elctrico externo, y en la superficie del otro electrodo ocurre una reaccin que recibe electrones del circuito externo que cuando se combinan con el oxidante crean iones. Los iones se combinan en el electrolito para completar la reaccin total. Este ltimo, que no es conductor elctrico, transporta los iones entre los electrodos, para completar el circuito y continuar con el flujo de electrones.

En resumen, una celda de combustible est constituida, bsicamente, por las siguientes partes:

Los electrodos. El nodo, que suministra los electrones al circuito externo, y el ctodo, que los recibe del circuito externo. Los electrodos separan al combustible y al oxidante del electrolito, y estn hechos de materiales porosos para incrementar el rea sobre la cual ocurre la reaccin.

El electrolito. El tipo de electrolito usado clasifica a las celdas de combustible, y determina el flujo de iones y la temperatura de operacin de la celda; puede ser cido, transportando iones positivos H+, o alcalino, transportando iones negativos OH-. Puede ser, adems, acuoso, lquido y tambin slido, que son

los adecuados para celdas que funcionen a elevadas temperaturas.

3.1 REVERSIBILIDAD DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLELa variacin de energa libre de Gibbs de un sistema en el que tienen lugar reacciones qumicas es indicativa del mximo trabajo neto que se puede obtener y de su evolucin.

Cuando, G < 0: el sistema evoluciona de manera espontnea; G = 0: el sistema est en equilibrio y G > 0: el sistema evoluciona espontneamente en sentido inverso. Esta magnitud est relacionada termodinmicamente con la entalpa de reaccin (H, calor total de un sistema) y la entropa de reaccin (S, funcin de estado relacionada con el desorden de la reaccin), de acuerdo con la ecuacin:

La cantidad mxima de energa elctrica que se puede obtener de una pila est limitada por el segundo principio de la termodinmica, el cual dice que la variacin de entropa

durante un proceso infinitesimal en que se intercambia una cantidad de calor, q, con el medio

(u otro sistema) a una temperatura T viene dada por:

Dnde los signos = y > son para procesos reversibles e irreversibles, respectivamente.

La reversibilidad de un proceso, por ejemplo de una reaccin de una pila, quiere decir que la reaccin global de esta ltima se puede invertir. Para ello se debe aplicar una diferencia de potencial externa a la pila de manera que el sentido de la corriente se invierta.

A temperatura y presin constantes, la variacin de entalpa de la reaccin de oxidacin del combustible es constante y se puede escribir en funcin de las variaciones de entropa y de la funcin de Gibbs de la reaccin segn:

Figura N 4 Circuito equivalente de la pila y su carga externaCuando la pila funciona reversiblemente, es decir, la resistencia externa de la pila tiende a ser infinita (figura N 4) y la intensidad a 0 (R , I 0), la variacin de la funcin de Gibbs y el producto de la temperatura por el cambio de entropa son iguales al trabajo elctrico cedido y al calor intercambiado por la pila, respectivamente:

Ahora bien, a medida que la resistencia del circuito externo de la pila disminuye, la pila se aleja progresivamente del comportamiento reversible, y por tanto:

y Esto quiere decir que, cuando la corriente aumenta, el trabajo elctrico cedido por la pila disminuye y el calor intercambiado por la pila aumenta, de manera que siempre la suma de ambos debe ser igual a la variacin de la entalpa de la reaccin global de la pila ().

Cuando la pila funciona de manera totalmente irreversible (R 0, I ), toda la variacin de entalpa del proceso se convierte en calor, ya que no hay posibilidad de hacer trabajo elctrico. Aqu se ve que la conversin de una parte de la energa qumica dada por el sistema, , en energa elctrica es como mximo y se debe a el paso de una intensidad

finita por la pila siempre comporta un cierto grado de irreversibilidad, que se puede atribuir al hecho de que la cintica de las reacciones no es suficientemente rpida y tambin a la resistencia interna de la pila que hace que una parte del trabajo cedido se convierta en calor por efecto Joule.

3.2 ECUACIN DE NERNST. VOLTAJE DE CIRCUITO ABIERTOEl voltaje en circuito abierto de la pila depende de la tendencia que presentan ambos reactivos a reaccionar entre s. La ecuacin de Nernst establece que si la pila funcionara reversiblemente se aprovechara al mximo la energa libre de Gibbs , es decir, el trabajo

de la reaccin correspondiente al proceso generador de energa elctrica:

Dnde n es el nmero de equivalentes electroqumicos, F la constante de Faraday y

E la fuerza electromotriz ideal.

En esta ecuacin E representa la fuerza electromotriz que coincide, salvo en el signo, con la tensin de salida de la pila (U) sin carga:

La tensin de salida terica correspondiente por ejemplo a la oxidacin del hidrgeno:

Para un proceso reversible e isotrmico puede calcularse de acuerdo con la expresin y considerando el que ocurre para la reaccin anterior con una presin de 1 Atm y una temperatura de 25C:

En caso de que se forme agua en estado lquido como producto final, la tensin de salida de la pila es, por tanto, del orden de 1,229 V. Este valor se conoce como el potencial de oxidacin del H2 (E) en condiciones estndar de 1 atmsfera de presin y 25C de temperatura. Sin embargo, la fuerza electromotriz de una pila depende de las presiones parciales de los reactivos y productos en estado gas y de la temperatura de la pila tal como se muestra en la Tabla N 1 siguiente:

Tabla n 1: Fuerza electromotriz segn la reaccin de la celda

La figura N 5 y la tabla N 2, muestran la relacin del potencial reversible (voltaje ideal) de una pila de combustible con la temperatura. En este caso, el potencial ideal se ha calculado suponiendo que el producto de reaccin de oxidacin del hidrgeno es agua en

estado gas.Figura N 5: variacin dl potencial reversible con la temperatura absolutaSe observa que para dicha reaccin, el potencial reversible disminuye con el aumento de la temperatura. Ello se debe a que la energa libre de Gibbs desciende (en valor absoluto) a medida que se incrementa la temperatura, porque la variacin de la entropa de esta reaccin

es negativa (reaccionan 3/2 moles de gas para dar 1 mol de gas producto).Tabla n 2: Voltaje ideal para cada celda de combustible en funcin de la temperatura Si, como resultado de la reaccin entre el hidrgeno y el oxgeno, en condiciones estndar, se obtiene agua en estado lquido como producto final, el rendimiento termodinmico

llega a ser del 83%:

Dnde y representan la energa libre de Gibbs y la entalpa de la reaccin respectivamente.

