Pilas de combustible ecológicas que sustituyen ya a los motores de combustión

El grupo de investigación durante las pruebas para demostrar la eficacia de la pila de combustible.

Investigadores del Departamento de Ingeniería Electrónica de Sistemas Informáticos y Automática, de la Universidad de Huelva, han mejorado algunos de los componentes que forman parte de una pila de combustible –también llamada pila de hidrógeno- para obtener un modelo más sencillo, ligero, económico y con más prestaciones que los que se comercializan en el mercado. El dispositivo, que produce electricidad a partir de hidrógeno, es decir, sin emisiones de CO2 -dióxido de carbono-, es considerado por los expertos como la alternativa ecológica a las baterías convencionales.

El objetivo de esta investigación -la primera que describe el proceso completo para construir una pila de combustible- es, según sus autores, poner en manos de la industria española la información necesaria para que esta tecnología pueda aplicarse al campo de la automoción sin depender de otros países como Japón o Corea del Sur.

Una pila o célula de combustible es un dispositivo electroquímico en el que se genera electricidad a partir de una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno. Para su funcionamiento, la pila necesita una serie de elementos –sistemas- que, según los investigadores, complican la tecnología, aumentan su peso y encarecen el producto final.

Uno de estos componentes es el sistema de refrigeración, encargado de mantener estable la temperatura que provoca la reacción química. Entre las técnicas de enfriamiento, la más habitual es utilizar un líquido, ya sea agua o un refrigerante anticongelante.

Sin embargo, los investigadores de la universidad de Huelva han sustituido este sistema por la refrigeración por aire, formado por una serie de ventiladores y sensores de temperatura para controlar el flujo de aire frío. “Al no haber líquido, no se necesitan tubos, válvulas o bombas que controlen el flujo  o la presión.  Por lo tanto, la estructura de la pila se simplifica y se hace menos pesada”, explica el responsable de este proyecto, el profesor José Manuel Andújar.

La misma corriente de aire que sirve para controlar la temperatura de la célula se utiliza también como oxidante, es decir, el elemento necesario para que se produzca la reacción química en el interior de la batería. “Esto es ideal para aplicaciones de automoción, por ejemplo, ya que todos los vehículos tienen una rejilla de entrada de aire para refrigeración y otros usos. Lo normal es que sean circuitos separados pero hemos comprobado que, integrándolos en uno solo, la efectividad de la pila es, como mínimo, la misma. Es otra mejora que facilita el montaje del dispositivo y abarata costes”, continúa el investigador.

Finalmente, los expertos también han modificado la presión de hidrógeno a la entrada de la pila. “Al disminuir ésta, los requisitos técnicos, como tuberías o conexiones incluidos en el circuito donde va el gas son menores. Además, una menor presión significa también que el sistema es más seguro, se trabaja con menos peligro. Si simplificamos el sistema de mantenimiento de la seguridad, tanto la complejidad como el coste final se reducen”, explica el experto.

Coches ecológicos

Una parte de estas innovaciones tecnológicas se recogen en el artículo ‘Step by step development of a real fuel cell system. Design, implementation, control and monitoring’, publicado en la revista International Journal of Hydrogen Energy. Sus autores afirman que, frente al secretismo de las empresas en torno a la fabricación de pilas de hidrógeno, su trabajo describe paso a paso todo el proceso de construcción del dispositivo, desde los componentes individuales hasta el montaje final.  “Hasta ahora, esta tecnología no estaba a disposición del gran público sino que cada empresa tenía la suya propia. Nuestro objetivo es transferir conocimiento para que cualquier fábrica o laboratorio pueda construirla sin depender de países extranjeros punteros en esta materia, como Estados Unidos, Canadá, Corea del Sur o Japón”, argumenta el investigador.

El grupo de investigación durante las pruebas para demostrar la eficacia de la pila de combustible.

Según los expertos, la fabricación de pilas de combustible es un mercado incipiente debido, principalmente, a que se trata de una tecnología nueva, en proceso de desarrollo.

En este sentido, los avances más importantes se han producido en la industria de la automoción que está apostando por coches movidos por pilas de hidrógeno y motor eléctrico que sustituyen, sin contaminar, a los motores de combustión o al conjunto batería-motor eléctrico del coche eléctrico. “El depósito de gasolina se cambia por uno de hidrógeno. El motor, también de gasolina, por uno eléctrico. En medio, ponemos la pila de combustible que se alimenta del hidrógeno y produce electricidad para mover el motor”, explica José Manuel Andújar.

El investigador indica que la diferencia entre un coche eléctrico y uno de hidrógeno es que el primero funciona con baterías que hay que cargar y que, por tanto, tiene una autonomía limitada, y el segundo se alimenta de un depósito de hidrógeno que va incorporado al vehículo, sustituyendo al actual de gasoil o gasolina. “En ambos casos el motor es eléctrico pero el coche impulsado por la pila de combustible puede tener mucha más autonomía, ya que siempre que haya hidrógeno en el depósito, habrá electricidad”.

Otra característica distintiva, indica el responsable del proyecto, es que la pila de combustible no emite CO2, a diferencia del coche eléctrico que, dependiendo de la fuente utilizada para cargar las baterías, puede contaminar el medio ambiente. “Si la electricidad se ha generado en una central térmica, por ejemplo, se emiten gases de efecto invernadero. En nuestro caso, el hidrógeno lo obtenemos a partir de agua, viento y sol con lo cual es totalmente ecológico”, comenta el experto.

Si este proyecto, financiado por la Consejería de Economía y Conocimiento de la Junta de Andalucía y el Ministerio de Economía y Competitividad, se ha centrado en el desarrollo integral de un sistema de pila de combustible, en el siguiente, los investigadores estudian la posibilidad de sustituir el motor del compresor de un camión frigorífico por una pila de hidrógeno. “El motor, que funciona con gasoil, hace ruido y contamina. Si lo alimentamos con una pila, se evitarían ambas desventajas”.

Referencia: F. Segura, J.M. Andújar. ‘Step by step development of a real fuel cell system. Design, implementation, control and monitoring’. International Journal of Hydrogen Energy. 2015. pp 1-13. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.01.178

Imágenes:

El investigador responsable del proyecto, José Manuel Andújar.

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La pila, a la derecha, está formada por una serie de sistemas que hasta ahora complicaban su estructura y encarecían el producto final.

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El grupo de investigación durante las pruebas para demostrar la eficacia de la pila de combustible.

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