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Articulo concerniente al estudio de las Celdas de Combustible de Hidrogeno como alternativa energetica sustentable para Venenzuela.Esta basado uen una metoTRANSCRIPT
LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE FUENTE DE ENERGIA SUSTENTABLE PARA EL
MEDIO AMBIENTE. Nieves Lennys1*
1. Universidad Pedagógica Experimental Libertador, Instituto Pedagógico Luís Beltrán Prieto Figueroa.
Palabras clave: Energías renovables, química,
epistemología, generación estacionaria, generación
distribuida.
Las perspectivas globales hacia el uso de fuentes
energéticas no agresivas al ambiente, determinan
la búsqueda de energías alternas, renovables, más
eficientes cuyas emisiones de CO2 sean cada vez
menores. En esta búsqueda la química juega un
papel importante puesto que está presente en los
avances tecnológicos y científicos del hombre. Una
alternativa para obtener energía sustentable
apoyada en el uso de la química, la constituye las
celdas de combustible de hidrogeno, puesto que,
generan electricidad combinando hidrógeno y
oxígeno electro-químicamente, sin ninguna
combustión, el único subproducto que se genera es
agua 100% pura. El presente artículo aborda esta
tecnología bajo una perspectiva epistemológica,
que permite conocer el estado del arte en entorno a
ella durante los últimos años. También reseña las
conclusiones preliminares de una investigación
documental previa. Que permitió discernir qué a
nivel internacional las celdas de combustible de
hidrogeno han invadido el mercado puesto que
tienen muchas aplicaciones y se perfilan como la
energía del futuro. En Venezuela los estudios de
esta tecnología no se han desarrollado a gran
escala solo existen investigaciones y propuestas
orientadas hacia la creación de plantas para la
generación de electricidad bajo la tecnología de la
celda de combustible de óxido sólido.
Abstract:
The overall outlook towards the use of energy
sources are not aggressive to the environment,
determine the search for alternative energy,
renewable, more efficient with CO2 emissions are
steadily diminishing. In this pursuit chemistry plays
an important role since it is present in the scientific
and technological progress of man. An alternative
for sustainable energy supported in the use of
chemical, fuel cells is hydrogen, since electricity
generated by combining hydrogen and oxygen
electro-chemically, without combustion, the only
by-product water generated is 100% pure. This
article discusses this technology an
epistemological, which identifies the state of the art
around it in recent years. Also review the
preliminary findings of a prior documentary
research. Allowing international discern what the
hydrogen fuel cell have flooded the market since
they have many applications and are seen as the
energy of the future. In Venezuela, studies of this
technology have not developed a large scale and
there are only research-oriented proposals to
create plants for electricity generation under the
technology of the fuel cell solid oxide.
Keywords: Renewable energy, chemistry, epistemology,
stationary power, distributed generation.
Introducción.
Una de las tecnologías que ha tomado gran interés
y se ha ido desarrollando en las últimas décadas
son las celdas de combustible de hidrogeno, las
cuales generan energía limpia, sin ruido, eficiente,
confiable y de alta calidad .Es una tecnología
antigua puesto que los primeros indicios acerca de
ellas surgen al año 1.839, cuando es presentada
oficialmente, por el físico aficionado William
Grove. No obstante, para esa época no se le dio
importancia a esta tecnología. Es a partir de 1.960
cuando las investigaciones de Grove fueron
retomadas por la National Aeronautics end Space
Administration (NASA), para ser implementadas
en los proyectos espaciales Apolo y Géminis.
En la actualidad, se pueden identificar seis tipos
diferentes de celdas de combustible. En las cuales
la esencia de su funcionamiento es básicamente la
misma, aun cuando cada una de ellas posee
características de fabricación y operación
totalmente diferentes.
Papel de la química en el desarrollo de energías
alternativas.
La Química ha permitido al mundo alcanzar
estados de salud, seguridad y confort que hace un
siglo eran inimaginables: medicamentos, plásticos,
combustibles, fertilizantes, telas sintéticas...Sin
embargo, los procesos químicos para obtenerlos,
han implicado la utilización de disolventes
orgánicos, altas temperaturas y presiones, y, por
ende, un gran gasto energético y extrema
contaminación tanto de los suelos como del aire y
agua del planeta. Por lo tanto, según el artículo Con rumbo hacia la
Química Sustentable, del diario El Universal.
