Celdas de Combustible de Hidrógeno: Tecnología para una Energía Limpia y Eficiente

Las celdas de combustible, también conocidas como celdas de hidrógeno, representan una tecnología electroquímica avanzada con un potencial significativo para la generación de energía. A diferencia de los sistemas de combustión tradicionales, estas celdas no producen emisiones contaminantes, ofreciendo una alternativa limpia y eficiente.

¿Qué son las Celdas de Combustible?

• Las celdas de hidrógeno no generan ningún tipo de combustión, lo que significa que su contaminación es nula. Son dispositivos portátiles con una duración de varios días, y el hidrógeno, su principal combustible, es el tercer elemento más abundante en la Tierra.
• Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico cuyo concepto es similar al de una batería. Consiste en la producción directa de electricidad mediante el uso de sustancias químicas, usualmente hidrógeno y oxígeno. En este proceso, el hidrógeno actúa como elemento combustible y el oxígeno es obtenido directamente del aire. Es importante destacar que también pueden utilizarse otros tipos de combustibles que contengan hidrógeno en su molécula, tales como el gas metano, metanol, etanol, gasolina o diésel, entre otros.
• Debido a que la generación de energía eléctrica es directa, la eficiencia que alcanza una celda de combustible puede ser muy elevada. Además, al no tener partes en movimiento, son muy silenciosas. Sumado a todo esto, cabe añadir que la celda de combustible no utiliza la combustión como mecanismo de generación de generación de energía, lo que la hace prácticamente libre de contaminación. Las celdas de combustible individuales pueden combinarse para producir motores más potentes, impulsados, por ejemplo, por hidrógeno. Pueden ser fabricadas en distintos tamaños y para diversas aplicaciones, que van desde su uso en telefonía móvil hasta su empleo para propulsar automóviles.
• Toda celda de combustible está compuesta por un ánodo, un cátodo y electrolitos. Aunque la oxidación del hidrógeno es similar en todos los tipos de celdas de combustible, los materiales empleados en su construcción son muy variados.

Tipos de Celdas de Combustible

• Celda de Membrana de Intercambio Protónico (PEM): También conocidas como Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC), operan a temperaturas de aproximadamente 80°C. Son una tecnología desarrollada y utilizada en países como Alemania, Canadá y Estados Unidos.

Almacenamiento de Combustibles

• Almacenamiento del Hidrógeno: Se almacena en cilindros metálicos (generalmente de aluminio) o en hidruros de baja temperatura capaces de absorber hasta un 2% de su peso en hidrógeno.
• Almacenamiento del Oxígeno: Se almacena en forma líquida en tanques resistentes a presión, especialmente aislados, que comprenden un evaporador integrado con sus componentes y dispositivos.

Ventajas y Desventajas de las Celdas de Combustible

Ventajas

• Alta Eficiencia Energética: Las celdas de combustible presentan diversas características que las posicionan como una de las alternativas más ventajosas para la obtención de energía. Su alta eficiencia puede alcanzar hasta el 80% cuando, además de electricidad, se recupera calor. Este valor supera ampliamente las eficiencias de otros sistemas convencionales.
• Energía Limpia: La energía producida es 100% limpia, ya que el único producto que se obtiene es agua o vapor de agua, dependiendo de la temperatura de operación del dispositivo.
• Flexibilidad y Escalabilidad: Pueden conectarse en paralelo para satisfacer cualquier requerimiento energético. Además, las celdas de combustible, cuando se acoplan a un reformador (o procesador de combustible), permiten obtener energía a partir de combustibles comunes como alcoholes, gas natural y combustibles fósiles, así como de biomasa o de la fracción orgánica recuperada de residuos sólidos domiciliarios.
• Economía Operacional: El aspecto económico también es de gran relevancia: los precios de las celdas de combustible no son altos cuando se comparan con los gastos anuales de electricidad y gas natural, lo que permite amortizar su compra en pocos meses. Los costos de mantenimiento se consideran mínimos o casi nulos.

Desventajas

• Costo Inicial Elevado: La inversión inicial para su producción es considerablemente alta. Mientras que un motor de combustión interna puede requerir entre $30 y $50 dólares para producir 1 kW de energía, una celda de hidrógeno puede costar entre $3000 y $7500 dólares [1].
• Infraestructura de Hidrógeno: Se necesita una infraestructura robusta para la fácil obtención y distribución del hidrógeno, lo cual representa un desafío logístico y económico.