Humboldt State University

Centro de Investigación de Energía Schatz

La Celda de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico

  1. Al ánodo las moléculas de hidrógeno pierden sus electrones y forman iones de hidrógeno, un proceso que se hace posible por medio de catalizadores de platino.
  2. Los electrones se traspasan al cátodo a través de un circuito externo que produce electricidad al pasar por un motor (u otro mecanismo eléctrico).
  3. Los iones de hidrógeno pasan al cátodo por la membrana de intercambio protónico, donde se unen con las moléculas de oxígeno y electrones para producir agua.
  4. De esta manera, se utiliza el proceso natural de producción de agua por medio de la oxigenación de hidrógeno, para producir electricidad y trabajo útil.
  5. No se produce ninguna contaminación y los únicos desechos son agua y calor.

El proceso químico es:

Ánodo: 2H2 --> 4H+ + 4e-
Cátodo: 4e- + 4H+ + O2 --> 2H2O
Reacción Completa: 2H2 + O2 --> 2H2O

Animación del proceso

Preguntas Comunes Sobre las Celdas de Combustible

¿Qué es una celda de combustible?

Una celda de combustible es una generadora que convierte la energía química de un combustible directamente en electricidad. En casi todos casos el combustible es hidrógeno o una mezcla de gases rica en hidrógeno. La reacción en una celda de combustible es:

Hidrógeno + Oxígeno (del aire) --> Electricidad + Agua + Calor

¿Cómo se compara la celda de combustible con otras tecnologías para la producción de energía?

Una celda de combustible es parecida a una batería en el sentido que los dos mecanismos convierten la energía química directamente en electricidad. Sin embargo, una celda de combustible nunca necesita recargarse, pero una batería sí necesita recarga. Mientras se proporciona combustible y aire, la celda de combustible sigue produciendo energía eléctrica sin interrupción.

Nuestra manera normal de generar energía eléctrica es por el ciclo de vapor. Quemamos un combustible para producir calor, el calor se utiliza para producir vapor, el vapor hace funcionar una turbina, y la potencia de la turbina se usa para operar una generadora para producir electricidad. Una celda de combustible nos permite evitar este proceso complejo y ineficiente, convirtiendo la energía química en el combustible en electricidad con solo un paso.

¿Cuáles son las ventajas que nos ofrece la celda de combustible?

Una celda de combustible es silenciosa, eficiente y limpia. No produce ningún tipo de contaminación durante su operación. Los únicos subproductos son calor (lo cual se utiliza para calentar aire o agua en un sistema de cogeneración) y agua. Esta agua producida tiene suficiente pureza para usarla como agua potable en los naves espaciales. Estas características hacen la celda de combustible un buen vecino que puede producir energía aún en los barrios urbanos muy poblados donde las leyes acerca de las emisiones son estrictas.

Las celdas de combustible son eficientes en un 40-50%, significativamente más que las generadoras convencionales. Una planta de vapor es normalmente 35% eficiente, mientras la eficiencia de un motor de combustión interna en un vehículo típico es solo 15%.

¿Para qué se utilizan las celdas de combustible hoy?

Las celdas de combustible se pueden utilizar para:

Quizás se comprobará la energía remota como el primer mercado económicamente factible para las celdas de combustible, especialmente en aplicaciones donde el ruido, las emisiones o el combustible necesario para las generadores normales son problemas. Aunque hay mucha atención dirigida hoy al uso de las celdas de combustible en los automóviles, probablemente va a ser difícil meterse en este mercado, debido al costo relativamente bajo por caballo de los motores normales de combustión interna y la fortaleza y alta densidad de potencia requeridas en los sistemas de propulsión vehiculares.

Si las celdas de combustibles son tan buenas ¿Por qué no las usamos hoy?

De verdad estamos utilizando las celdas de combustible bastante ya. Además de unas aplicaciones muy visibles como en los naves espaciales, la organización Fuel Cells 2000 tiene una lista de más de 600 instalaciones de celdas de combustible pasadas y actuales al nivel mundial en su sitio de internet. Sin embargo, las celdas de combustible todavía proveen solo una pequeña porción de nuestro consumo de energía.

Hay dos razones porque las celdas de combustible todavía no se usan mucho. Uno es que hace falta mucho desarrollo de la tecnología. Otro factor es que el precio es muy alto. Las celdas de combustible no son inherentemente caros, pero igual como otras tecnologías, no van a ser competitivas hasta que se vendan muchas unidades. Los proyectos del SERC, que demuestran las ventajas prácticas y ambientales de las celdas de combustible, representan un paso importante en el avance mundial para hacer disponible las celdas de combustible en todas partes.