Pinceladas sobre mi trabajo de investigación, (1a parte)

Es obligatorio para los estudiantes catalanes de bachillerato, elaborar un trabajo de investigación entre finales de 1ero de bachillerato y mediados de 2ndo. Este proyecto puede ser escogido por el alumno sobre la materia que crea conveniente, el centro le asignará un tutor, el cual debe estar informado en todo momento.

Es necesario aprovar dicho trabajo y representar un 10% de la nota de expediente de bachillerato. La finalidad no es descubrir cosas nuevas, sino indagar en la materia y convertirse de esta manera en "un pequeño enterado" sobre aquello estudiado.

Mi trabajo no podía ser menos y fue de química, aunque tenía previsto hacerlo sobre agujeros negros, mas encontré en él la posibilidad de abarcar muchos campos de estudio con este tema, como son las pilas de combustible, en inglés, Fuel Cells. Durante los próximos 2/3 días a partir de hoy, intentaré hacer un breve resumen de mi investigación. Espero que os guste.

Breve repaso sobre generadores electroquímicos.

Los generadores electroquímicos producen energía debido a la transformación de la energía química liberada por las reacciones de oxidación-reducción en energía eléctrica en los generadores electroquímicos: pilas y baterías.
Los generadores electroquímicos se clasifican en tres categorías, según criterios relativos a su agotamiento y a la posibilidad de su regeneración.

La pila suministra energía pero no es recargable.

La batería es un sistema que se puede recargar. Tiene dos formas de funcionar: en descarga actúa dando energía eléctrica, en carga actúa acumulando energía. El ciclo carga-descarga puede ser repetido un gran número de veces.

La pila de combustible, es una pila en el que el suministro exterior de sustancia reaccionante es continuo. Puede funcionar indefinidamente siempre que el aprovisionamiento esté asegurado.

[[Fotografía: De izquierda a derecha: 1- Modelo de una pila Leclanché. 2- Muestra de una batería de plomo. 3-Imagen que se corresponde a una pila de combustible.]]

¿Qué es una pila de combustible?

Una pila de combustible (FC) fuell cell es una celda electroquímica que convierte continuamente la energía química de un combustible i de un oxidante en energía eléctrica mediante un proceso, que generalmente, involucra un sistema electrodo-electrolito invariante.

Los principios básicos de la pila de combustible son los mismos que las baterías electroquímicas, todo y que ambos sistemas son diferentes. En las baterías la energía química se encuentra almacenada en las substancias localizadas en su interior. Cuando esta energía se convierte en energía eléctrica, la batería se va consumiendo.

En una pila de combustible, la energía química es proporcionada por un combustible y un oxidante almacenados en el exterior de la celda, de forma que en ser alimentada con los reactivos da potencia eléctrica.

[[Fotografia: Conversión directa de la energía química de los combustibles en energía eléctrica con el uso de la pila de combustible.]]

Ventajas de una pila de combustible

Alta eficiencia energética: Las pilas de combustible no son máquinas térmicas, por lo que su rendimiento no está limitado por el ciclo de Carnot, pudiendo acercarse teóricamente al 100%. Sólo las limitaciones en el aprovechamiento de la energía generada y en los materiales empleados en su construcción impiden alcanzar este valor.

Bajo nivel de contaminación medioambiental: Al estar sustituida la combustión a alta temperatura de combustibles fósiles por una reacción electroquímica catalizada entre el hidrógeno y el oxígeno, no existe emisión de gases contaminantes (óxidos de nitrógeno y azufre, hidrocarburos insaturados, etc.), con lo que el impacto sobre el medio ambiente es mínimo. Es éste quizás, el aspecto más atractivo de las pilas de combustible.

Carácter modular: La disponibilidad de las pilas de combustible como módulos independientes supone una ventaja adicional, ya que un cambio de escala en la potencia requerida se consigue fácilmente mediante la interconexión de módulos.

Flexibilidad de operación: Una pila de combustible puede funcionar a alto rendimiento y sin interrupción en un amplio rango de potencias suministradas. Además, pueden realizarse variaciones rápidas de potencia; por ejemplo, es posible aumentar la potencia de una pila de combustible en un 10% en tan sólo un segundo. En contraste, los sistemas convencionales son muy inflexibles, debiéndose mantener la carga de combustible siempre por encima del 80% para garantizar una correcta operación.

Admisión de diversos combustibles: Cualquier combustible es apto para ser reformado, con tal de que incluya hidrógeno en su composición. Han sido empleados con éxito combustibles tan dispares como el gas natural, el gasóleo, el carbón gasificado o el metanol.

Funcionamiento silencioso: se ha estimado que el nivel de ruido a 30 metros de una pila de combustible de tamaño medio es de tan sólo 55 decibelios. Ello sugiere el uso de estos dispositivos para la generación de energía en recintos urbanos.

Bajo impacto estético: Al no existir tubos de emisión de gases ni torres de refrigeración, el impacto visual de una planta de producción de energía basada en pilas de combustible es mínimo. Se ha llegado incluso a proponer su integración en edificios residenciales.

Fiabilidad: Los sistemas informáticos de control permiten automatizar el funcionamiento de una pila de combustible, siendo mínima la intervención manual requerida.

Sencillez de instalación: Las obras de infraestructura son prácticamente innecesarias.



Inconvenientes de una pila de combustible

Tecnología emergente: Determinados problemas aún no resueltos afectan al funcionamiento de las pilas de combustible, especialmente en lo que respecta a su vida útil, lo que repercute en su comercialización.

Coste elevado: Al tratarse de una tecnología en desarrollo y al existir todavía una baja demanda de unidades, su precio no puede, hoy en día, competir con el de las tecnologías convencionales. Es de esperar que, conforme la demanda se incremente, los precios se vayan equiparando.

Sensibilidad hacia los venenos catalíticos: Los electrodos empleados incorporan catalizadores para favorecer el desarrollo de las reacciones electroquímicas. El contacto de estas sustancias con los llamados venenos catalíticos, tales como el monóxido de azufre o los compuestos de azufre, provoca su inactivación irreversible.

En la actualidad se trabaja en la sustitución de estos catalizadores por materiales más resistentes.


To be continued...