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| Febrero 2005 |
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Ventajas e inconvenientes
Ventajas
- Beneficios medioambientales :
- a) Altas eficiencias en la utilización del combustible. El
hecho de la conversión directa del combustible a energía
a través de una reacción electroquímica, hace
que las pilas de combustible puedan producir más energía
con la misma cantidad de combustible si lo comparamos con una combustión
tradicional. El proceso directo hace que las eficiencias puedan alcanzar
entre 30% y 90%, dependiendo del sistema de pila de combustible y
además se puede emplear el calor adicional producido. La generación
de energía basada en la combustión convierte previamente
el combustible en calor, limitándose el proceso a la ley
de Carnot de la Termodinámica y después a energía
mecánica, la cual produce movimiento o conduce a que las turbinas
produzcan energía. Los pasos adicionales implicados en la combustión
hacen que la energía escape en forma de calor, fricción
y otras pérdidas de conversión, provocando una disminución
de la eficiencia del proceso global.
Las pilas de combustible al no ser máquinas térmicas,
su rendimiento no se limita por el ciclo de Carnot y se puede alcanzar
teóricamente el 100%. Únicamente las limitaciones en
el aprovechamiento de la energía generada y en los materiales
empleados en su construcción impiden alcanzar este valor.
- b) Emisión cero de contaminantes. Cuando el combustible es
hidrógeno, los productos obtenidos en la reacción electroquímica
catalizada de la pila de combustible entre el hidrógeno y el
oxígeno son agua, calor y electricidad, en lugar de dióxido
de carbono, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre
y otras partículas inherentes a la combustión de combustibles
fósiles. Para extraer hidrógeno puro, los combustibles
fósiles deben pasar primero por un reformador. En este proceso
las emisiones de dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno,
óxidos de azufre y otros contaminantes, son solamente una fracción
de aquellos producidos en la combustión de la misma cantidad
de combustible.
- c) Reducción del peligro medioambiental inherente de las
industrias extractivas. Las pilas de combustible no producen el deterioro
ambiental asociado a la extracción de combustibles fósiles
de la Tierra cuando el hidrógeno es producido a partir de fuentes
renovables. Si se produce un escape de hidrógeno, éste
se evaporará de forma instantánea debido a que es más
ligero que el aire. Esta sería una solución para paliar
el dramático legado que ha sido dejado en nuestro planeta debido
a las perforaciones petrolíferas, el transporte, el refino
y los productos de deshecho asociados.
- d) Funcionamiento silencioso. Al carecer de partes móviles,
se ha estimado que el nivel de ruido a 30 metros de una pila de combustible
de tamaño medio es únicamente de 55 decibelios. Es por
ello que podrían usarse pilas de combustible en recintos urbanos.
- Beneficios en la ingeniería de pilas de combustible
- a) Admisión de diversos combustibles. Cualquier combustible
si incluye hidrógeno en su composición puede ser reformado.
Pueden emplearse para este proceso por ejemplo gas natural, carbón
gasificado, gasóleo o metanol.
- b) Altas densidades energéticas. La cantidad de energía
que puede generar una pila de combustible con un volumen determinado
es normalmente dada en kWh/litro. Estos números continúan
aumentando conforme se realizan nuevas investigaciones y desarrollos
asociados de los productos respectivos.
- c) Bajas temperaturas y presiones de operación. Las pilas
de combustible dependiendo del tipo de éstas, operan desde
80 ºC a más de 1000 ºC. Estos números parecen
ser altos, pero tenemos que pensar que la temperatura dentro de los
vehículos con motores de combustión interna pueden alcanzar
más de 2.300 ºC.
- d) Flexibilidad de emplazamiento. Las celdas de combustible, con
su inherente operatividad sin ruidos, emisión cero y requerimientos
mínimos, pueden ser instaladas en multitud de lugares, de interior
o exterior, residenciales, industriales o comerciales.
- e) Capacidad de cogeneración. Cuando se captura el calor
residual generado por la reacción electroquímica de
la pila de combustible, éste puede emplearse por ejemplo para
calentar de agua o en aplicaciones espaciales para calentar la nave.
Con las capacidades de cogeneración, la eficiencia de una pila
de combustible puede alcanzar el 90 %.