Ingenierilmente, la eficiencia de una pila de combustible frecuentemente se expresa en

trminos de voltaje real e ideal. Como se describir detalladamente en las siguientes secciones, el voltaje real es inferior al voltaje ideal debido a prdidas asociadas a la polarizacin y a la resistencia hmica de la pila. Por tanto, la eficiencia de una pila de combustible hidrgeno/oxgeno se puede expresar en funcin del voltaje real de la pila:

En esta expresin se ha asumido que el combustible se ha consumido totalmente en la pila de combustible, algo comn en muchos sistemas de generadores de energa. Esta eficiencia tambin se conoce con el nombre de eficiencia de voltaje. Sin embargo, en las pilas de combustible normalmente el combustible no se consume totalmente. Para calcular la eficiencia real, se debe multiplicar la eficiencia de voltaje por un factor de utilizacin de combustible:

Dnde VREAL e I son el voltaje (V) y la densidad de corriente (A/cm2) de salida de la celda, GH2 es el flujo de hidrgeno en el nodo (mol/h), HHVH2 es el valor del calor ms alto cedido en la reaccin del hidrgeno para dar vapor de agua (J/mol) y H2 es el factor de utilizacin del hidrgeno en el nodo [2].

3.3 SOBREPOTENCIALE Y RESISTENCIA HMICAEl potencial de pila decrece con la densidad de corriente debido a la existencia de diversos tipos de prdidas o resistencias irreversibles. Estas prdidas con frecuencia se refieren a una polarizacin, sobre potencial o sobre voltaje, aunque realmente solo las prdidas hmicas se comportan como una resistencia [2]. Por tanto, diversos fenmenos contribuyen a

prdidas irreversibles de potencial de pila de combustibles:

Figura N 6: rendimiento de activacin segn la ecuacin de TafelPolarizacin hmica: Las prdidas de tipo hmico las causan la resistencia inica en el electrolito y electrodos, la resistencia electrnica en los electrodos, los colectores de corriente e interconectores, y las resistencias de contacto. La resistencia hmica es proporcional a la densidad de corriente y depende de la seleccin de materiales, de la geometra de los apilamientos y de la temperatura. Como el electrolito y los electrodos siguen la ley de Ohm, las prdidas hmicas pueden expresarse por la ecuacin:

Dnde i es la densidad de corriente y R es la resistencia total de la celda, la cual incluye las resistencias electrnica, inica y de los contactos.

Polarizacin de concentracin: Se da como resultado de la limitacin de las velocidades de transporte de masa de los reactantes y productos, es decir, de la difusin de las diversas especies en fase gas que intervienen en la reaccin. Depende de la densidad de

corriente, de la actividad de los reactantes y de la microestructura de los electrodos

(porosidad interconectada).

Dnde i e iL son la densidad de corriente y la densidad de corriente lmite respectivamente, la segunda de las cuales pueden expresarse mediante la primera ley de Fick13:

Dnde D es el coeficiente de difusin de las especies reactantes, CB es la concentracin en el flujo de los gases reactantes, CS es la concentracin en la superficie de los electrodos y es el espesor de la capa de difusin. La densidad de corriente lmite (iL) es una medida de la velocidad mxima a la que un reactante puede ser suministrado a un electrodo y se obtiene cuando la CS=0.

La figura N 7 representa un grfico V-I correspondiente a una pila de combustible de baja temperatura, en el cual se pueden distinguir fcilmente los efectos de los tres tipos de

polarizacin.

Figura N 7: Curva V-I de una pila de combustible de baja temperaturaHasta ahora se han descrito globalmente los tres tipos de prdidas que causan la disminucin del voltaje ideal de la pila. No obstante, tambin es posible expresar la polarizacin total para cada componente, , y . As la polarizacin de los electrodos es la suma de los sobrepotenciales de activacin y concentracin, suponiendo que las prdidas hmicas sean despreciables:

Por tanto, el efecto de la polarizacin sobre el potencial ideal de cada electrodo:En el electrolito y en las interfaces nodo-electrolito y electrolito-ctodo las prdidas son mayoritariamente de tipo hmico, puesto que se encargan de conducir iones.

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En la figura N 8, se ilustra la contribucin a la polarizacin de cada componente de los diversos fenmenos que producen prdidas irreversibles de potencial. Para el ctodo se han representado las curvas de sobre potencial correspondientes a un ctodo expuesto a un ambiente de aire y a otro de oxgeno. Se observa la importancia de la atmsfera, ya que para el ctodo que est en contacto con oxgeno las prdidas son sensiblemente inferiores respecto al

que contiene un 20% de oxgeno (aire) [2].

Figura N 8: Pila de combustible: prdidas irreversibles de potencialFinalmente, el voltaje de la pila se puede expresar incluyendo los voltajes de los electrodos y la resistencia hmica:

Combinando las ecuaciones, se obtiene que:

Dnde , es decir, el potencial reversible.

3.4 EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE EL RENDIMIENTOEl rendimiento termodinmico de una pila de combustible depende de la tensin de salida y siempre es inferior al 100%. Incluso bajo condiciones isotrmicas y reversibles (ideales), no puede convertirse la totalidad de la energa trmica en energa elctrica, pues siempre se produce una pequea prdida de calor. Por ello, a priori, conviene operar a una temperatura lo ms baja posible para obtener una tensin elevada y as un alto rendimiento

(eficiencia). (Figura N 9) Pgina 12 de 29

Figura N 9: Pila de combustible: densidad de corriente - VoltajeSin embargo, para alcanzar densidades de potencia elevadas es necesario que las densidades de corriente (para un voltaje constante) o los voltajes (para una densidad de corriente constante) sean lo ms altos posibles. Ello se consigue aumentando la temperatura de operacin de la pila para disminuir las prdidas de los electrodos (sobrepotenciales) y electrolito (resistencia hmica) [2].

