Optimizan celdas de combustible con tecnología colombiana
Se trata de una nueva propuesta para los artefactos electroquímicos que a partir de hidrógeno y oxígeno generan energía eléctrica.
Agencia de Noticias de la Universidad Nacional
Ingenieros químicos desarrollaron un dispositivo que genera energía ambientalmente sostenible, al utilizar polvo de óxido de zirconio, óxido de níquel y manganita de lantano con estroncio. Si bien, las celdas se utilizan desde hace décadas, esta propuesta –a la espera de patrocinio– mejora su funcionamiento.
Cuando la tripulación del Apolo 11 viajó a la Luna en 1969 portaba celdas de combustible, es decir, artefactos electroquímicos que a partir de hidrógeno y oxígeno generan energía eléctrica.
Aunque estos pueden durar hasta veinte veces más que una batería convencional y operar de forma continua sin ciclos de carga y descarga, y con menos contaminantes para el medioambiente, solo han sido usados en campos como la astronáutica durante cerca de cuatro décadas.
Sin embargo, frente a los problemas ocasionados por la explotación de petróleo y ante los avances tecnológicos, se han ido popularizando; diferentes países del mundo como Alemania y Estados Unidos prueban esta tecnología para proveer energía eléctrica a vehículos o a proyectos residenciales.
Pero, ¿por qué en Colombia aún no se comercializan ni se desarrollan? Marco Fidel Suárez, profesor del Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia en Bogotá, explica que el uso de estos dispositivos encarece los productos; además, en la actualidad prevalecen otras tecnologías difundidas en el mercado, lo que significaría cambiar patrones de consumo ya definidos.
Por ejemplo, ya empresas como Codensa o EPM importaron algunos carros eléctricos y, con el apoyo de la Fundación Clinton, entraron en circulación los primeros taxis de este tipo en la capital, así como plantas de abastecimiento de hidrógeno. Los celulares, si bien podrían extender sus cargas de días a meses, resultarían tres o cuatro veces más costosos, debido a su fabricación por empresas en el exterior.
En Colombia comienzan a darse pasos importantes para cambiar esa realidad. Jaime León Aguilar Arias, profesor del Departamento de Ingeniería Química de la U.N., logró desarrollar un proceso que permite producir celdas de combustible nacionales. Aunque estas inicialmente son producidas en laboratorio, el proceso puede ser escalado a la industria.
Una escena eléctrica
Para comprender el proceso que se produce al interior de las celdas de combustible habría que compararlas con un teatro, en donde están el público, los protagonistas de la obra y el telón que los separa.En el escenario se presentan los dos actores protagónicos: el oxígeno y el hidrógeno. Fuera del teatro los dos reaccionan de forma violenta si se encuentran, pero allí adentro logran controlar su relación con el fin de ofrecer un buen espectáculo (la corriente eléctrica es clave en la buena relación).
En esta obra el telón se llama electrolito y juega un papel fundamental, debido a que separa los dos espacios que tiene este teatro químico por donde se mueven los electrones que originan la corriente eléctrica. Entonces, por un lado está el “público” (el ánodo) y por otro los “actores” (el cátodo).
En el lado del ánodo, frente al público, el personaje hidrógeno disgrega sus electrones produciendo electricidad; esto lo logra haciendo que el público aplauda y mande sus buenas energías (trabajo eléctrico) al oxígeno, el cual está detrás del telón (cátodo), lo que hace que este se llene de valentía para atravesar el telón y se fusione con su pareja escénica, el hidrógeno.
“Esencialmente, la labor principal de la celda es generar electricidad, pero de esta fusión se obtiene también agua de alta calidad, la cual es un subproducto del proceso”, explica el profesor Aguilar. Aclara que es prioritario retirar esa humedad constantemente para que la celda funcione de manera correcta. En el caso del Apolo 11, el agua fue usada para el consumo de los astronautas.
