Estudio comparativo de las diferentes tecnologías de celdas de combustible

Abstract

INTRODUCCIÓNLas celdas de combustible son básicamente sistemas termodinámicos abiertos. Operan en base a reacciones electroquímicas presentes y a los reactivos consumidos de una fuente externa 1,2,3,4 . Son alternativas favorables a los métodos convencionales de generación de energía eléctrica, con aplicación a escala menor. El hidrógeno y los combustibles hidrocarburos, contienen una cantidad importante de energía química en comparación con los convencionales materiales de baterías; por lo tanto, actualmente se han desarrollado para numerosas aplicaciones energéticas.El hidrógeno y la tecnología de las celdas de combustible, son prometedores sustitutos de los combustibles fósiles para proveer de energía a las zonas rurales donde no hay acceso a la red pública o cuando el costo de cableado es enorme, así como la transferencia de electricidad. Además, las celdas de combustible se pueden emplear como fuente segura de energía eléctrica en sistemas de alimentación ininterrumpida (uninterruptible power supplies, UPS), estaciones de generación de energía y sistemas de distribución. La tabla 1, muestra una comparación general entre los sistemas de celdas de combustible y otros sistemas de generación de energía 5,6,7 .De acuerdo a la tabla 1, se puede observar que el rendimiento más alto, se obtiene en los sistemas de celdas de combustible, en comparación con los sistemas convencionales de distribución de energía. Tienen un diseño simple y también funcionamiento confiable. Además, con el uso del hidrogeno como reactivo, estos sistemas resultan amigables con el medio ambiente produciendo energía limpia y de forma silenciosa 8,9,10,11,12,13 . Actualmente, los sistemas de celdas de combustible se utilizan ampliamente en aplicaciones a pequeña y gran escala, por Las celdas de combustible generan electricidad y calor durante la reacción electroquímica que ocurre entre el oxígeno e hidrógeno para formar agua. La tecnología de la celda de combustible es un camino prometedor para proporcionar energía en áreas rurales, donde no hay acceso a la red eléctrica pública, o donde hay un costo enorme en el cableado y transferencia de electricidad. Además, las celdas de combustible, pueden emplearse como fuente de energía, para asegurar la energía eléctrica como por ejemplo, en fuentes de potencia ininterrumpida (uninterruptible power supplies, UPS), estaciones de generación de energía y sistemas de distribución. En este artículo, se hace un estudio comparativo sobre diseño básico, principios de funcionamiento, aplicaciones, ventajas y desventajas de las diversas tecnologías disponibles para celdas de combustible. Además, se comparan las características tecno-económicas de los vehículos que funcionan con celdas de combustible a partir de hidrógeno (Fuel Cell Vehicle, FVC) y vehículos con motor de combustión interna (Internal Combustion Engine Vehicle, ICEV). Los resultados indican que los sistemas de celdas de combustibles tienen un diseño simple, confiabilidad alta, funcionamiento silencioso, alta eficiencia y menor impacto ambiental. ...

Evaluación de las celdas de hidrógeno como alternativa al queroseno en la aviación

“…Estas celdas están compuestas por dos electrodos: el ánodo, donde se encuentra monóxido de carbono, gas natural y propano. No requieren catalizadores de metales nobles para las reacciones de oxidación y reducción electroquímica (Alvarado, 2013). d. Celdas de combustible de ácido fosfórico (pafc):…”

“…son consideradas como uno de los sistemas más prometedores para la generación de electricidad. Según lo señalado por Alvarado (2013), estas celdas utilizan electrodos de papel carbón y un electrolito líquido compuesto por ácido fosfórico (H₃PO₄). El ácido fosfórico, que es una solución transparente e incolora, se utiliza comúnmente en fertilizantes, detergentes, saborizantes de alimentos y productos farmacéuticos.…”

“…Normalmente, el agua generada se utiliza para aplicaciones de calentamiento. Sin embargo, es importante destacar que la operación continua del sistema a 40 ºC es un desafío constante debido a la solidificación del ácido fosfórico a esta temperatura (Alvarado, 2013) En este sistema, donde los reactivos están en compartimentos separados, es importante evitar la acumulación de especies iónicas en cada uno de ellos, ya que podría resultar en la cancelación inmediata de la reacción. En la práctica, los compartimentos se interconectan mediante una membrana de intercambio iónico.…”

“…Las celdas de hidrógeno en la aviación presentan una serie de ventajas y desventajas que deben considerarse al evaluar su implementación en el sector aeronáutico. De acuerdo con Alvarado (2013), en términos de ventajas, se destaca su sostenibilidad ambiental, ya que generan electricidad sin emitir contaminantes ni gases de efecto invernadero. Esto se logra mediante la reacción química entre hidrógeno y oxígeno, que produce agua como único subproducto.…”