La influencia de la temperatura sobre las prdidas es ms importante que sobre el potencial estndar, dependencia exponencial para las primeras y lineal en el segundo. Por tanto, el efecto neto es que el voltaje de operacin aumenta con la temperatura para una intensidad constante. Este comportamiento se cumple para un amplio rango de densidades de corriente, excepto para las muy bajas, en la que las prdidas son tan pequeas que el efecto sobre el potencial estndar es dominante (ver figura N 9).

3.5 EFECTO DE LA PRESIN SOBRE EL RENDIMIENTOEn la figura N 10 se observa que un aumento de presin a intensidad constante lleva asociado un incremento de tensin, siendo este aumento mayor para el salto de 1 a 3 bar que de 3 a 5 bar y as sucesivamente.

Figura N 10: Efectos dela presinLa tensin se incrementa con la presin porque el potencial de Nernst depende funcionalmente de este parmetro, pero la dependencia al ser de tipo logartmica se atena a

medida que aumenta el nivel medio de presiones [2].La reaccin que se produce en los electrodos y la reaccin total son:

En la figura siguiente podemos ver una pila de este tipo.

Figura N 11: Pila de combustible PAFC4. EFICIENCIA DE LAS PILAS DE COMBUSTIBLE [31] 4.1 POLMERO SLIDO MEMBRANA DE INTERCAMBIO PROTNICO (PEM).[13][35][10]Esta tecnologa es la causante del impulso de las pilas de combustible, tanto en consideraciones de produccin de energa como en las aplicaciones de automocin. El desarrollo de las PEM se produce cuando se utiliza el electrolito polimrico adecuado: el Nafin.No resulta la ms eficiente de las pilas de combustible, pero indudablemente aporta una ventaja frente a otras tecnologas: contiene un electrolito slido y opera a bajas temperaturas. Tambin confiere una alta densidad de potencia al sistema, lo cual las hace ideales para aplicaciones de automocin, donde el espacio y el peso son fuertes

condicionantes. Y no les afecta el CO2, que es la gran desventaja de las PAFC.

La temperatura de operacin de estas pilas ronda los 80C. Esto las dota de un arranque rpido y de un enfriamiento tambin rpido, a la vez que una respuesta adecuada ante los cambios de demanda de potencia. Todo esto, junto con el estado slido del electrolito, las hace sumamente adecuadas para su uso en automviles.

Las pilas de combustible de polmeros slidos utilizan como electrolito una membrana de polmeros con un componente cido, llamada membrana de intercambio de protn, por eso a estas pilas de combustible se les da tambin el nombre de pilas de membrana polimrica o de intercambio protnica. La misma tiene la capacidad de transportar protones desde el nodo al ctodo, pero tambin hace de barrera para separar los gases del nodo y el ctodo, aislando el suministro rico en hidrgeno en el ctodo de los gases oxidantes en el nodo. Requiere una hidratacin con el fin de operar adecuadamente, y por ello se ha de situar un humidificador externo cercano, aunque actualmente se estn desarrollando sistemas de auto-humidificacin para paliar este problema. El material bsico usado para la membrana es un polmero fluorocarbonado similar al Tefln (Nafin), que contiene grupos de cidos con protones libres que pueden migrar a travs del material.

En las PEM suele usarse estructuras, llamadas MEA o montaje de electrodos de la membrana, que consisten en una membrana de intercambio de protones revestida por un catalizador (membrana recubierta por catalizador, CCM), cuya superficie est cubierta por una capa cataltica/carbnica/unificadora, entre dos capas de conduccin microporosas (que funcionan como las capas de difusin del gas y colectores de la corriente).

El electrolito se sita entre los dos electrodos (figura N 12), normalmente compuestos por un pao de carbono base, con un revestimiento hidrfobo para que no haya migracin de agua, y una pequea cantidad de platino que acta como catalizador. En un principio la cantidad de platino presente en el revestimiento era bastante elevada (4-5 mg/cm2), porque

trabajar a baja temperatura obliga a utilizar cantidades importantes de catalizador, pero se ha logrado reducir hasta niveles cercanos a los 0.2 mg/cm2. Es muy importante mantener un ntimo contacto entre el electrolito y los electrodos en esta pila, porque a diferencia del resto, el electrolito no se mueve.

Los electrodos estn sujetos a unas hojas de placas bipolares (comnmente grafito) que actan como colectores adems de cmo conductores de gas y que son resistentes a la corrosin. Las placas bipolares son placas de conduccin que actan como un nodo para una clula y un ctodo para la adyacente. Estas placas han resultado costosas y difciles de fabricar hasta la fecha, aunque desarrollos recientes han permitido obtener placas bipolares de metal con revestimiento delgado resistente al electrolito cido, a unos costes bastante ms atractivos. En un futuro tambin puede ser posible el desarrollo de polmeros conductores (que puede ser un compuesto relleno de carbono). Las placas incorporan normalmente canales de flujo para la

alimentacin de fluidos y pueden contener tambin conductos por los que hacer circular agua de refrigeracin que evite sobrecalentamiento.

La reaccin que se produce es:

En la figura siguiente podemos ver una pila de este tipoFigura N 12: Pila de combustible PEM4.2 CARBONATO FUNDIDO (MCFCS).[1][2][8][24]Estas pilas de combustible operan a temperaturas tan elevadas que mantienen el electrolito en un estado lquido durante la operacin. Opera a unos 550-650C con unos rendimientos netos del 50-60%. Realmente su funcionamiento ptimo parece estar en temperaturas cercanas a los 800C 900C, sin embargo a estas temperaturas resultara inviable utilizar materiales convencionales de acero inoxidable en los componentes, lo cual incrementara el coste de los equipos hasta lmites insospechados.

