Pilas de combustible: la revolución energética del futuro

En la búsqueda constante de fuentes de energía más limpias y eficientes, las pilas de combustible han emergido como una tecnología revolucionaria con el potencial de transformar la forma en que generamos electricidad y alimentamos nuestros dispositivos. 

A continuación, conoceremos la definición de una pila de combustible, las partes que la componen, los diferentes tipos disponibles y las diversas aplicaciones que están dando forma al panorama energético moderno.

Pilas de combustible: qué son, cómo funcionan y para qué sirven

Las pilas de combustible o fuel cells son dispositivos que convierten la energía química de un combustible y un oxidante en energía eléctrica, agua y calor. A diferencia de los motores de combustión interna, las pilas de combustible no queman el combustible, sino que lo hacen reaccionar electroquímicamente en una reacción química controlada. De esta forma, se evitan las emisiones de gases contaminantes y se aprovecha mejor la energía del combustible.

Partes de una pila de combustible

Una pila de combustible está formada por tres partes principales: el ánodo, el cátodo y el electrolito. El ánodo y el cátodo son los electrodos donde se producen las reacciones de oxidación y reducción, respectivamente. El electrolito es el medio que permite el paso de los iones entre los electrodos, pero impide el paso de los electrones. Así, se genera una diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo, que se puede aprovechar para conectar una carga externa y obtener corriente eléctrica.

Además, una pila de combustible suele tener otros componentes auxiliares, como los colectores de corriente, que son placas metálicas que distribuyen la corriente entre las cerdas; los difusores de gas, que son capas porosas que facilitan la entrada y salida de los gases; y los catalizadores, que son sustancias que aceleran las reacciones químicas sin consumirse. 

Tipos de pila combustible

Existen diferentes tipos de pila de combustible, clasificados según el tipo de electrolito y el tipo de combustible que utilizan. Algunos de los más comunes son:

Pila de combustible alcalina (AFC)

Usa como electrolito una solución de hidróxido de potasio (KOH) y como combustible hidrógeno y oxígeno. Tiene una eficiencia del 60% y una temperatura de operación de unos 80ºC. Fue la primera pila de combustible desarrollada y se usó en las misiones espaciales Apolo y Géminis.

Pila de combustible de ácido fosfórico (PAFC)

Utiliza como electrolito una solución de ácido fosfórico (H3PO4) y como combustible hidrógeno y oxígeno. Tiene una eficiencia del 40% y una temperatura de operación de unos 200ºC. Se usa principalmente para la generación de energía estacionaria y para vehículos de transporte público.

Pila de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC)

Emplea como electrolito una membrana de polímero que permite el paso de los protones y como combustible hidrógeno y oxígeno. Tiene una eficiencia del 50% y una temperatura de operación de unos 80ºC. Es la más usada para vehículos de transporte personal, como coches, motos o bicicletas, debido a su bajo peso, tamaño y tiempo de arranque.

Pila de combustible de óxido sólido (SOFC)

Usa como electrolito un material cerámico que permite el paso de los iones de oxígeno y como combustible hidrógeno, gas natural o metanol. Tiene una eficiencia del 60% y una temperatura de operación de unos 1000ºC. Es la más adecuada para la generación de energía a gran escala y para la cogeneración de electricidad y calor.

Aplicaciones de las pilas de combustible

Las pilas de combustible tienen múltiples aplicaciones en diversos sectores, como el transporte, la industria, la construcción o el espacio. Algunos ejemplos son:

• Vehículos de pila de hidrógeno: son vehículos que usan una pila de combustible de hidrógeno y oxígeno para generar electricidad y mover un motor eléctrico. Tienen la ventaja de que sólo emiten agua y calor, y tienen una autonomía y una potencia similares a los vehículos de gasolina o diésel, además, hacen la conducción más eficiente para ahorrar combustible. Algunas marcas que han lanzado modelos de este tipo son Toyota, Hyundai y Honda.
• Generadores portátiles: son dispositivos que usan una pila de combustible para producir electricidad en lugares donde no hay acceso a la red eléctrica o donde se requiere una fuente de energía limpia y silenciosa. Se pueden usar para alimentar equipos médicos, militares, de telecomunicaciones o de ocio. Algunas empresas que fabrican estos productos son EFOY, Horizon o Intelligent Energy. 
• Sistemas de cogeneración: son sistemas que utilizan una pila de combustible para generar electricidad y calor al mismo tiempo, aprovechando el calor residual de la reacción química. Se pueden instalar en edificios residenciales, comerciales o industriales, incluso viviendas sostenibles y reducen el consumo de energía y las emisiones de CO. Algunas compañías que ofrecen estos servicios son Ceres Power, Bloom Energy o FuelCell Energy.
• Satélites y naves espaciales: son vehículos que usan una pila de combustible para proporcionar energía eléctrica y agua a bordo, complementando o sustituyendo a los paneles solares. La pila de combustible alcalina fue la primera en usarse en el espacio, pero actualmente se están desarrollando otros tipos, como la pila de combustible de metanol directo o la pila de combustible regenerativo. Algunas agencias espaciales que usan o investigan estas tecnologías son la NASA, la ESA o la JAXA.

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