Pila de Hidrogeno

MAQUETAS PEDAGÓGICAS SOBRE LA TEORÍA DE LA ENERGÍA

Las Pilas de combustible transforman la energía química contenida en los compuestos (por ejemplo Hidrogeno o gas natural) directamente en energía eléctrica y calor sin necesidad de combustión. Debido a su alto rendimiento y su bajo nivel de emisiones contaminantes, las Pilas de Combustible representan una opción muy significativa en el futuro de la generación de energía eléctrica y calor.Siemens ha investigado en varios tipos de Pilas de Combustible, para aplicaciones tanto móviles como estacionarias desde 1965. En el futuro, Siemens Power Generation va a concentrar sus esfuerzos en el desarrollo de las Pilas de Combustible tubulares del tipo Oxido Sólido (SOFC), para generación distribuida de electricidad y calor. Una planta de demostración de 220 kW con una microturbina de gas esta actualmente en fase de prueba.

Además, Siemens Power Generation y Shell estan trabajando conjuntamente en un concepto de Célula de Combustible en el que el CO2 que se genera durante la operación con gas natural es aislado e inyectado en depósitos de aceite y gas, en donde se le puede aislar de la atmósfera. Usando esta tecnología, será posible en el futuro no solamente utilizar combustibles fósiles para generar electricidad y calor con un alto grado de eficiencia, sino que sin casi liberación de CO2 a la atmósfera .

La pila de combustible se presenta como una interesante alternativa en la producción de energía eléctrica para un futuro no muy lejano. El conocimiento y la formación en esta aplicación abre un campo de futuro sobre el cual no acertamos a vislumbrar sus consecuencias últimas, aunque lo que si está claro es que puede suponer una revolución en el mundo de la energía.

PILA DE METANOL: Una pila de combustible de metanol directo es un dispositivo electroquímico que , a partir de una solución acuosa, de metanol y medidante una reacción, produce electricidad.

PILA DE HIDRÓGENO: Una pila de hidrógeno, es un dispositivo que a partir de la descomposición del agua mediante electrolisis en hidrógeno y oxígeno, combina ambos elementos y produce electricidad.

Los dispositivos electroquímicos cuya utilización:

- permite convertir la energía química almacenada en un combustible (normalmente hidrógeno), en energía eléctrica, a partir de reacciones electroquímicas, con unos rendimientos superiores al 50%.
- contribuye a disminuir la contaminación medioambiental evitando los inconvenientes del motor de combustión: emisiones de CO2 y otros gases (NOx, CO, óxidos de azufre, etc.) y partículas sólidas que provocan serios problemas ambientales. El agua es el único subproducto de la reacción en las pilas de combustible.
- al no disponer de partes móviles, el ruido de operación es mínimo y disminuyen los costes de mantenimiento. La Pila de Combustible es un dispositivo que convierte la energía química directamente en electricidad y calor.

Hay muchos tipos de Pilas de Combustible, pero todas tienen en común el uso de hidrógeno como combustible.
Algunas, como las Pilas de óxidos sólidos, pueden utilizar monóxido de carbono, lo que las hace más versátiles cuando estamos utilizando combustibles como el gas natural o el propano.
Las Pilas de Combustible pueden ser consideradas como baterías, a las que suministrándoles combustible y aire, no se agotan. Son dispositivos electro-químicos que convierten la energía química del combustible directamente en electricidad y calor, y lo hacen de una forma tan eficiente como las máquinas de combustión.


Las tipos más comunes de Pilas de Combustible son:
- Pilas de Combustible de Acido Fosfórico (PAFC), - Pilas de Combustible de Carbonatos Fundidos (MCFC),
- Pilas de Combustible de Polímeros Sólidos (PEMFC),
- Pilas de Combustible de Oxidos Sólidos (SOFC) Todas ellas nombradas en función de su electrolito.
Debido al uso de diferentes materiales y temperaturas de operación en cada caso, cada una de ellas tiene diversas ventajas, campo de aplicación y retos, pero todas comparten el potencial de ser fuentes de generación de energía de alta eficiencia y bajas emisiones contaminantes.

