ENERG?A Producci¨®n de electricidad Las pilas de combustible se perfeccionan para ocupar su lugar en las energ¨ªas limpias

La b¨²squeda de m¨¦todos limpios de producci¨®n de electricidad se ha acelerado ante el panorama de un planeta que se calienta debido a las emisiones de gases de efecto invernadero. Las pilas de combustible, imaginadas en 1839 por un abogado brit¨¢nico, y utilizadas ya en algunas aplicaciones, son objeto de amplios programas de investigaci¨®n que intentan convertirlas en dispositivos m¨¢s peque?os, eficientes y baratos de forma que puedan generalizarse como plantas productoras de electricidad, propulsores de veh¨ªculos el¨¦ctricos e incluso como pilas para ordenadores y tel¨¦fonos port¨¢tiles.

Desde hace mucho tiempo se viene pensando en las pilas de combustible como fuente de energ¨ªa para el futuro. Obtienen la electricidad de una reacci¨®n qu¨ªmica entre un combustible y el ox¨ªgeno, sin quemar el combustible. El abogado ingl¨¦s William Grove demostr¨® por primera vez su viabilidad en 1839.Quemar combustible es una forma sucia y tosca de producir energ¨ªa el¨¦ctrica. Se arrojan calor y contaminaci¨®n en todas las direcciones. Las pilas de combustible liberan la energ¨ªa acumulada utilizando un m¨¦todo m¨¢s limpio y eficaz: la oxidaci¨®n electroqu¨ªmica. Combinan el combustible y el ox¨ªgeno en una reacci¨®n qu¨ªmica que produce electricidad.

Las pilas de combustible, como las bater¨ªas, tienen polos positivos y negativos. El polo negativo, o c¨¢todo, de una pila de combustible atrae el ox¨ªgeno del aire. Esto cambia la carga el¨¦ctrica del ¨¢tomo de ox¨ªgeno y produce un ion. El polo positivo, el ¨¢nodo, atrae a estos iones de ox¨ªgeno y los combina con el combustible. Esta reacci¨®n libera electrones del combustible y de esa forma fluye la electricidad.

Normalmente, las pilas de combustible funcionan con hidr¨®geno, que es dif¨ªcil de producir, y su almacenamiento es peligroso; esto hace que sean caras y de limitado atractivo. Hasta el momento, se han utilizado principalmente en la tecnolog¨ªa espacial, aunque tambi¨¦n ya mueven autobuses, dan energ¨ªa a hospitales e incluso calientan piscinas.

Principal fuente

"Estamos avanzando inexorablemente hacia el hidr¨®geno como principal fuente de energ¨ªa limpia para el futuro, con las pilas de combustible como mecanismos de conversi¨®n electroqu¨ªmica", afirma Kevin Kendall, qu¨ªmico de la Universidad de Birmingham, del Reino Unido.

Hasta ahora las pilas de combustible no se han utilizado ampliamente porque no pueden acceder directamente a nuestra mejor fuente de hidr¨®geno actual: las enormes reservas almacenadas en el interior del carb¨®n, el petr¨®leo y el gas. Pero ahora se ha inventado una pila de combustible capaz de hacerlo.

Raymond J. Gorte y sus colaboradores de la Universidad de Pensilvania, describen una pila de combustible que utiliza metano (gas natural) y otros combustibles f¨®siles, en la edici¨®n de Nature del 16 de marzo de 2000.

El metano y sus parientes qu¨ªmicos, el etano, el tolueno, el buteno y el butano, son baratos y f¨¢ciles de conseguir. La pila de combustible inventada por el equipo de Gorte convierte cualquiera de estos hidrocarburos en electricidad. Kendall cree que esto supone un verdadero avance. "Es fascinante. Solucionan el principal problema de las pilas de combustible: c¨®mo hacerlas funcionar con verdaderos combustibles", dice.