- f) Rápida respuesta a variaciones de carga. Para recibir
energía adicional de la celda de combustible, se debe introducir
más combustible en el sistema. La respuesta de la carga en
la celda es análoga a la presión que realicemos en el
acelerador de nuestro vehículo, a más combustible, más
energía.
- g) Carácter modular. La construcción modular supone
una menor dependencia de la economía de escala. La disponibilidad
de las pilas de combustible como módulos independientes supone
una ventaja adicional, ya que un cambio de escala ?en la potencia
requerida se consigue fácilmente mediante la interconexión
de módulos
- h) Simplicidad del dispositivo. Las pilas de combustible carecen
de partes móviles. La falta de movimiento permite un diseño
más simple, una mayor fiabilidad y operatividad y un sistema
que es menos propenso a estropearse.
- Seguridad energética
El hidrógeno usado como combustible en las pilas de combustible
puede ser producido a nivel doméstico a través del reformado
de gas natural, electrólisis del agua o fuentes renovables como
eólica o fotovoltaica. La generación de energía a
este nivel evita la dependencia de fuentes extranjeras que pueden localizarse
en regiones del Mundo inestables.
El rápido consumo de los combustibles fósiles que la sociedad
moderna requiere para el estado de vida actual está acabando con
un recurso limitado. La utilización del hidrógeno, el elemento
más abundante en el Universo, es ilimitada. La transición
hacia una economía del hidrógeno es posible y evitaría
los problemas asociados al agotamiento del petróleo.
- Independencia de la red de suministro energético
Un sistema de celdas de combustible residencial, permite una independencia
a sus habitantes respecto a la red de suministro eléctrico, la
cual puede tener irregularidades. Una de éstas, serían los
cortes de corriente que pueden causar daños importantes a sistemas
informáticos, a equipamientos electrónicos y en general
a la calidad de vida de las personas.
- Pilas de combustible frente a baterías tradicionales
Las celdas de combustible ofrecen una reducción en el peso y en
el tamaño para la misma cantidad de energía disponible respecto
a las baterías tradicionales..
Para incrementar la energía en una pila de combustible, simplemente
debe introducirse más cantidad de combustible en el dispositivo.
Para aumentar la energía de una batería, se deben adicionar
más baterías viéndose incrementado el coste, el peso
y la complejidad del sistema. Una pila de combustible nunca se agota,
mientras haya combustible continúa produciendo electricidad. Cuando
una batería se agota debe experimentar un largo e inconveniente
tiempo de recarga para reemplazar la electricidad gastada. Dependiendo
de donde se genere la electricidad, la contaminación, los costes
y los problemas en cuanto a la eficiencia se transfieren desde el emplazamiento
de las baterías a la planta generadora central..
Desventajas
- La producción del hidrógeno resulta muy costosa al no
ser éste una fuente primaria
- La obtención del hidrógeno puro supone un precio elevado
- Alto coste destinado a los sistemas de almacenamiento y suministro (de
hidrógeno, metanol o gas natural)
- Alto peso de pilas de combustible para los prototipos actuales
- Elevado gasto energético para licuar el hidrógeno
- La producción de algunos componentes, al no efectuarse a gran
escala, implica un coste elevado. Se estima que un coche con pila de combustible
cuesta un 30 % más que uno de gasolina o diesel con prestaciones
similares
- Tecnología emergente. Determinados problemas aún no resueltos
afectan al funcionamiento de las pilas de combustible, especialmente en
lo que respecta a su vida útil, lo que repercute en su comercialización
- Al tratarse de una tecnología en desarrollo y contar todavía
con una baja demanda de unidades, su precio no puede, hoy en día,
competir con el de las tecnologías convencionales. Es de esperar
que, conforme la demanda se incremente, los precios se vayan equiparando
- Sensibilidad hacia los venenos catalíticos. Los electrodos empleados
incorporan catalizadores para favorecer el desarrollo de las reacciones
electroquímicas. El contacto de estas sustancias con los llamados
venenos catalíticos, tales como el monóxido de azufre u
otros compuestos de azufre, o el monóxido de carbono provocan su
inactivación irreversible. En la actualidad se está estudiando
la sustitución de estos catalizadores por materiales más
resistentes
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