Esta temperatura de operacin (550C a 650C) es lo suficientemente alta como para permitir la transformacin de combustibles ricos en hidrgeno directamente en el nodo de la pila de combustible, sin necesidad de utilizar costosos catalizadores adicionales. Entre los combustibles ms utilizados se incluyen gas natural, gas de refinera, biogs procedente de la degradacin biolgica de residuos y otros combustibles gaseosos procedentes de la gasificacin de la materia derivada del carbn. La temperatura de operacin tambin es lo suficientemente elevada como para suministrar un apreciable calor a las aplicaciones de cogeneracin y posiblemente para optimizar el rendimiento en los ciclos de turbinas de vapor, y a la vez permite el uso de materiales metlicos convencionales en el sistema. En aplicaciones alternativas, el calor podra ser utilizado en una turbina para incrementar la presin de operacin de la celda, aumentando as su rendimiento.

Estas caractersticas operativas de la pila de combustible de carbonatos fundidos hacen que esta tecnologa sea adecuada para un uso en sistemas de generacin de energa de gran tamao, sistemas descentralizados o aplicaciones remotas y tambin para aplicaciones de cogeneracin a escala comercial e industrial.

Debido a las altas temperaturas de trabajo, el combustible se alimenta directamente al nodo donde se reforma por la elevada temperatura y de la capa de catalizador existente. Por otra parte el agente oxidante (oxgeno en el aire) se alimenta al ctodo donde se mezcla con

CO2. Una vez alimentados nodo y ctodo, la pila procede de la siguiente manera: el oxgeno del ctodo reacciona con el CO2, dando lugar a cationes que migran hacia el nodo de la pila, produciendo una corriente inica. En el nodo los iones reaccionan con el hidrgeno del combustible (y en menor medida con el CO) para producir agua, CO2 y electrones. Estos electrones por su parte migran por el exterior hacia el nodo, generando una corriente elctrica. El uso del CO2 en el nodo es propio de este desarrollo y su nico problema reside en la recirculacin del CO2 del nodo al ctodo, cuestin que debe ser ampliamente investigada con el fin de mejorar el proceso y optimizar el coste del mismo. Por otra parte, es de destacar que esta cuestin aade una complicacin en relacin a la tecnologa propia de las pilas de xidos

slidos.El electrolito de carbonato se encuentra en forma de teja o matriz. Consiste en una mezcla de polvos cermicos y garantiza una estructura slida, aunque no realiza ninguna funcin elctrica o electroqumica en las reacciones que tienen lugar dentro de la pila. La plasticidad de la teja a altas temperaturas provee a la pila de un sellado robusto para el gas, hecho que supone uno de los mayores retos para las pilas de alta temperatura. El electrolito consiste en una mezcla de carbonatos de metales alcalinos fundidos (litio-sodio o litio-potasio) que se inmoviliza en el polvo cermico. La distribucin del electrolito en la matriz debe ser homognea y no debe caer por debajo de un determinado nivel, con el fin de evitar que el gas se desplace hacia otros lugares, provocando un rpido deterioro en la pila. La gestin del electrolito (distribucin optimizada sobre los componentes de las distintas celdas) constituye pues un aspecto fundamental en los sistemas de pilas de carbonatos fundidos, con el fin de optimizar el rendimiento y mejorar el tiempo de vida del propio sistema. Esta gestin tambin requiere mejorar los procesos de prdidas que tienen lugar en el apilamiento, debidos a la volatizacin, corrosin y migracin del electrolito. Actualmente los desarrollos y procesos acontecidos en el electrolito no se encuentran en una fase avanzada y se realizan investigaciones en este aspecto para mejorar la eficiencia de la pila.

En relacin a los electrodos (ver figura 13), el ctodo est compuesto por xido de nquel y el nodo por una aleacin de nquel-cromo, alcanzando un 10% de cromo en peso. Este ltimo constituye un importante componente, al contribuir a mantener unidos los compuestos sin tener que utilizar un proceso de sinterizacin a alta temperatura. La disolucin del xido de nquel en el ctodo durante la operacin constituye un problema importante, pues este puede depositarse en el electrolito y en el nodo y puede provocar un cortocircuito en la pila. Se estn investigando materiales alternativos para el ctodo, los cuales podran permitir la disminucin de la temperatura de operacin y con ello permitir solventar los problemas de corrosin y disolucin del xido de nquel. Los posibles materiales alternativos estn constituidos por sales de litio, aunque la conductividad de esto materiales necesita ser mejorada mediante el dopaje con elementos tales como el cobalto, el cobre o el manganeso. El deslizamiento del nodo puede constituir otro posible problema, que tiende a acontecer durante la construccin de la pila, debido a las fuerzas de compresin. En este caso tambin se estn estudiando alternativas en los materiales con el fin de combatir estos efectos, y los ensayados hasta la fecha son las sales de litio y las aleaciones de nquel-aluminio.

A pesar de que los materiales utilizados en esta tecnologa no han variado sustancialmente durante los ltimos veinte aos, la tecnologa de pilas de combustible en s misma si ha progresado considerablemente en este periodo, al igual que su operacin. Se han resuelto muchos problemas tales como el deslizamiento, la humedad, la corrosin o la disolucin de los materiales del ctodo y la gestin del electrolito, dando lugar a productos posiblemente comercializables.

La reaccin que se produce es:

En la figura siguiente podemos ver una celda de este tipo:

Figura N 13: Pila de combustible MCFC4.3 XIDO SLIDO (SOFCS). [1][2][22][23]Esta tecnologa se encuentra en un estado de desarrollo menor al de pilas de cido fosfrico o las de carbonatos fundidos, sin embargo tiene grandes perspectivas de demostracin y comercializacin. Hasta la fecha se haba considerado a esta tecnologa como propia de una tercera generacin, detrs de las mencionadas, aunque esta perspectiva est cambiando en los tiempos presentes.

