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Motores de pila de combustible

Una pila de combustible es un dispositivo cuyo funcionamiento es muy similar al de una batería, diferenciándose en que ni se agota ni se recarga. Mediante un proceso de combustión fría convierte la energía química de un combustible en energía eléctrica útil, además de calor y agua pura, todo ello sin proceso de combustión como paso intermedio. Físicamente también son muy parecidas a las baterías, estando formadas por dos electrodos separados por un electrolito. Generan electricidad mientras se las provea de combustible y oxigeno. Las pilas de combustible pueden utilizar hidrógeno puro de forma directa, o cualquier combustible (gasolina, metanol, metano, hidrógeno, etanol, gas natural, gas licuado (LPG) etc) que permita obtener gas rico en hidrógeno mediante un proceso interno de reformado.

La electricidad se genera directamente por combinación química, al entrar el hidrógeno en contacto con el oxígeno contenido en el aire que es aspirado del exterior. El hidrógeno se aplica sobre un electrodo, en tanto que el oxígeno se aplica sobre el otro. Por ionización, el hidrógeno pierde electrones, que circulan por un material conductor en tanto que el hidrógeno circula a través del electrolito hacia el otro electrodo.

Existen diversos tipos de pilas de combustible, que utilizan varias tecnologías, donde varían tanto la configuración, como el electrolito y el combustible utilizado. Las principales son las siguientes:

  • Ácido fosfórico. Sin duda es el más perfeccionado y extendido, hasta el punto que se comercializa actualmente. Su eficiencia está por encima del 40%, llegando al 80% cuando se aprovecha el calor subyacente. Está siendo usada como planta eléctrica estacionaria en hospitales, aeropuertos, y otras aplicaciones de emergencia, y pronto se espera que esté en uso en autobuses experimentales. Funciona a temperatura moderada

  • Carbonato Fundido. Este tipo podrá consumir combustibles basados en los hidrocarburos. Presentan muy buena relación consumo / potencia. Funciona a alta temperatura

  • Membrana de Polímero Sólido. Es el más apropiado para su aplicación en automoción, por su buena relación potencia / volumen y su elasticidad y rápido arranque. Funciona a baja temperatura

  • Óxido Sólido. También presenta muy buenas perspectivas. Sustituyen el electrolito por un material cerámico, lo que le permite funcionar a muy alta temperatura, y alcanzar una eficiencia inicial próxima al 60%. Próximamente serán incorporadas como unidad de potencia auxiliar en ciertos automóviles en fase de experimentación

  • Metanol. De momento en fase de desarrollo inicial, están siendo experimentadas por varias firmas privadas

  • Alcalinas. Utilizan como electrolito hidróxido de potasio y alcanzan una eficiencia próxima al 70%. Vienen siendo utilizadas por la NASA desde hace tiempo aunque su alto costo no ha permitido hasta el momento su comercialización

El reformado de combustibles que contienen carbono genera más emisiones que el uso de hidrógeno puro, que es un tipo de energía renovable. El metanol será el combustible utilizado en un principio, hasta tanto avance suficientemente la tecnología para la obtención rentable del hidrógeno.

Las pilas de combustible están siendo estudiadas para su futura incorporación en los automóviles híbridos ultraligeros. Pueden resultar una excitante APU (Auxiliary Power Unit) por su eficiencia, por sus bajas emisiones (si se utiliza el combustible adecuado), y también por su fiabilidad y duración (no tienen apenas partes móviles). Actualmente su precio es prohibitivamente alto, en parte porque su producción no es masiva. También tienen el inconveniente de no tener infraestructura de repostaje para los combustibles que tiene previsto consumir.

Se espera que tengan un consumo inferior a los motores convencionales, además de producir menos ruido y vibraciones. Actualmente se trabaja en economizar los costes de componentes y producción, y en el sistema de almacenamiento del combustible (no hay que olvidar que el hidrógeno es un elemento altamente reactivo). Actualmente los prototipos en pruebas alcanzan velocidades de 150 km/h con una autonomía de 450 km. En California se espera que entre el año 2000 y el 2003 estén ya rodando en prueba alrededor de 50 vehículos movidos por pilas de combustible.

La tecnología de la pila de combustible ha obtenido significativos avances en los últimos años, y varios fabricantes de automóviles ensayan esta tecnología en la propulsión de automóviles experimentales o como fuente de energía alternativa. No obstante, estos prototipos todavía son excesivamente pesados y extraordinariamente costosos, porque las pilas de combustible todavía son voluminosas, muy pesadas y extraordinariamente caras. En EE.UU, los tres mayores fabricantes de automóviles desarrollan en cooperación con compañías especializadas sus propios automóviles con sistema de pila de combustible. Las expectativas más optimistas calculan que se necesitarán en torno a 15 o 20 años para que estos sistemas sean competitivos.

Antonio Sánchez 1.999

 

 
 

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