Recargando las pilas

Hola de nuevo queridos lectores,

Espero que estéis aprovechando bien el puente (los que lo tengáis, para los que no al menos hay un par de días libres) para recargar las pilas. Y, ya que sacáis el tema, hablemos de pilas, de combustible concretamente. Seguro que muchos de vosotros habréis escuchado hablar de las pilas de combustible, esas que van a cambiar determinados aspectos de nuestra vida. Hoy vamos a intentar ver cómo es su funcionamiento básico.

Una pila de combustible es un conjunto de células o celdas de combustible que sirven para transformar energía química en eléctrica. En este aspecto se parecen bastante a las baterías comunes aunque, a diferencia de éstas, están diseñadas para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Las baterías contienen dentro de sí mismas todos los elementos necesarios para producir electricidad. Pero estos elementos se agotan, por lo que, una vez ocurre esto, la batería deja de producir electricidad y debemos cambiarla por otra nueva. Las pilas de combustible, sin embargo, obtienen su combustible de forma externa, por lo que podrán funcionar continuamente siempre que se pueda garantizar el flujo de sus elementos químicos.

Célula de combustible

Pero… ¿y cómo genera electricidad una pila de combustible? Pues bien, hay varios tipos de células de combustible, según para el uso que esté ideada (transporte, industrial,…). Nosotros vamos a centrarnos en la llamada PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) o simplemente PEM, que se cree que será la utilizada definitivamente en los vehículos.

Como me gustaría que todos pudiésemos entender su funcionamiento voy a intentar explicar, aunque de forma muy superficial, determinados detalles que para otros pueden ser muy básicos y obvios. Espero no aburriros demasiado.

La idea básica consiste en descomponer átomos de Hidrógeno y Oxígeno en iones. Estos iones son átomos cargados eléctricamente (recordemos que todos los átomos, en principio, tienen carga eléctrica neutra), bien por haberles añadido electrones, o bien por habérselos quitado. Veámoslo un poco más en detalle.

Funcionamiento de una célula de combustible

En la imagen podemos ver un esquema básico de célula de combustible PEM. En ella, se inyecta Hidrógeno por la parte del ánodo (borne negativo de la pila), que se hace entrar en contacto con un catalizador (que es un material que favorece una determinada reacción química) provocando la división de los átomos de Hidrógeno. El Hidrógeno es un gas diatómico, es decir, que está formado por dos átomos del mismo elemento (H2). El resultado de la catálisis será dos iones de Hidrógeno (H+) y dos electrones (e). Los electrones serán conducidos por el ánodo hacia un circuito externo, generando una corriente eléctrica (que puede, por ejemplo, hacer funcionar un motor), mientras que los iones de Hidrógeno llegarán al electrolito (la membrana de intercambio de protones, o PEM) que tan sólo permite el paso de partículas cargadas positivamente, atravesándolo.

En el otro extremo del electrolito ocurre algo similar con las moléculas de oxígeno. Éste se inyecta por la parte del cátodo (borne positivo de la pila) y, como también es un gas diatómico (O2), como resultado de la catálisis se obtienen dos átomos de Oxígeno con una fuerte carga negativa. Como el electrolito sólo pueden atravesarlo partículas cargadas positivamente, los átomos de oxígeno se acumulan en su borde. En él cada átomo de oxígeno se combinará con dos iones de Hidrógeno provenientes del ánodo y los electrones que vuelven del circuito externo, dando como resultado una molécula de agua (H2O).

Como vemos, a partir del Hidrógeno se obtiene una corriente eléctrica y, como residuo, simple vapor de agua. Esta reacción en una sola célula produce una tensión de 0,7 voltios. Para conseguir voltajes mayores lo que se hace es combinar muchas celdas obteniendo, así, una “pila” de células que será, en sí, la pila de combustible. Los tamaños actuales de celdas permiten obtener pilas de combustible del tamaño de una maleta que pueden hacer funcionar un coche.

Una de las desventajas de las pilas de combustible que utilizan hidrógeno es que, a pesar de ser éste el elemento más extendido del universo, no se puede recolectar libremente del entorno (o al menos aquí en la Tierra). Por ello debe ser generado, lo que resulta caro, y posteriormente almacenarse y distribuirse, que resulta difícil. El Hidrógeno no se almacena en estado gaseoso, sino líquido a muy alta presión, por lo que no podremos mantenerlo en un depósito tal y cómo lo hacemos con la gasolina.

También existen otros dispositivos, los llamados reformadores, que sirven para convertir hidrocarburos o alcohol en hidrógeno, que será usado por la pila de combustible. Con ellos se podría usar gas natural, metanol, propano… El metanol es un combustible líquido similar a la gasolina, por lo que podría almacenarse en un tanque. Sin embargo, estos reformadores producen mucho calor y otros gases además de hidrógeno (entre ellos CO2, aunque en menor medida que con la gasolina), que además no es del todo puro, con lo que la eficiencia disminuye considerablemente. Además, la inclusión de estos dispositivos incrementa los costes y necesidades de mantenimiento.

Una de las mayores ventajas del uso de pilas de combustible es su mayor eficiencia. En los motores de gasolina se pierde una grandísima parte de energía en forma de calor, estimándose su eficiencia en un 20%. Es decir, tan sólo un 20% de la energía contenida en la gasolina se convierte en trabajo mecánico. ¡No queráis traducirlo a dinero, sabiendo el precio de la gasolina! En los motores eléctricos (en su conjunto batería-motor), sin embargo, la eficiencia estimada es del 72%, y si consideramos además el proceso de generación de la energía eléctrica almacenada (la central eléctrica), es del 65% (estimaciones obtenidas de aquí). Esta última estimación también es válida para vehículos eléctricos con pilas de combustible.

Honda FCX Clarity

Vemos, pues, que las pilas de combustible nos proporcionan un método mejor, más limpio y eficiente para almacenar la energía del futuro. Y los motores eléctricos son mucho más silenciosos. ¿Os imagináis cómo estaría la Gran Vía de Madrid? Pues sí, llena de gente, como ahora, pero con menos ruido de tráfico y polución. Sin embargo, no penséis que ésta es una idea completamente nueva y novedosa, el proyecto Apolo que llevó al hombre a La Luna, ya utilizó pilas de combustible. Aunque actualmente no se comercializa en serie ningún coche con ellas, sí que hay un fabricante, Honda, que ofrece su modelo FCX Clarity en leasing (por 600$ al mes).

Si todavía os quedan ganas de saber más o no he aclarado vuestras dudas, os dejo un vídeo en el que lo explican muy muy bien, aunque, eso sí, en inglés. Pero tranquilos, las imágenes no necesitan traducción.

Aceleremos, pues, que el futuro nos aguarda… pero, eso sí, olvidémonos de la gasolina. !Hasta pronto!

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