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Pilas de combustible de tipo polimérico (PEM), una vía alternativa en la producción energética.

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Teresa Leo y Emilio Navarro, profesores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la Universidad Politécnica de Madrid, desarrollan una línea de investigación centrada en las pilas de combustible de tipo polimérico (PEM).

En la actualidad, investigadores y científicos buscan la manera más provechosa de producir energía y desligarse del monopolio del petróleo. En esa búsqueda las pilas de combustible, con sus diversos tipos y aplicaciones, se perfilan como una alternativa a tener en cuenta en el proceso de producción de electricidad.

Un sistema sencillo y eficiente

La pila de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte directamente la energía contenida en un combustible en energía eléctrica, sin pasar por un proceso termomecánico. La pila funciona de manera continua siempre que se le esté suministrando un combustible y un oxidante.

Hay cinco tipos principales de pilas de combustible: poliméricas (PEM), alcalinas (ACF), de ácido fosfórico (PAFC), de carbonatos fundidos (MCFC) y de óxido sólido (SOFC). "Nosotros trabajamos con las de tipo PEM", comenta Emilio Navarro, "que se componen de una membrana polimérica a la que se añaden los electrodos con el catalizador y dos placas colectoras de corriente que distribuyen los reactantes, denominadas placas bipolares. Un sistema bastante sencillo desde el punto de vista mecánico".

Aplicaciones en el ámbito aeroespacial y otros usos

Las aplicaciones en la aeronáutica y el espacio no son las únicas, pero sí fueron las primeras. La primera pila de combustible (también de tipo PEM) la desarrolló General Electric en los años 60 para las misiones espaciales Gemini de la NASA.

"Actualmente hay proyectos de avión, no para conseguir un avión operado por pilas de combustible, algo que por el momento está fuera de toda visión realista, sino para sustituir algunos sistemas auxiliares", señala Emilio Navarro.

Hoy por hoy es un sistema caro y quizá por ello la pionera ha sido la industria aeroespacial, donde priman otros intereses frente al económico. Destacan otras aplicaciones como las desarrolladas para automoción y producción estacionaria de potencia a pequeña escala; "no hay que olvidar que estamos aun en fase de desarrollo".

La principal ventaja: la diversificación

Una de las primeras ventajas que acuden a la mente es la reducción de contaminantes al evitar la combustión propiamente dicha. Se llega a hablar de emisiones cero en el caso de las pilas de hidrógeno, que únicamente desprenden agua. Un ejemplo de ello es el Proyecto CUTE/ECOS, de transporte urbano limpio para Europa, en el que participan conjuntamente la EMT, Air Liquide, Gas Natural y Repsol. Este proyecto ha puesto en funcionamiento autobuses propulsados con energía eléctrica generada a bordo del propio vehículo por una pila de combustible alimentada por hidrógeno.

Otro aspecto beneficioso es "la mayor eficiencia o rendimiento, que no está limitada por el rendimiento de Carnot, puesto que es un proceso electroquímico y no un ciclo termodinámico", subraya la profesora de esta especialidad. A ello hay que añadir "las bajas presiones y temperatura de operación y la capacidad de cogeneración (usos combinados de calor y energía en los que la mayoría de la energía no transformada en electricidad se utiliza como calor) en las de óxido sólido".

La reducción de espacio es una mejora importante en la aplicación de las pilas de combustible en dispositivos portátiles como el ordenador o el teléfono móvil, donde nos olvidaríamos de la red de suministro eléctrico.

Pero lejos de estas ventajas propias de las características y del funcionamiento de las pilas de combustible se encuentra un valor muy relevante: la diversificación. "Todo va encaminado hacia la diversificación de los procedimientos de generación de energía eléctrica y a diversificar la fuente y el uso del combustible, de manera que no provenga todo del petróleo. Desde un punto de vista político la diversificación supone seguridad y estabilidad, más aun cuando las reservas de petróleo se encuentran en países con una gran inestabilidad política", sostiene Teresa Leo.

Frente a todas esas ventajas, únicamente dos inconvenientes: "es una tecnología en desarrollo y su precio es elevado, junto con el problema del almacenamiento y transporte del hidrógeno en el caso de las pilas que utilizan dicho combustible", según el experto en motores alternativos. "Ello podría subsanarse empleando otro combustible y convirtiéndolo en hidrógeno, pero el reformador en sí puede suponer una penalización en el peso", apostilla Teresa Leo.

Investigaciones multidisciplinares e interuniversitarias

Teresa Leo y Emilio Navarro no trabajan solos en sus investigaciones, comparten el grupo "Pilas-MEET-Interuniversitario UPM-UCM" integrado en la Red Temática de Pilas de Combustible del CSIC, con dos profesores de la Universidad Complutense, y a su vez colaboran con la Universidad Politécnica de Valencia, la Universidad Politécnica de Cataluña y La Universidad de Aberdeen (Reino Unido).

La línea de investigación aborda las pilas de combustible tipo PEM, de membrana polimérica. Si bien comenzaron con las de hidrógeno, finalmente se han decantado por "las que usan como combustibles los bioalcoholes, pues es un paso intermedio entre la tecnología actual y el empleo del hidrógeno; no hay muchos investigadores trabajando en ello y presentan facilidad de utilización desde el punto de vista del usuario".

Teresa Leo afirma que "ahora tienen una eficiencia baja y si la tecnología de las pilas en general está en desarrollo, la de las pilas de alcoholes se encuentra en un estado aun menos avanzado". Su actividad se está llevando a cabo en el laboratorio de Termodinámica, pero dada su relevancia se está montando un laboratorio independiente y cuentan con la colaboración de técnicos de laboratorio, un doctorando y tres becarios.

Además, se trata de abordar muchos de los aspectos de la pila, desde los materiales, los catalizadores, el comportamiento fluidotérmico y el análisis termoeconómico hasta la arquitectura, el diseño y la fabricación de la misma. "Formamos un grupo nacido por afinidad de intereses en este campo y por el momento la experiencia es muy enriquecedora", reconocen ambos.

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