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Pilas de combustible. Hablamos con Jesús Canales

Pilas de combustible - Podcast Hablando con Científicos - Cienciaes.com

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Una pila de combustible es un dispositivo que convierte directamente la energía química almacenada en un combustible en energía eléctrica. Básicamente tiene el mismo principio de funcionamiento que una pila eléctrica o una batería convencional, la diferencia es que la pila de combustible es alimentada desde el exterior con hidrógeno o metano y, mientras se mantenga este suministro, la pila genera electricidad. Es una tecnología más limpia (expulsa agua) y más eficiente que un motor de combustión pero, al menos por ahora, se trata de una tecnología cara. No obstante, su desarrollo avanza a grandes pasos gracias a los esfuerzos de grupos de investigadores como el que existe en el Instituto de Investigación en Energías Renovables de Albacete de la UCLM. Hoy hablamos con Jesús Canales Vázquez, profesor de Tecnología del Hidrógeno y Pilas de combustible.

Pilas eléctricas.

Una pila eléctrica es una especie de depósito de energía que genera electricidad. En su forma más básica tiene forma de cilindro con los extremos marcados por los signos “+” y “-” pero casi nadie sabe lo que contienen esos cilindros en su interior. Lo que sí sabemos es que debemos colocarlas correctamente en una linterna, en un reloj o en un aparato de radio, para que estos artilugios empiecen a funcionar. Básicamente, en el interior de la pila tiene lugar una reacción química que facilita electrones, estos electrones, cuando la pila está correctamente conectada a un circuito, circulan por él proporcionando la energía eléctrica que necesitan para funcionar. Un inconveiente de la pila eléctrica es que, con el tiempo, las reacciones químicas que la alimentan se acaban y la energía que suministra se agota. Si la pila eléctrica no es recargable, ya la podemos tirar (eso sí, no en cualquier lugar porque los productos químicos que contienen son altamente contaminantes), si es recargable, en cuyo caso la llamamos batería, tenemos que conectarla a la red eléctrica para invertir la reacción química y conseguir que vuelva a cargarse de energía.

Eficiencia del motor de combustión.

Las baterías de los coches son otra forma de pila recargable, en ese caso, es el motor del coche el que debe suministrar la energía para cargarla. El motor de combustión quema gasolina o gasoil y convierte su energía química en calor y movimiento. El motor va conectado con una correa a un alternador eléctrico y lo hace girar. Cuando el alternador gira produce la electricidad que carga la batería y hace funcionar el resto de los circuitos eléctricos del automóvil. El ciclo es complejo y, sobretodo, es poco eficiente. A pesar de los años que hace que se inventó, el rendimiento de un motor de combustión es muy bajo. Un motor de gasolina viene a tener una eficiencia de entre el 20 y el 30%, en el mejor de los casos, es decir que de toda la energía química que contiene el combustible, más del 70% se desperdicia. Un motor de gasóleo tiene una eficiencia algo mayor pero de todas formas baja, entre el 30 y el 45%.

Un motor eléctrico, en cambio, tiene una eficiencia muy superior, los que equipan a los coches eléctricos aprovechan alrededor del 90% de la energía que se les suministra, incluso más en algunos casos. Claro que, si para hacer funcionar un coche eléctrico, tenemos que extraer la energía de la gasolina o el gasoil con un motor de combustión, apaga y vámonos.

La pila de combustible.

Con todo lo dicho, es lógico pensar en formas más eficientes de convertir la energía química en energía eléctrica sin pasar por el cuello de botella del motor de combustión. Ésa es la idea de la llamada “Pila de combustible” de la que hablamos hoy con Jesús Canales Vázquez, profesor de Tecnología del hidrógeno y pilas de combustible en Instituto de Investigación en Energías Renovables de Albacete, que pertenece a la Universidad de Castilla- La Mancha.

Una pila de combustible es un dispositivo que convierte directamente la energía química en energía eléctrica, si necesidad de que exista por medio una combustión. Dicho de otro modo, si suministramos a esta pila un combustible, generalmente hidrógeno o gas natural, ésta extrae electrones sin quemarlo. Después, los electrones forman una corriente eléctrica que sirve para alimentar un circuito y lo que conectemos a él. No crean que les estoy hablando de ciencia ficción, en la actualidad ya existen pilas de combustible en muchos lugares. Un buen ejemplo es el coche Honda FCX Clarity, que salió al mercado en 2005 y muy pronto será sustituido por una versión mejorada, el Honda FCEV. Éste coche utiliza hidrógeno para alimentar a una pila de combustible que, a su vez, genera la electricidad que mueve el motor eléctrico del coche.

La pila de combustible y las energías renovables.

El coche es sólo una de las posibles aplicaciones de las pilas de combustible, como nos cuenta Jesús Canales durante la entrevista. En principio, no hay limitaciones para construir pilas de combustible de cualquier tamaño y potencia. Además, como producto final del proceso, la pila de hidrógeno expulsa agua. No contamina. Aunque, para ser francos, dado que el hidrógeno libre no existe en la naturaleza, hay que extraerlo de otra fuente. Si la fuente es gas natural o combustibles fósiles lo único que estamos haciendo es cambiar la contaminación de lugar. No obstante, hay una posibilidad muy interesante de cara a un futuro en el que los combustibles fósiles dejarán de ser tan abundantes. Se pueden utilizar energías renovables, como la energía eólica o fotovoltaica, para descomponer agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno así obtenido se podría almacenar para su posterior utilización en pilas de combustible. En este caso el ciclo está limpio de contaminación.

Lógicamente, ustedes dirán: ¿si tan maravillosa es esta tecnología cómo es que no abunda ya en el mercado? La respuesta es muy simple: en estos momentos es muy cara. Como cualquier pila eléctrica, la pila de combustible utiliza dos electrodos para favorecer la reacción química que libera los electrones y esos electrodos actualmente son de metales muy caros, como el platino. No obstante, con inversión, investigación e imaginación, no tardarán en llegar mejores soluciones. En el Instituto de Investigación en Energías Renovables de Albacete, que pertenece a la Universidad de Castilla-La Mancha se está investigando en Pilas de Combustible. Allí se estudian nuevos materiales electroquímicos y se investiga el desarrollo de dispositivos más eficientes, más duraderos y con una mayor tolerancia a los combustibles en un tipo de Pilas de Combustible que se conocen como Pilas de Óxido Sólido (SOFC).

Les invitamos a escuchar la entrevista con Jesús Canales Vázquez, profesor de Tecnología del hidrógeno y pilas de combustible.

MÁS INFORMACIÓN:

Pilas de combustible de óxidos sólidos

Disruption of extended defects in solid oxide fuel cell anodes for methane oxidation. Juan Carlos Ruiz-Morales1, Jesús Canales-Vázquez1, Cristian Savaniu, David Marrero-López,Wuzong Zhou & John T. S. Irvine. Vol 439|2 February 2006|doi:10.1038/nature04438

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