La mayor¨ªa de las pilas de combustible existentes utilizan hidr¨®geno producido a partir del metano. Mezclando vapor y metano a altas temperaturas se descompone el hidrocarburo. Este proceso consume en s¨ª energ¨ªa y es una raz¨®n por la cual resulta caro mantener las pilas de combustible. Otra es que el hidr¨®geno gaseoso es dif¨ªcil de utilizar con seguridad, como demostraron claramente el incendio del dirigible Hindemburg en 1936 y el desastre del transbordador Challenger.

La pila construida por el equipo de Gorte es diferente. Utiliza electrodos realizados a partir de una mezcla de cobre y cer¨¢mica. ?stos no acumulan holl¨ªn, y la pila sigue funcionando mientras haya combustible. Por el momento produce s¨®lo la d¨¦cima parte de la energ¨ªa de las pilas alimentadas con hidr¨®geno, pero el grupo conf¨ªa en que esto mejorar¨¢.

"Lo que hemos presentado era m¨¢s una demostraci¨®n del concepto que los resultados para un sistema optimizado", explica Gorte. "Estoy seguro de que podemos hacerlo mucho mejor. No creo que tengamos limitaciones para igualar los resultados de los mejores sistemas".

Pero podr¨ªa haber problemas para aplicar la tecnolog¨ªa a una escala mayor, seg¨²n el cient¨ªfico de materiales Brian Steel del Imperial College, del Reino Unido. A altas temperaturas, se?ala, el metano puede reaccionar con los tubos de acero inoxidable utilizados para suministrar el gas.

Kendall no considera que esto sea un problema. "Creo que las ventajas reales de esta tecnolog¨ªa tienen m¨¢s que ver con los sistemas de peque?o tama?o, dom¨¦sticos. Sistemas de energ¨ªa para coches, ordenadores y tel¨¦fonos m¨®viles, por ejemplo", declara.

Muchos tipos con problemas variados

Las pilas de combustible alcalinas, utilizadas en aplicaciones espaciales, s¨®lo funcionan con gases muy puros. El di¨®xido de carbono, una impureza com¨²n, degrada el electrolito. Esto les da un precio que pocos, aparte de la NASA, se pueden permitir. Unas versiones m¨¢s robustas y baratas utilizan el ¨¢cido fosf¨®rico (que no se ve afectado por el di¨®xido de carbono) como electrolito, de forma que pueden funcionar con aire no tratado. Estas pilas no son tan eficaces, pero pueden generar electricidad suficiente para escuelas y hoteles. Son fiables y su modesta eficacia aumenta si el vapor producido por la pila se aprovecha tambi¨¦n como fuente de calor. Desafortunadamente, el electrolito es corrosivo, lo que las hace inadecuadas para aplicaciones port¨¢tiles.

Los electrolitos de pol¨ªmero s¨®lido, no corrosivos, se encuentran en las pilas de membrana de intercambio de protones (MIP). Muchos fabricantes especializados ya han producido versiones de demostraci¨®n para ordenadores port¨¢tiles y tel¨¦fonos m¨®viles. La eficacia de las MIP se dispara si se utiliza metanol l¨ªquido como fuente de hidr¨®geno. El alcohol se convierte en hidr¨®geno dentro de la pila. Esto produce algo de di¨®xido de carbono, gas de efecto invernadero, pero menos que si se quemase el metanol. Las MIP se pueden utilizar para autom¨®viles.

Existen pilas de combustible que funcionan con combustibles m¨¢s comunes, pero est¨¢n plagadas de problemas. Por ejemplo, las pilas de carbonato fundido, que tienen un gran potencial como generadores de electricidad a gran escala, utilizan mon¨®xido de carbono como combustible. Su electrolito, una mezcla de sales de carbonato de potasio y litio, corroe los electrodos. Con electrolitos s¨®lidos, a partir de ¨®xidos de metales, el problema es que, al funcionar a alta temperatura, se produce holl¨ªn en los electrodos y se interrumpe el circuito el¨¦ctrico.