Dado que operan a temperaturas no suficiente altas no producen esencialmente NOx, y ya que no pueden tolerar el azufre y usan por tanto combustibles desulfurados no producen SOx.

Puesto que dependen de las reacciones electroquímicas en lugar de la combustión, las Pilas de Combustible necesitan hidrógeno, pero en algunos casos como en las Pilas de Oxidos Sólidos (SOFC) se puede utilizar monóxido de carbono (CO) .

Esto las hace más flexibles y en general más eficientes con los combustibles disponibles, como el gas natural y el propano.

Hidrogeno y CO pueden ser producidos a partir del gas natural y otros combustibles usando por ejemplo "reforming" de vapor. Las Pilas de Combustible como las de tipo SOFC que pueden procesar internamente gas natural tienen ventajas significativas en rendimiento y simplicidad cuando usan gas natural, pues no necesitan un procesador exterior.La Pila de Combustible de Siemens Westinghouse está constituida por un electrolito y dos electrodos en forma de capa con diseño tubular. Este diseño elimina la necesidad de sellado requerido por otros tipos de Pilas de Combustible, y además facilita la expansión térmica.

En el diseño tubular del tipo SOFC, el aire fluye a través del interior y el combustible por el exterior de la Célula. A temperaturas elevadas, el oxigeno del aire se ioniza y los iones resultantes fluyen a través del electrolito y se combina con el combustible que fluye por el exterior de la Célula. Esta es una reacción electro-química, en la que se liberan electrones. Con las conexiones adecuadas, aquellos pueden ser conducidos a un circuito exterior como corriente eléctrica.Siemens Power Generation es el líder mundial en tecnología SOFC.

Esto se debe en gran medida a la utilización de una única Célula tubular y simplicidad del diseño de la Pila. Esta está enfriada a través de aire de proceso y durante la operación normal no usa agua exterior.

Tiene también integrado, desde el punto de vista térmico e hidráulico, un procesador de gas natural que produce el hidrógeno y el monoxido de carbono utilizado por la Pila. Además, excepto durante la puesta en marcha, no es necesaria una fuente exterior de calor. Combinación SOFC / Turbinas de gas Durante el desarrollo de la tecnología SOFC, se descubrió que presurizando la Pila de Combustible, aumenta la tensión eléctrica y mejora su eficiencia; Si además, aquella la combinamos con una microturbina de gas, la eficiencia eléctrica del conjunto aumenta de forma importante. Este es el principio de la Pila de Combustible SOFC con sistema híbrido con Turbina de Gas.

En este sistema altamente integrado, el aire es presurizado en el compresor de la turbina de gas y calentado en un recuperador de calor antes de entrar en el módulo. Los gases de salida resultantes accionan una turbina de gas que tiene acoplado un generador eléctrico.

La ventaja de este ciclo híbrido -combinado- es que ambos sistemas tanto la Pila de Combustible como el turbogenerador de gas generan electricidad utilizando el mismo flujo de combustible y aire.Siemens Westinghouse lidera la tecnología híbrida SOFC/GT siendo por el momento la única Compañía que desarrolla dicho sistema.

Las más bajas emisiones de una planta de generación con gas natural:NOx - menos de 0,5 ppm SOx - cero VOCs - cero CO2 - muy bajo, dado que es inversamente proporcional a la eficiencia del sistemaRendimiento eléctrico

46-50% a 1 atm de presión para sistemas SOFC con cogeneración electricidad y calor de 250 a 1 MW

57-60% a 3 atm de presión para sistemas híbridos SOFC/GT con cogeneración electricidad y calor de 300 a 1 MW

60-70% a 7 atm de presión para sistemas híbridos SOFC/GT con cogeneración electricidad y calor de 2 a 20 MW Fácil manejo y alta fiabilidadEnfriada por aire de proceso, no dependencia de agua Presurizable, especialmente para ciclos híbridos

Procesador de gas natural integrado en la pila Ciclo de generación eléctrica sencillo y elegante Alta fiabilidad debido a su simplicidad

Pilas en estado sólido: no electrolito liquido que puede derramarse, sin corrosión

Pila Tubular con Final Cerrado: no necesita cierre de alta hermeticidad.