19 diciembre 2006

Pilas de combustible

Las pilas de combustible (aka celdas de combustible aka células de combustible) se están convirtiendo en un interesante tema de investigación y discusión para los ingenieros (bueno, supongo que para más gente también, pero lo de los ingenieros lo se seguro).

El interés de esto no es único, pero podemos citar varios: la futura escasez de petróleo, el efecto invernadero, la mayor eficiencia, etc.

Uno de las grandes ventajas de la gasolina, es que es tremendamente energética por unidad de volumen. Gracias a esto podemos mover un coche de varias toneladas a lo largo de 100km con sólo unos 5 litros. Pero cuando el petróleo escasee habrá que buscar algo que con poco peso (y volumen) pueda darnos mucha energía.

Alguien podría pensar que se podrían fabricar coches eléctricos, con una batería que almacenase la energía y ya está. Sin embargo, las baterías no tienen la suficiente capacidad de carga como para dar al automóvil demasiada autonomía, y habría que estar "recargando" constantemente algo que además no es instantáneo, que digamos.

Otro idea podría ser hacer un motor de hidrógeno, ya los hay de otros gases (butano, etc). Y el hidrógeno lo podemos sacar del agua con el proceso de electrólisis, en el cual evidentemente hay que aportar energía. Pero suponiendo que podemos obtener esa energía (del sol del viento, nuclear, etc...) podaríamos separar el agua en hidrógeno y oxígeno para luego meter el hidrógeno en el depósito y quemarlo produciendo vapor de agua.

Sin embargo aún así no dispondríamos de suficiente autonomía. Esto es así porque al quemar el hidrógeno si el ciclo de cuatro tiempos fuese lo más ideal posible aun así no podría superar el rendimiento del ciclo de Carnot. Lo que significa que aun haciendo una combustión perfecta, una expulsión perfecta, etc... el rendimiento seguiría lejos del 100%. La realidad es que estaría cercano al 30%

Pero, si consumiésemos aumentar el rendimiento. Entonces si tendríamos la suficiente autonomía. Dado que no lo podemos hacer con un motor de combustión (como hemos visto el ciclo de Carnot nos previene de que sería mala idea). La alternativa a un motor de combustión es uno eléctrico, así que tenemos que generar electricidad a partir del hidrógeno pero sin quemarlo.

Aquí es donde aparecen las pilas de combustible. Que no me meteré demasiado en el tema ya que hay un estupendo artículo en wikipedia (no es por fardar... bueno si un poco, costo mucho... mira mira)

Básicamente lo que hace es arrancar el electrón del hidrógeno y hacerlo circular por un conductor (creando una corriente eléctrica) el hidrógeno cargado (que viene a ser un protón) atraviesa la membrana que lo separa del oxigeno y cuando se combinan, junto con los electrones que les llegan forman agua.

El rendimiento de esto como hemos dicho no está limitado por el ciclo de Carnot, sólo está limitada por la fracción de la entre la variación de la energía libre de Gibbs y la entalpía de la reacción completa. Pero este límite es mucho superior que el anterior. Así que en la realidad el rendimiento de las pilas de combustible esta alrededor del 50% incluso 60%.

Sin embargo aun quedan algunos problemas por resolver. Sin embargo el tema promete y esta no será la última vez que se hable de las pilas de combustible en este blog.

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