México D.F publicado por Olivares (2.008), asume
que:
La química industrial del mañana es
la sustentable. Esto plantea un
abordaje investigativo, de todos los
procesos químicos. No se puede
pensar en una planta industrial de
2050 en la que se empleen
Las celdas de combustible fuente de energía sustentable para el medio ambiente.
X Jornadas de Química, Ambiente y Sociedad
La Química y la sustentabilidad energética
Universidad Pedagógica Experimental Libertador. Instituto Pedagógico Luis Beltrán Prieto Figueroa
20 y 21 de Abril de 2012. e-mail: [email protected]
disolventes tóxicos, altas
temperaturas y presiones, porque ello
significaría un enorme gasto
energético y más contaminación. La
química sustentable intenta, en la
medida de lo posible, que las
reacciones químicas se hagan con
disolventes benignos, de preferencia
agua, a temperatura y a presión
ambientales.
En este sentido, una alternativa energética apoyada
en el uso de la química, bajo una perspectiva
sustentable para el medio ambiente, lo constituyen
las celdas de combustible ya que, no producen
contaminación ni consumen recursos naturales
.Son dispositivos seguros ya que en muchos casos
el hidrógeno es más seguro que el combustible que
está siendo reemplazado, puesto que si existe fuga
a la atmosfera se disipa rápidamente y no es
toxico; son sistemas eficientes, de funcionamiento
silencioso; de larga vida; poco mantenimiento y
gran modularidad ya que se pueden elaborar
celdas de combustible en cualquier tamaño.
La investigación científica en torno a las Celdas
de combustible.
La primera celda de combustible fue construida en
1839 por Sir. William Grove, juez y científico galés.
Sin embargo, el verdadero interés en las celdas
como un generador práctico de energía, llegó a
comienzos de los años 1960, cuando el programa
espacial de EE.UU. seleccionó a las celdas como
generador en sus naves espaciales Géminis y
Apolo, para proporcionarles energía eléctrica y
agua. Romero (2.009). A raíz de ello esta
tecnología ha ido evolucionando y se ha convertido
en una gran alternativa que puede competir con
tecnologías de generación de energía eléctrica
convencionales.
En este aspecto, Merino (2.009) y otros sostienen
que “Una celda de combustible es un dispositivo
electroquímico que convierte la energía química de
una reacción directamente en energía eléctrica”.
Es decir, genera electricidad combinando
hidrógeno y oxígeno electro-químicamente sin
ninguna combustión. Su estructura física, “consiste
en una capa de electrolito en contacto con un
ánodo y cátodo poroso en ambos lados”. Parsons,
(2.010). Por lo tanto, la celda de combustible es el
resultado del acoplamiento de dos electrodos con
un electrolito en medio de ellos .El oxígeno que
pasa a través de un electrodo e hidrógeno a través
del otro, generan electricidad, agua y calor. El
hidrógeno que funciona como combustible es
alimentado al ánodo de la celda de combustible en
donde se oxida. El oxígeno (o aire) entra a la celda
a través del cátodo, en donde se lleva a cabo la
reacción de reducción de oxígeno tal como se
observa en la figura 1.
Calor.
Figura 1. Mecanismo de funcionamiento de una
celda de combustible.
En este sentido, la investigación científica hoy día
permite conocer seis tipos de celda de combustible;
Celda de polímero sólido (PEM); Celda de ácido
fosfórico. (PAFC);Celda de carbonato fundido
(MCFC); Celda de óxido sólido; (SOFC); Celda de
combustible de metanol directo (DMFC); Celda de
combustible alcalino (AFC). Merino (2.009).El
funcionamiento básico de cada una de ellas es
similar, pero difieren en cuanto a materiales de
fabricación, eficiencia y operacionalidad.
Aplicaciones de las Celdas de Combustible.
Asumiendo lo aseverado por Romero, (2.009) en
cuanto a su aplicación, observamos que “se
utilizan para el transporte (vehículos terrestres),
aplicaciones móviles (sustitución de baterías de
video cámaras, computadoras portátiles, telefonía
celular y otros equipos electrónicos…), generación
de energía estacionaria mediante combinación de
sistemas combinados de calor y potencia
(abastecimiento de electricidad y calor a un
edificio o casa habitación), y vehículos espaciales”.