La naturaleza slida de todos los componentes produce una menor corrosin y elimina los problemas inherentes al manejo de electrolitos lquidos. Sus eficiencias no resultan tan elevadas como las correspondientes a pilas de carbonatos fundidos, debido a las cadas de tensin a lo largo de la celda. Por ello, se les suponen unos rendimientos del 50-55% en comparacin con el 50-60% de las pilas de carbonatos fundidos, aunque la adicin de una turbina, en proceso de cogeneracin, podra mejorar este trmino. En efecto, la operacin a altas temperaturas, provoca que los gases de salida posean temperaturas muy altas y este calor residual puede dirigirse hacia la mejora de eficiencia en los ciclos trmicos, dando lugar a altsimos rendimientos en el proceso. Se espera que estos rendimientos alcancen un 70% en pilas de combustible combinadas con turbinas de gas.

Todo esto las hace particularmente interesantes para su uso en generacin a gran escala y tambin en generacin distribuida, por la capacidad de integracin en ciclos con turbinas de vapor o gas, siendo este ltimo el campo de aplicacin ms inmediato.

Esta tecnologa sin embargo acaba de empezar su desarrollo en tamaos importantes para su aplicacin, y evidentemente todava se necesitan conocer muchos datos correspondientes a la durabilidad, comportamiento y operacin de estos sistemas.

Los costes constituyen tambin un elemento a mejorar, pues resultan mucho ms elevados que los correspondientes a otras tecnologas, aunque este es un factor en el cual se estn realizando fuertes inversiones en investigacin.

-Los iones O2

(ver figura 14) migran del ctodo al nodo a travs del electrolito donde

se recombinan con el hidrgeno para formar agua (o en menor medida con el CO para formar

CO2). Los electrones liberados en el proceso pasan a travs de un circuito exterior al ctodo, donde reaccionan con el oxgeno para formar iones O2Las pilas de xidos slidos trabajan con hidrgeno seco o humedecido y con CO como combustible. Las altas temperaturas permiten un reformado interno (en el sitio) y tambin permiten la utilizacin de combustibles con relativamente grandes niveles de impurezas, tales como gasleo gas de carbn (aunque estos necesitarn un pre-reformado). Al igual que con las pilas de carbonatos fundidos, permite considerar el CO como un combustible en lugar de un contaminante y tambin reduce la necesidad de reformado con vapor previa a su introduccin. Por ello, los contenidos en azufre permitidos son muy superiores a los de las otras tecnologas, aunque se necesita profundizar en otros temas tales como los efectos producidos por metales pesados. Por otra parte el reciclado del CO2 no necesita ser llevado a cabo, lo cual introduce evidentes ventajas con respecto a las pilas de carbonato fundidos.

Las pilas de combustible de xidos slidos operan normalmente a 1000C, la temperatura ms alta alcanzada por esta innovadora tecnologa. Sin embargo, a estas temperaturas los materiales deben ser cuidadosamente estudiados, impidiendo el uso de materiales convencionales como el acero inoxidable en la pila y en los equipos auxiliares. Esto ha provocado un resurgimiento del inters en pilas que trabajen a temperaturas por debajo de los 450C, lo cual puede mejorar los costes de la celda y de la planta en s misma, adems de reducir los problemas estructurales, aumentar el tiempo estimado de vida y suponer la captacin de nuevos mercados. En este caso, se podra utilizar el acero inoxidable para construir placas bipolares que unieran los electrodos a temperaturas inferiores a los 750C, en lugar de los costosos materiales cermicos actualmente demandados.

El electrolito utilizado en estas pilas se corresponde generalmente con el desarrollo de materiales cermicos, disponibles para un rango de temperatura entre los 450C y los 1000C. El ms comnmente utilizado es el circonio, aunque otros materiales estn siendo investigados para su aplicacin a temperaturas ms bajas.

Realmente la posibilidad de reducir la temperatura de operacin pasa por dos vas: una consistira en reducir el espesor del electrolito y la otra en usar electrolitos con menores energas de activacin.

El ctodo acta en un ambiente oxidante y se alimenta bien con oxgeno, bien con aire. A altas temperaturas resulta un oxidante muy potente y esto impide el uso de metales de bajo coste en lugar de metales nobles, xidos semiconductores u xidos conductores. El nodo acta en un ambiente reductor del gas combustible y permite el uso de un gran rango de metales, de los cuales el nquel poroso ha sido el ms utilizado hasta la fecha. La resistencia de estos electrodos constituye la mayor fuente de prdidas y cada de tensin en estas pilas, y sobre todo en los casos en los que disminuye la temperatura de operacin. Por ello los desarrollos de pilas de media y baja temperatura pasan por investigar electrodos caracterizados con menores prdidas resistivas.

Para la conexin de nodo y ctodo se utilizan materiales que pueden ir desde los costosos materiales cermicos hasta el acero inoxidable de bajo coste, todo ello dependiendo de la temperatura de operacin.

Basndonos en las propiedades de estos ltimos y en el comportamiento del material cermico componente del electrolito, se distinguen tres regmenes de operacin en funcin de la temperatura de operacin: alta temperatura (>900C), temperatura intermedia (700-900 C) y baja temperatura (450-700C). Estas temperaturas de operacin evidentemente condicionarn aspectos tales como el tipo de reformado, la operacin conjunta con ciclos turbinados o el tipo de equipo requerido.

