¿Qué es una celda de combustible de hidrógeno?
Una celda de hidrógeno es un dispositivo electroquímico que transforma de forma directa la energía química en eléctrica. La celda de combustible requiere hidrógeno (como combustible)) y oxigeno (como comburente). A partir de estos dos compuestos es capaz de generar electricidad, calor y agua.
Tiene diversas partes:
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- Electrodos (ánodo, donde se reduce el H2 en dos protones H+ y cátodo, donde reaccionan los protones H+ y O2)
- Electrolito (separa los gases, permite el paso de iones H+ al cátodo y separa los e-)
- Placas bipolares (que separan las celdas, “conducen” los gases y evacúan H2O)
Las reacciones que tienen lugar en cada uno de los electrodos son:
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- Reacción en el ánodo: H2 –>2H+ + 2e-
- Reacción en el cátodo: ½ O2 + 2H+ + 2e- –> H2O
- Reacción global: H2 + ½ O2 –> H2O
En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega se disocia en protones y electrones. Los protones son conducidos a través de la membrana al cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un circuito externo (produciendo energía) ya que la membrana está aislada eléctricamente.
En el catalizador del cátodo, las moléculas del oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos a través del circuito externo) y protones para formar el agua. En este caso, el único residuo es vapor de agua o agua líquida.
¿Cómo funcionan las celdas de combustible de hidrógeno?
El hidrógeno se suministra en el lado del ánodo. Allí se divide en protones y electrones. Los protones migran hacia el cátodo de la pila a través de la membrana, donde reaccionan con el oxígeno presente en el aire para formar vapor de agua.
Estos electrones suministran la energía eléctrica. Tienen un voltaje individual para cada célula que, dependiendo del punto de carga, oscila entre 0,6 y 0,8 voltios.
La celda de hidrógeno opera en un rango de voltaje de 230 a 360 voltios. La celda de combustible funciona en un rango de temperatura de unos 80 grados Celsius.
Presenta un turbocompresor que fuerza la entrada de aire en las células. Este turbocompresor también se conoce como ventilador de recirculación. Es el encargado de devolver el hidrógeno no utilizado al ánodo. En este proceso de retorno del hidrógeno se necesita bajar la temperatura por lo que el sistema tiene una bomba de refrigeración.
Estos componentes tienen un sistema eléctrico de alta tensión, y utilizan la energía eléctrica suministrada por la propia pila de combustible por lo que podemos decir que lo que la pila necesita, es generado por la propia pila.
La refrigeración de la celda de hidrógeno
Para la refrigeración de la celda de combustible existe un circuito independiente, mientras que de mantener la temperatura deseada en el habitáculo se encarga un calefactor auxiliar eléctrico.
La celda de combustible basado en hidrógeno consigue una eficiencia superior al 60 por ciento, es decir, casi el doble que la de un motor de combustión convencional.
Los tipos de celdas de hidrógeno
Según hemos visto, la reacción oxidación-reducción entre hidrógeno y oxígeno es una reacción simple que ocurre entre una estructura (celda electroquímica elemental) compuesta por 2 electrodos (ánodo y cátodo) separados por un electrolito (medio de transferencia de iones). Dependiendo dela estructura y materiales empleados tenemos diferentes tipos de celdas de hidrógeno, estos son:✅ Alcalinas
✅ De Membrana de Intercambio
✅ De Metanol Directo
✅ De Ácido Fosfórico
✅ De Carbonato Fundido
✅ De Óxido Sólido
La celda de hidrógeno más grande del mundo
La celda de hidrógeno más grande del mundo se encuentra en Corea del Sur, y es propiedad de Hanwha Energy. Esta empresa de soluciones energéticas presentó invirtió 212 millones de dólares en el Complejo Industrial Daesan en Seosan.
La obra es la planta de energía de celda de combustible de hidrógeno industrial más grande del mundo. También tiene el honor de ser la primera en utilizar solo hidrógeno reciclado de la fabricación petroquímica.
La planta tiene una capacidad de producción anual de 50 MW y la posibilidad de generar hasta 400.000 MWh de electricidad al año. Una cantidad de energía equivalente al consumo de electricidad de 160.000 viviendas.
El hidrógeno es suministrado por la planta Hanwha Total Petrochemical ubicada dentro del mismo Complejo Industrial de Daesan. La planta bombea el hidrógeno a la planta con la celda de hidrógeno a través de tuberías subterráneas y lo alimenta directamente a las celdas de combustible.
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Siempre ha trabajado en ingeniería de aguas y energía en grandes empresas como FCC y ACS. Actualmente, lidera el equipo de TECPA y disfruta con la docencia de contenidos innovadores.
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