Diseño más eficiente
A la fecha, son varios los desarrollos logrados desde las primeras celdas elaboradas en 1969. Actualmente, el ingeniero Aguilar diseña el dispositivo del electrolito utilizando polvo de óxido de zirconio; para el ánodo usa óxido de níquel y para el cátodo manganita de lantano con estroncio.Con las partículas de polvo conforma una pasta –para lo cual emplea técnicas de suspensión química en medio líquido–, que luego se convierte en una lámina o una cinta flexible. Este producto se lleva a un horno en donde se obtiene la celda en forma de una pieza de cerámica. Tanto en el procesamiento como en la operación de las celdas hubo elementos novedosos en la investigación, los cuales fueron evidenciados por tres prestigiosas publicaciones internacionales.
Según el ingeniero, el zirconio utilizado es atípico en la construcción de este tipo de tecnología y ha resultado más resistente. También asegura que, comúnmente, las celdas se sujetan del electrolito o “telón” porque así resultan más fáciles de producir, pero esto encarna un problema debido a la resistencia que se genera en el canal para la trayectoria. En cambio, en este diseño, se soportan en el ánodo, lo cual mejora la eficiencia.
“Tenemos un método con el que podríamos competir en el mundo en la producción de celdas cerámicas de combustible de alta temperatura”, sostiene el investigador, y añade que también existe la posibilidad de crear modelos a baja temperatura. En América Latina existen grupos que han intentado producirlas, pero no lo han conseguido, por lo que se sigue dependiendo de la importación a un alto costo económico.
De este modo, el desarrollo del profesor Aguilar es una alternativa de menor costo, con mejor resistencia para producir energía de manera más eficiente y con menor daño al medioambiente, pues el uso de un componente como el hidrógeno produce menos emisiones contaminantes que la quema de gasolina.
En este sentido, la producción propia de estos artefactos, según el profesor Suárez, resulta esencial para el ingreso al mercado mundial, pero también para su inserción en nuestro medio. No obstante, agrega: “Se necesitan políticas de Estado para regular e implementar su uso y comercialización. Por eso, tenemos que ser conscientes de que estas tecnologías pueden beneficiarnos en muchos aspectos”.
Ingenieros químicos desarrollaron un dispositivo que genera energía ambientalmente sostenible, al utilizar polvo de óxido de zirconio, óxido de níquel y manganita de lantano con estroncio. Si bien, las celdas se utilizan desde hace décadas, esta propuesta –a la espera de patrocinio– mejora su funcionamiento.
Cuando la tripulación del Apolo 11 viajó a la Luna en 1969 portaba celdas de combustible, es decir, artefactos electroquímicos que a partir de hidrógeno y oxígeno generan energía eléctrica.
Aunque estos pueden durar hasta veinte veces más que una batería convencional y operar de forma continua sin ciclos de carga y descarga, y con menos contaminantes para el medioambiente, solo han sido usados en campos como la astronáutica durante cerca de cuatro décadas.
Sin embargo, frente a los problemas ocasionados por la explotación de petróleo y ante los avances tecnológicos, se han ido popularizando; diferentes países del mundo como Alemania y Estados Unidos prueban esta tecnología para proveer energía eléctrica a vehículos o a proyectos residenciales.
Pero, ¿por qué en Colombia aún no se comercializan ni se desarrollan? Marco Fidel Suárez, profesor del Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia en Bogotá, explica que el uso de estos dispositivos encarece los productos; además, en la actualidad prevalecen otras tecnologías difundidas en el mercado, lo que significaría cambiar patrones de consumo ya definidos.
Por ejemplo, ya empresas como Codensa o EPM importaron algunos carros eléctricos y, con el apoyo de la Fundación Clinton, entraron en circulación los primeros taxis de este tipo en la capital, así como plantas de abastecimiento de hidrógeno. Los celulares, si bien podrían extender sus cargas de días a meses, resultarían tres o cuatro veces más costosos, debido a su fabricación por empresas en el exterior.