La reaccin que se produce es:

En la figura siguiente podemos ver una celda de este tipo:

Figura N 14 Pila de combustible SOFC4.4 ALCALINAS.[1][2]Utilizadas desde hace mucho tiempo por la NASA en misiones espaciales, este tipo de celdas pueden alcanzar eficiencias de generacin elctrica de hasta 70%. Estas utilizan hidrxido de potasio como electrolito. Hasta hace poco tiempo eran demasiado costosas para aplicaciones comerciales pero varias compaas estn examinando formas de reducir estos costos y mejorar la flexibilidad en su operacin. (Ver figura N 15)

El electrolito consiste en una solucin de un 35%-40% en peso de hidrxido de potasio (KOH) en agua. Este puede a su vez encontrarse contenido en una matriz (aplicaciones espaciales) o bien en recirculacin, actuando en este caso como refrigerante y transportando el agua fuera del sistema en el caso de funcionamiento inverso. Los electrodos estn separados por una membrana de amianto en ambos casos.

En relacin a los electrodos de estas pilas, el nodo y el ctodo estn constituidos por diferentes materiales en funcin de la variante tecnolgica utilizada. El modelo actualmente utilizado es una mezcla de carbono activado y PTFE en sus electrodos, en donde una pequea cantidad de platino acta como catalizador. Estos electrodos estn vinculados a una malla de nquel como colector de corriente, con un esqueleto de plstico moldeado actuando como manifold de gas, agua y electrolito. La limitada presencia de etapas a alta temperatura y los montajes en seco, permiten garantizar un proceso de produccin relativamente econmico en relacin con otros tipos de pilas. A la par, el rango de catalizadores disponibles para estas aplicaciones tambin es superior al de otras tecnologas, destacando el nquel y la plata en sustitucin del platino.

Con respecto a su operacin, la eficiencia de estas pilas (utilizando oxgeno e hidrgeno puros) se acerca al 63%. La utilizacin de aire en lugar de oxgeno puro reduce la eficiencia a valores cercanos al 50%, pero sin embargo esta variante introduce una mejora en los costes y da lugar a unas mejores consideraciones de seguridad.

Actualmente funcionan en un rango de temperaturas entre los 60C y los 90C, aunque en un principio las temperaturas de operacin eran bastante ms elevadas. Relativo a la eficiencia, los aumentos de concentracin de KOH suponen una mejora en los rendimientos a

temperaturas ms elevadas y la operacin a presin da lugar a una densidad de potencia ms alta (menor volumen para una misma potencia), aunque esto se ha de realizar a costa de un incremento de la complejidad. Para aplicaciones prolongadas en el tiempo las AFC de KOH o de NaOH, slo se pueden usar con oxgeno puro o con aire exento de CO2; el aire contiene CO2, que reacciona con el electrolito transformndolo en mezclas de carbonatos y bicarbonatos, decayendo la actividad del electrolito.

La reaccin que se produce es:

En la figura siguiente podemos una celda de este tipo:Figura N 15 Pilas de combustible alcalinas4.5 CELDAS DE COMBUSTIBLE DE METANOL DIRECTO[1][2]Es una variante de las PEM y se caracteriza bsicamente por utilizar metanol (CH3OH), en forma gaseosa o lquida, como combustible de alimentacin. (Ver figura N 16)

Concretamente suele utilizar una mezcla de un 3% de metanol en agua como combustible y aire u oxgeno como oxidante. Su desarrollo permitira utilizar este combustible directamente sin implementar el reformador en el sistema porque el metanol se oxida directamente en el nodo sin ninguna modificacin del hidrgeno.

No son muchos los desarrollos mostrados en esta tecnologa, aunque algunos de ellos muestran un funcionamiento similar al de las pilas de polmeros slidos con una membrana de intercambio inico, electrodos de carbono, y una mezcla de platino y rutenio como catalizador en el ctodo y platino en el nodo. Se habla de rendimientos cercanos al 20% a 90C, aunque se esperan alcanzar eficiencias del 40% en un breve plazo de tiempo.

Su desarrollo significara un considerable avance en las consideraciones de complejidad, coste y peso debido a la ausencia de reformador, aunque esta tecnologa an est por perfeccionar. El mayor problema que presentan es el fenmeno del cross over que consiste en que molculas de metanol logran atravesar la membrana, inutilizan el catalizador del otro lado e inutilizan la pila.

La reaccin que se produce es la siguiente:

En la figura siguiente podemos ver una celda de este tipo:

Figura N 16 Pila de combustible de metanol directo4.6 CELDA DE COMBUSTIBLE MICROBIANA [32][25][11]Una CCM convierte un sustrato biodegradable directamente a electricidad. Esto se consigue cuando las bacterias, a travs de su metabolismo, transfieren electrones desde un donador, tal como la glucosa, a un aceptor de electrones.

En una CCM las bacterias no transfieren directamente los electrones producidos a su aceptor Terminal, sino que stos son desviados hacia el nodo (Figura N 17). Esta transferencia puede ocurrir de varias formas, bien sea a travs de la membrana celular o a partir de un mediador soluble, y los electrones fluyen a travs de un circuito externo [14].

Figura N 17 Pila de combustible microbiana (CCM)Las CCM tienen ventajas sobre otras tecnologas usadas para la generacin de energa a partir de materia orgnica.

A partir de la biomasa orgnica presente en residuos slidos y lquidos se puede obtener una variedad de biocombustibles y subproductos, siendo la glucosa la principal fuente de carbono [14]. Entre las reacciones estequiomtricas principales del metabolismo fermentativo microbiolgico estn:

4.7 RESUMEN DE LOS TIPOS DE CELDAS DE COMBUSTIBLEEn la tabla N 3 podemos ver un resumen de las propiedades de cada una de las celdas mencionadas [18] a excepcin de las microbianas que an se encuentran en proceso de investigacin, aunque pueden considerarse una variante de las PEMFC.

