¿Qué es una celda de combustible?

Una celda de combustible es una generadora que convierte la energía química de un combustible directamente en electricidad. En casi todos casos el combustible es hidrógeno o una mezcla de gases rica en hidrógeno. La reacción en una celda de combustible es:

Hidrógeno + Oxígeno (del aire) –> Electricidad + Agua + Calor

¿Hay distintas clases de celda de combustible?

Sí, existen varias clases, incluyendo: PEM (sigla en inglés de Membrana de Intercambio Protónico), carbonato derretido, y alcalino (del tipo de combustible utilizado por el programa espacial de los EUA). Las celdas de combustible de carbonato derretido funcionan a temperaturas muy elevadas y así son más aptas para aplicaciones a mayor escala, por ejemplo, en plantas eléctricas. Las celdas de combustible PEM son más apropiadas para la generación de energía a pequeña escala, por ejemplo, en vehículos. El SERC produce exclusivamente celdas de combustible PEM, y por eso la mayoría de la información en este sitio se refiere a esta tecnología.

¿Cómo se compara la celda de combustible con otras tecnologías para la producción de energía?

Una celda de combustible es parecida a una batería en el sentido que los dos mecanismos convierten la energía química directamente en electricidad. Sin embargo, una celda de combustible nunca necesita recargarse, pero una batería sí necesita recarga. Mientras se proporciona combustible y aire, la celda de combustible sigue produciendo energía eléctrica sin interrupción.

Nuestra manera normal de generar energía eléctrica es por el ciclo de vapor. Quemamos un combustible para producir calor, el calor se utiliza para producir vapor, el vapor hace funcionar una turbina, y la potencia de la turbina se usa para operar una generadora para producir electricidad. Una celda de combustible nos permite evitar este proceso complejo y ineficiente, convirtiendo la energía química en el combustible en electricidad con solo un paso.

¿Cuáles son las ventajas que nos ofrece la celda de combustible?

Una celda de combustible es silenciosa, eficiente y limpia. No produce ningún tipo de contaminación durante su operación. Los únicos subproductos son calor (lo cual se utiliza para calentar aire o agua en un sistema de cogeneración) y agua. Esta agua producida tiene suficiente pureza para usarla como agua potable en los naves espaciales. Estas características hacen la celda de combustible un buen vecino que puede producir energía aún en los barrios urbanos muy poblados donde las leyes acerca de las emisiones son estrictas.

Las celdas de combustible son eficientes en un 40-50%, significativamente más que las generadoras convencionales. Una planta de vapor es normalmente 35% eficiente, mientras la eficiencia de un motor de combustión interna en un vehículo típico es solo 15%.

¿Para qué se utilizan las celdas de combustible hoy?

Las celdas de combustible se pueden utilizar para:
energía remota: para casas sin acceso a la electricidad de los servicios públicos, para estaciones climáticas en el campo, y para repetidoras para telecomunicaciones

energía portátil: para equipos electrónicos pequeños, por ejemplo teléfonos celulares y computadoras portátiles

motores vehiculares: para automóviles, camiones, barcos, etc.

generación distribuida: para generación estacionaria en sitio

Quizás se comprobará la energía remota como el primer mercado económicamente factible para las celdas de combustible, especialmente en aplicaciones donde el ruido, las emisiones o el combustible necesario para las generadores normales son problemas. Aunque hay mucha atención dirigida hoy al uso de las celdas de combustible en los automóviles, probablemente va a ser difícil meterse en este mercado, debido al costo relativamente bajo por caballo de los motores normales de combustión interna y la fortaleza y alta densidad de potencia requeridas en los sistemas de propulsión vehiculares.

¿Si ya estoy utilizando la energía solar, por qué necesito una celda de combustible?

La energía solar es un recurso limpio, de electricidad casi ilimitada, pero hay una desvantaja: el sol se pone en la noche. En el pasado hemos resuelto este problema con grandes reservas de baterías, pero estas baterías tienen una capacidad limitada, son muy pesadas, pueden incorporar químicos tóxicos, y hay que reemplazarlas cada cierta cantidad de años. En vez de una batería, podemos usar un sistema coombinado de una electrolizadora y una celda de combustible. La electrolizadora usa electricidad (de los módulos solares) para dividir el agua y así producir gases de hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se puede almacenar en tanques y luego usarlo en una celda de combustible para producir energía silenciosa y limpia, en la noche o cuando no hay sol.

Si las celdas de combustibles son tan buenas ¿Por qué no las usamos hoy?

De verdad estamos utilizando las celdas de combustible bastante ya. Además de unas aplicaciones muy visibles como en los naves espaciales, la organización Fuel Cells 2000 tiene una lista de más de 600 instalaciones de celdas de combustible pasadas y actuales al nivel mundial en su sitio de internet. Sin embargo, las celdas de combustible todavía proveen solo una pequeña porción de nuestro consumo de energía.

Hay dos razones porque las celdas de combustible todavía no se usan mucho. Uno es que hace falta mucho desarrollo de la tecnología. Otro factor es que el precio es muy alto. Las celdas de combustible no son inherentemente caros, pero igual como otras tecnologías, no van a ser competitivas hasta que se vendan muchas unidades. Los proyectos del SERC, que demuestran las ventajas prácticas y ambientales de las celdas de combustible, representan un paso importante en el avance mundial para hacer disponible las celdas de combustible en todas partes.

¿Cuánto cuestan las celdas de combustible?

Actualmente las celdas de combustible son una tecnología experimental. Por lo tanto, cada sistema es construido a mano utilizando materias producidas en pequeñas cantidades. Es un proceso caro, por eso las celdas de combustible PEM cuestan actualmente unos 20 dólares estadounidenses por vatio producido, dependiendo de su tamaño y aplicación. En el futuro, con el mejoramiento de la tecnología y producción a gran escala de las celdas de combustible en industrias, el costo se rebajará considerablemente.