En Colombia comienzan a darse pasos importantes para cambiar esa realidad. Jaime León Aguilar Arias, profesor del Departamento de Ingeniería Química de la U.N., logró desarrollar un proceso que permite producir celdas de combustible nacionales. Aunque estas inicialmente son producidas en laboratorio, el proceso puede ser escalado a la industria.
Una escena eléctrica
Para comprender el proceso que se produce al interior de las celdas de combustible habría que compararlas con un teatro, en donde están el público, los protagonistas de la obra y el telón que los separa.En el escenario se presentan los dos actores protagónicos: el oxígeno y el hidrógeno. Fuera del teatro los dos reaccionan de forma violenta si se encuentran, pero allí adentro logran controlar su relación con el fin de ofrecer un buen espectáculo (la corriente eléctrica es clave en la buena relación).
En esta obra el telón se llama electrolito y juega un papel fundamental, debido a que separa los dos espacios que tiene este teatro químico por donde se mueven los electrones que originan la corriente eléctrica. Entonces, por un lado está el “público” (el ánodo) y por otro los “actores” (el cátodo).
En el lado del ánodo, frente al público, el personaje hidrógeno disgrega sus electrones produciendo electricidad; esto lo logra haciendo que el público aplauda y mande sus buenas energías (trabajo eléctrico) al oxígeno, el cual está detrás del telón (cátodo), lo que hace que este se llene de valentía para atravesar el telón y se fusione con su pareja escénica, el hidrógeno.
“Esencialmente, la labor principal de la celda es generar electricidad, pero de esta fusión se obtiene también agua de alta calidad, la cual es un subproducto del proceso”, explica el profesor Aguilar. Aclara que es prioritario retirar esa humedad constantemente para que la celda funcione de manera correcta. En el caso del Apolo 11, el agua fue usada para el consumo de los astronautas.
Diseño más eficiente
A la fecha, son varios los desarrollos logrados desde las primeras celdas elaboradas en 1969. Actualmente, el ingeniero Aguilar diseña el dispositivo del electrolito utilizando polvo de óxido de zirconio; para el ánodo usa óxido de níquel y para el cátodo manganita de lantano con estroncio.Con las partículas de polvo conforma una pasta –para lo cual emplea técnicas de suspensión química en medio líquido–, que luego se convierte en una lámina o una cinta flexible. Este producto se lleva a un horno en donde se obtiene la celda en forma de una pieza de cerámica. Tanto en el procesamiento como en la operación de las celdas hubo elementos novedosos en la investigación, los cuales fueron evidenciados por tres prestigiosas publicaciones internacionales.
Según el ingeniero, el zirconio utilizado es atípico en la construcción de este tipo de tecnología y ha resultado más resistente. También asegura que, comúnmente, las celdas se sujetan del electrolito o “telón” porque así resultan más fáciles de producir, pero esto encarna un problema debido a la resistencia que se genera en el canal para la trayectoria. En cambio, en este diseño, se soportan en el ánodo, lo cual mejora la eficiencia.
“Tenemos un método con el que podríamos competir en el mundo en la producción de celdas cerámicas de combustible de alta temperatura”, sostiene el investigador, y añade que también existe la posibilidad de crear modelos a baja temperatura. En América Latina existen grupos que han intentado producirlas, pero no lo han conseguido, por lo que se sigue dependiendo de la importación a un alto costo económico.
De este modo, el desarrollo del profesor Aguilar es una alternativa de menor costo, con mejor resistencia para producir energía de manera más eficiente y con menor daño al medioambiente, pues el uso de un componente como el hidrógeno produce menos emisiones contaminantes que la quema de gasolina.
En este sentido, la producción propia de estos artefactos, según el profesor Suárez, resulta esencial para el ingreso al mercado mundial, pero también para su inserción en nuestro medio. No obstante, agrega: “Se necesitan políticas de Estado para regular e implementar su uso y comercialización. Por eso, tenemos que ser conscientes de que estas tecnologías pueden beneficiarnos en muchos aspectos”.