Tipo de pilade combustible

Electrolito

ConductorInico

Temperaturade operacin

Combustible RendimientoH2 puro (tolera

Rango depotencia

Aplicaciones Transporte PorttilPEMFC Polmero slido H+ 60-80C

CO2 y hasta 10 ppm de CO)

35-45% 5-250Kw

Estacionaria de bajapotenciaDMFC Polmero slido H+ 60-120C Metanol 30-40% 5Kw PorttilAFC KOH OH- 50-100C H puro 40-60% 5-150Kw EspacioPAFC Acido fosfrico H+ 200-220C2-

H2 puro (toleraCO2 y hasta1% de CO) H2, CO, CH4 yotros HCs

40-45%

50Kw a11MW100 Kw a

Estacionaria de media potencia EstacionariaMCFC Li2CO3/K2CO3 CO3SOFC ZrO /Y O O2-

600-700C800-1.000C

(consume CO2en ctodo)H2, CO, CH4 y otros HCs (tolera CO2)

45-60%50-65%

2MW100-250KW

de altapotenciaEstacionaria de media potencia Transporte

Tabla n 3: Resumen de las pilas de combustibles5. BENEFICIOS EN LA UTILIZACIN DE PILAS DE COMBUSTIBLESComo tema principal de este estudio analizaremos cada una de estos beneficios que podemos generalizar de la siguiente manera:

Ambientales

Alta eficiencia

La posibilidad de la cogeneracin

Calidad de la energa generada

Posibilidades de emplazamiento variado

Modularidad

Generacin distribuida.

5.1 VENTAJAS AMBIENTALESAl no haber combustin a alta temperatura, en los gases residuales no se producen ni hidrocarburos sin oxidar ni xidos de nitrgeno. Tampoco se produce SOx debido a que el

sistema exige y realiza la depuracin previa del azufre contenido en el combustible para obtener una larga vida de las celdas electroqumicas. Se puede, por tanto, decir que la tecnologa de las pilas de combustible origina niveles de contaminacin inferiores al resto de los sistemas de produccin basados en combustibles fsiles. El factor de reduccin de estos contaminantes qumicos vara entre el 99 y el 99,5%. Asimismo, al ser un sistema de alta eficiencia, las emisiones de CO2 por kWh se reducen drsticamente.

El bajo nivel de contaminacin acstica de las pilas de combustible, debido a la inexistencia de partes mviles, permite su utilizacin en lugares densamente poblados.

Un valor caracterstico de ruido que pueden producir es de 45db a 10 m. El bajo impacto medioambiental y la flexibilidad de emplazamiento permiten a los sistemas de pilas de combustible ser destinados a la generacin distribuida de energa a base de sistemas de baja y media potencia cercanos a los puntos de consumo, eliminando as los costes de transporte y distribucin.

5.2 ALTA EFICIENCIACuando un combustible se quema en atmsfera de aire, la fuerza que impulsa esta reaccin qumica es la afinidad (A), es decir, la tendencia que presenta el combustible a reaccionar con el oxgeno. En una combustin normal, la energa resultante de la oxidacin del combustible se libera en forma de calor:

Este proceso se emplea tambin para la generacin de energa en las centrales trmicas dnde la energa qumica del combustible es transformada en calor o energa trmica al quemarse produciendo vapor, de ste se obtiene energa mecnica que luego se transforma

en energa elctrica, como puede verse en la figura N 23:

Figura N 18: Eficiencia en un sistema trmico convencionalEn nuestro caso, es posible conseguir que esta reaccin siga un camino directo de forma que, como consecuencia de la transformacin de la energa, se libere inmediatamente energa elctrica. En la pila de combustible los reactivos (combustible y agente oxidante) se conducen a los electrodos de forma continua para producir el proceso electroqumico directo (figura N 24):

Figura N 19: Eficiencia de una pila de combustible

En la figura N 25 podemos ver un grfico comparativo entre las pilas de combustible y las centrales de combustible fsil.

80LE604020Potencia [Kw]Figura N 20: Comparativa de rendimientos en funcin de la potencia nominal de generacin5.3 LAS POSIBILIDADES DE CO-GENERACINEl calor remanente obtenido del proceso de la pila de combustible puede aprovecharse para la cogeneracin, calefaccin y refrigeracin. En la figura N 26 puede verse la

comparacin entre la generacin de combustibles fsiles con la de pilas de combustibles

Figura N 21: Posibilidades de cogeneracin en las pilas de combustible6. CONCLUSIONESEn unos aos podremos encontrar pilas de combustible en el celular, en la cocina de casa, en la central elctrica y, sin lugar a dudas, en el parque automotor.

Las pilas de combustible se han desarrollado de manera espectacular en la ltima dcada, evolucionando desde sistemas muy costosos de aplicacin espacial hasta equipos que podran estar pronto en el mercado. Los telfonos celulares y otros equipos electrnicos sern posiblemente los primeros ya que consumen poca energa y las bateras actuales requieren tiempo de carga elevada. En unos segundos podremos cambiar un cartucho de alcohol y

tendremos recargado nuestro celular16.

Para la cocina se preparan equipos que permitirn fabricar electricidad y el agua caliente a partir de gas natural ya no mediante combustin directa sino como resultado del proceso de conversin de energa obtenida en la pila de combustible17. Se estima que en 2020 habr de cinco a nueve millones de coches en Europa que se muevan con hidrogeno18. Por otro lado las novedosas centrales de ciclo combinado, pasarn de moda para dar lugar a las pilas de combustible de alta temperatura (con un alto rendimiento, y que permiten combinaciones con turbinas o con aprovechamiento del calor residual para aumentarlo an ms). Los fabricantes japoneses Toyota19 y Honda20 han estado en la vanguardia de la produccin de vehculos hbridos ante las reticencias de las marcas estadounidenses por este

tipo de automviles.

En realidad estamos hablando de un cambio radical en sectores como el transporte y la generacin elctrica. De un nuevo mercado de fantsticas dimensiones. De una enorme cantidad de puestos de trabajo.

En lo referente a las desventajas actuales del hidrgeno se encuentran en su almacenamiento, debido a que tiene una densidad extremadamente baja21. El efecto es obvio. Por ejemplo, en la actualidad, un automvil equipado con pilas de combustible necesitar cargar combustible unas cuatro veces ms a menudo que los coches actuales. Hay una gran cantidad de nuevas tecnologas en desarrollo y de momento se trabaja en depsitos a presin

cada vez ms elevadas.

