Introducción

 
 

Producción

 

Celdas de combustible

 
 
 

Desarrollo

  La tecnología de las celdas de combustible ya está desarrollada y estos dispositivos convierten la energía química de un combustible en energía eléctrica. Existe una clasificación, la cual se muestra en la Tabla 1, de las celdas de combustible que usan diferentes oxidantes, electrolitos, electrocatalizadores, etc., pero el interés en el transporte está enfocado a la celda de combustible con membrana polimérica, que utiliza como combustible el Hidrógeno, como oxidante el oxígeno del aire y como electrolito una membrana con conducción protónica. Una celda de combustible con membrana polimérica funciona en forma inversa a una celda de electrólisis. Simultáneamente a las reacciones electroquímicas para producir energía eléctrica se libera una gran cantidad de energía en forma de calor. Un vehículo con celda de combustible funcionando con Hidrógeno tiene casi el doble de eficiencia que uno de combustión interna a base de gasolina. Debido a su gran potencial comercial existe, una impresionante lista de compañías automotrices que construyen vehículos a base de hidrógeno o de otro combustible como el metanol. Pero aún no se han resuelto todas las barreras técnicas en la ingeniería práctica del uso de las celdas de combustible, tanto estacionarias como vehiculares. Hay todavía obstáculos técnicos y económicos que deben ser superados como son la disminución de la cantidad de catalizadores base Platino con alto desempeño utilizados como electrodos y la fabricación de Membranas estables a altas temperaturas, además del desarrollo de una tecnología segura y efectiva.

  Existe una diversificación en las tecnologías sustentables en particular en el sector transporte. Los gobiernos pertenecientes a la Organización para la cooperación y el Desarrollo Económico, OCDE, han intensificado sus esfuerzos en Investigación y desarrollo en hidrógeno y celdas de combustible.  Se están Impulsando iniciativas con inversiones en Investigación y Desarrollo (I&D), de alrededor de mil millones de dólares por año, los cuales se encuentran distribuidas en tres áreas de la OCDE, Asia-Pacifico, Europa y América del Norte. Las celdas de combustible absorben más de la mitad de la inversión global y la diferencia se invierte en tecnologías para producir, almacenar, transportar y usar el hidrógeno, inclusive usado como combustible con aplicaciones diferentes a las celdas  de combustible como son las máquinas de combustión Interna y en turbinas a gas.

Automóvil de Hidrogeno Nayaa (Cinvestav)

  La Economía del Hidrógeno o Sistema Económico del Hidrógeno es un término Utilizado con el fin de describir un panorama diferente donde los problemas de contaminación sean resueltos y nuestras necesidades energéticas sean cubiertas en forma permanente y segura, sin dañar el ambiente. El sistema económico del Hidrógeno es la visión que se tiene de la diversidad sobre la producción, almacenamiento, distribución y usos del hidrógeno como un portador energético. A través de proyectos de cooperación internacional existen grupos que trabajan en Hidrógeno coordinados ya sea por la Agencia Internacional de Energía, IEA, la asociación Internacional de la Economía del Hidrógeno, IPHE, además de la Partnership for Advancing the Transition to Hydrogen, PATH, del cual la Sociedad Mexicana del Hidrógeno, SMH, forma parte; existen también Plataformas tecnológicas o por acuerdos bilaterales.

   Con la expectativa de  que el hidrógeno y las celdas de combustible puedan jugar Un papel importante en la economía de la energía global, muchos gobiernos han asignado fondos para investigación, desarrollo y demostración del hidrógeno y Han creado programas y condiciones probables para soportar su utilización en la generación de energía. México como país debe considerar prioritario y estratégico su desarrollo energético, además de tomar en cuenta que cada peso Que invierte en investigación y desarrollo es un peso que se invierte en empleo y crecimiento, y por lo tanto, en su futuro.

Tabla 1. Clasificación y características principales de los diferentes tipos de celdas de combustible.

Tipo de celda de combustible Electrolito Temp. (ºC) Reacciones electroquímicas Aplicaciones Ventajas Desventajas
Membrana de Intercambio protónico (CCMIP) Polímeros sólidos ácidos 60 a 100
ánodo H2 2H+ 2e-
Cátodo 1/2O2+2H++2e-H2O
Global:  H2 + 1/2O2 H2O
Aplicaciones portátiles -Disminución de volumen
-Baja temperatura
-Uso Pt

-Sensibilidad a Impurezas del combustible
alcalina
(CCA)
Solución acuosa KOH 90 a 250
ánodo H2+2(OH)-2H2O+2e-
Cátodo 1/2O2+H2O+2e-2(OH)-
Global:  H+ 1/2O2 H2O
Naves espaciales Reacción catódica rápida -Muy baja tolerancia al CO2 de los reactantes
Metanol ó Etanol
directo
Polímeros sólidos ácidos 60 a 100
ánodo ROH+H2OCO2 +6H+6e-
Cátodo 6H++1/2O2+6e-3H2O
Global:  ROH+1/2O2CO2+2H2O
aplicaciones portátiles -Fácil almacena-miento -Uso Pt
-Baja potencia
-permeabilidad de la Membrana
Bioceldas Polímeros sólidos ácidos 20 a 25
ánodo  enzimare enzimaox + ne-
Cátodo nH++n O2+ ne-H2O
Global:  enzima+nO2nCO2+nH2O
Estaciones fijas -Uso energía renovable -Uso Pt
-Baja potencia
-Control de condiciones
ácido fosfórico

(CCAF)
ácido fosfórico 175 a 200
ánodo H2 2H+ 2e-
Cátodo 1/2O2+2H++2e-H2O
Global:  H2 + 1/2O2  H2O
Estaciones fijas, de Media capacidad -Hasta 85% de eficiencia
-H2 impuro
-Uso Pt
-Baja corriente
-Peso y tamaño grandes
Carbonato fundido
(CCCF)
Solución líquida de Li, Na 600 a 750
ánodo H2+CO32-H2O+CO2+2e-
Cátodo 1/2O2+CO2+2e-CO32-
Global:  H2+1/2O2+CO2H2O+CO2
Estaciones fijas a gran escala -Alta eficiencia
-Variedad de combustibles
-Alta corrosión, componentes para alta temperatura
óxido sólido
(CCOS)
óxidos refracta-
rios,
1000
ánodo H2+O2-H2O+2e-
Cátodo 1/2O2 + 2e-O2-
Global:  H+ 1/2O H2O
Estaciones fijas a gran escala -Alta eficiencia
-Baja corrosión
-Variedad de combustibles
-Componentes especiales de fabricación por alta temperatura


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