Lo cual, dicho de otro modo se traduce a múltiples
aplicaciones en el contexto humano. No obstante,
estas aplicaciones están limitadas por el elevado
coste de instalación y porque aún se deben limitar
defectos técnicos.
La revisión documental llevada a cabo para la
elaboración de este trabajo permite resumir en la
Las celdas de combustible fuente de energía sustentable para el medio ambiente.
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siguiente tabla las aplicaciones que actualmente se
les da a las celdas de combustible en el mercado.
Tabla N. 1. Aplicaciones que se le da a la tecnología de
celdas de combustible.
APLICACIÓN.
Portátiles y de
respaldo.
Autobuses
urbanos.
Motos
Inmuebles
Centrales
eléctricas.
TIPO DE CELDA
PEMFC,MDCF,
SOFC.
PEMFC
SOFC
PEMFC, SOFC,
CMFC.
SOFC
Celdas de Combustible en Venezuela.
En Venezuela el estudio de las Celdas de
Combustible como generadoras de energía, se ha
desarrollado bajo la perspectiva de generación
distribuida. La cual citando a Gonzalez-Longatt,
2.004. “Constituye la integración de nuevas formas
de generación eléctrica, sistemas de
almacenamiento y generación renovable que se
localizan cerca de la demanda”. Es decir,
pequeños generadores de potencia localizados
cerca de los usuarios donde la energía es
consumida.
En este aspecto el modelo de celda de combustible
que ha sido más estudiada en nuestro país es la
Celda de Combustible de Óxido Sólido, de la cual
existen investigaciones en las cuales se explican los
mecanismos electro-químicos de operación para
una planta de generación eléctrica con esta
tecnología. Puesto que este tipo de celda posee una
eficiencia de generación máxima del 80 % usando
cogeneración aunado al bajo costo de fabricación.
Lo que la convierte en la opción más asequible
para ser implementada en nuestro país.
Aproximación Metodológica.
El diseño de esta investigación es documental y
exploratorio debido a quees un estudio particular
que pretende conocer y profundizar la base
epistemológica que sustenta la tecnología de las
celdas de combustible como fuentes generadoras de
energía sustentable para el planeta.En tal sentido
se utilizó como estrategia metodológica la revisión
bibliográfica, la cual consiste según Álvarez
(2.010) en “una compilación, de datos de diversas
fuentes”, los cuales son analizados e incorporados
a una determinada investigación.
En este orden de ideas, se recopilo información
pertinente a la temática de estudio, extraída de
varios artículos de revistas de publicaciones
científicas, nací como también de tesis o trabajos
de grado de índole nacional e internacional
publicados en la Web. Esta estrategia permitió
presentar un esbozo del estado del arte de la
producción científica tecnológica de las celdas de
combustible a nivel nacional e internacional.
Resultados.
La comunidad internacional esta consiente del
hecho de que los combustibles fósiles están
destinados al agotamiento en un futuro no muy
lejano, de allí su iniciativa para la búsqueda de
nuevas fuentes de producción energética y el
retorno e impulso durante, las últimas décadas del
estudio, investigación, análisis y desarrollo de la
tecnología de las celdas de combustible. Por lo
tanto, actualmente a nivel global existen
organizaciones e instituciones que invierten
elevados recursos para el perfeccionamiento de
esta tecnología de generación de energía con el
propósito de incorporarla en los procesos de
producción.
Conclusión.
Finalmente, se puede aseverar que la tecnología de
las celdas de combustible durante los últimos
cuarenta años ha experimentado una evolución
acelerada que la perfila como la alternativa más
viable para logro de la transición energética, cuya
meta es un cambio hacia energías alternas,
renovables y más eficientes que permitan disminuir
las emisiones de CO2 a la atmosfera causantes del
cambio climático.
Con respecto a Venezuela la tecnología de la
Celda de Combustible no ha sido desarrollada a
gran escala, solo existen investigaciones y una
propuesta para la creación de una planta de
generación eléctrica con la tecnología de la Celda
de Combustible de Óxido Sólido, orientada hacia la
generación de electricidad en pequeña escala
dentro del modelo de la generación distribuida.
Las celdas de combustible fuente de energía sustentable para el medio ambiente.
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La Química y la sustentabilidad energética
Universidad Pedagógica Experimental Libertador. Instituto Pedagógico Luis Beltrán Prieto Figueroa
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