Tambin se est trabajando, en diversos comits internacionales, para desarrollar normativas especficas que faciliten el uso seguro de estas tecnologas. En Argentina el desarrollo de estas polticas es casi nulo y solo se refiere a las actuales producciones y almacenamiento de hidrgeno. De todas maneras, la seguridad en el manejo del hidrgeno no supone ningn problema importante gracias, en buena parte, a que se utiliza en la industria desde hace muchos.

Otro de los principales problemas que se encuentran a la hora de implantar las pilas de combustible es su gran costo de fabricacin. Esto es debido a que los principales componentes de las pilas no se fabrican en serie. El coste estimado de las centrales elctricas de pilas de combustible se sita alrededor de los 3000 U$S/Kw22. Para que puedan resultar rentables en

su utilizacin este precio ha de reducirse a unos 1.500 U$S/Kw [35].

Pases como EE.UU., Canad, Japn y Alemania se sitan a la cabeza del desarrollo de esta tecnologa y todos concluyen que desarrollar una pila de combustible requiere expertos en electroqumica, en mecnica de los fluidos, transmisin de calor, catlisis, mecnica, etc.

Son necesarios equipos de gran personal, multidisciplinario y con alto presupuesto. Las empresas que han hecho punta en este desarrollo, tienen ms de mil empleados, y las administraciones gubernamentales de Estados Unidos y Japn dedican unos 350 millones de dlares al ao a estas tecnologas. En Europa se pretende mejorar la coordinacin a travs de la Plataforma Europea del Hidrogeno y las pilas de Combustible [34], ser una tecnologa que ser tenida en cuenta en los presupuestos de I+D e, incluso, se plantean posibles iniciativas

tipo empresa publico privada23.

En Argentina hay una muy pobre actividad de investigacin24 y pero se prev que para un futuro cercano los entes gubernamentales y empresas privadas comiencen en el estudio de este tema tan importante.

De todo lo anterior podemos decir que es necesario:

Realizar un importante esfuerzo en I+D, incluyendo desarrollo de ciencias bsicas, para poder impulsar tecnologas emergentes basadas en el conocimiento cientfico disponible, que sean capaces de reducir los costes actuales de las tecnologas de produccin y almacenamiento, junto con avances en nuevos materiales para mejorar los rendimientos y la duracin de las pilas de combustible.

Dado que actualmente no existen ciclos formativos en temas relacionados con el hidrogeno y el desarrollo de las pilas de combustible, es menester el desarrollo de ciclos formativos que incorporen las tecnologas del hidrogeno y las pilas de combustible.

Establecer cursos en las universidades que acerquen a los estudiantes a estas tecnologas preparndolos para poder contribuir a la instauracin de las capacidades necesarias. La creacin de un currculo en estas especialidades supone integrar actividades realizadas en diversos departamentos (ya que es una actividad multidisciplinaria). La participacin de investigadores de prestigio es estos cursos podra servir para tratar de interesar a los futuros investigadores en estos temas.

Interesar a los entes gubernamentales en el desarrollo de este tipo de generacin que redundar en beneficio de todos los habitantes de nuestro pas.

Establecer un plan estratgico de difusin general para garantizar la aceptacin social y el desarrollo de los mercados de consumo.7. BIBLIOGRAFA[1]. Fuel Cell Catalysis: a surface science approach. Editorial Wiley. Marc T. M.

Koper. (2009). Edicin electrnica

[2].Fuel Cell Projects for the Evil Genius. Editorial The McGraw-Hill Companies, Inc. Gavin D. J. Harper. (2008). Edicin electronic.

[3]. Tecnologa para el hidrgeno: pila de combustible. Publicacin 15 de Marzo de

2003.Mara Esther Guervs Snchez. Edicin electrnica.

[4].Las celdas de combustible: verdades sobre la generacin de electricidad limpia y eficiente va electroqumica. El grupo de Electroqumica y Corrosin del Instituto de Investigaciones Elctricas de Espaa. (1999)

[5].Hidrgeno: combustible para vehculos. Antonio Gonzlez Garca-Conde. (2007). Presentacin en Power Point.

[6]. Prevencin y eliminacin de contaminantes por medios biolgicos. Grupo CVI

0117 Metabolismo Microbiano del Plan Andaluz de Investigacin. Dr. Francisco

Castillo Rodrguez. (2008). Presentacin en Power Point[7].Biotecnologa Ambiental. Rafael Blasco Pl. Departamento de Bioqumica, BiologaMolecular y Gentica Universidad de Extremadura. (2009). Presentacin en Power Point.

[8].La tecnologa de las pilas de combustible. Universidad de san Jorge, Espaa. (2009). Presentacin en Power Point.

[9]. Generacin de electricidad a partir de una celda microbiana tipo PEMFC.

Liliana Alzate, Carmen Fuentes, Alberto lvarez y P. J. Sebastin. (2008). Publicacin tecnolgica

[10].Celdas de combustible tipo de intercambio protnico. Sandra M. Rozo y Juan E. Tibaquir. Universidad tecnolgica de Pereira. (2007). Publicacin tecnolgica.

[11]. Bacterias productores de electricidad. Abraham Esteves Nuez. Laboratorio de

Ecologa molecular. Centro de Astrobiologa. (2008). Publicacin tecnolgica. [12]. La energa del futuro empieza a rodar. C. Molina y S. Andjar. (2003).

Publicacin tecnolgica. Revista I+D+i Hidrgeno.

[13]. Tendencias en el desarrollo en celdas de combustible de membrana polimrica.

M.V. Martinez, N. Tsiouvaras, J.L. Gmez, S. Garcia, S. Rojas, M.A. Pea, J.L.G. Fierro. Instituto de catlisis y petroqumica, CSIC, Cantoblanco. Espaa.

FIN

in

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2 2 3

MAXIMA EFICIENCIA TEORICA DE LAS PILAS DE COMBUSTIB

PILAS DE COMBUSTIBLE

CENTRALES DIESEL

TURBINAS DE VAPOR