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Un nuevo material optimiza las pilas de combustible de óxido sólido

Podría incrementar las aplicaciones de esta potencial alternativa energética


Un nuevo material desarrollado por ingenieros norteamericanos promete optimizar la fabricación y el funcionamiento de las pilas de combustible de óxido sólido, que constituyen una potencial alternativa energética. El nuevo material puede operar de manera eficiente a bajas temperaturas y ha logrado un rendimiento constante durante 1.000 horas en un laboratorio a pequeña escala. Al disminuir los costos e incrementarse los beneficios de estas pilas gracias al nuevo material, su aplicación podría multiplicarse rápidamente en distintos campos. Por Pablo Javier Piacente.




Parte del equipo de trabajo conducido por Meilin Liu (centro), responsable del descubrimiento del nuevo material. Foto: Georgia Institute of Technology.
Parte del equipo de trabajo conducido por Meilin Liu (centro), responsable del descubrimiento del nuevo material. Foto: Georgia Institute of Technology.
Un nuevo material desarrollado por ingenieros y científicos del Georgia Institute of Technology de Estados Unidos podría incrementar las aplicaciones y reducir los costos de las pilas de combustible de óxido sólido. Estos dispositivos producen electricidad directamente de la oxidación de un combustible, reduciendo las emisiones contaminantes hacia la atmósfera.

Aún resta comprobar la durabilidad a largo plazo del nuevo material, pero de superar estas pruebas podría convertirse en la solución ideal para los problemas técnicos y químicos que enfrentan las pilas de combustible de óxido sólido, y que han frenado su empleo en distintas áreas industriales y tecnológicas.

Por ejemplo, el material creado podría permitir que las pilas de combustible de óxido sólido operen a temperaturas más bajas, lo que podría reducir los costos en cuanto a materiales y con relación al proceso de fabricación. El equipo de trabajo fue conducido por Meilin Liu, profesor regente en la Escuela de Materiales, Ciencia e Ingeniería del Georgia Institute of Technology.

Los primeros resultados de este estudio fueron publicados en un comunicado de prensa del Georgia Institute of Technology, y posteriormente fueron reproducidos en la revista Science y en los sitios especializados Chemical & Engineering News, entre otras publicaciones del sector.

Según Meilin Liu y sus colegas, el desarrollo del nuevo material permitiría que las pilas de combustible de óxido sólido se produzcan a un menor costo y de una manera más compacta, lo que aumentaría enormemente la gama de aplicaciones potenciales. Además de Meilin Liu, los especialistas Lei Yang, Shizhong Wang, Kevin Blinn, Mingfei Liu y Zhe Ze Cheng formaron parte del equipo de investigación.

Una alternativa energética con importantes beneficios

Vale recordar que una pila de combustible, también denominada celda o célula de combustible, es un dispositivo electroquímico de conversión de energía parecido a una batería, pero que a diferencia de ésta última puede reabastecerse continuamente de los reactivos consumidos, ya que genera electricidad a base de una fuente externa de combustible. Por consiguiente, no tiene una capacidad limitada de almacenamiento de energía como en el caso de una batería.

En el caso específico de las pilas o células de combustible de óxido sólido (SOFC), la producción de electricidad se concreta directamente a través de la oxidación de un combustible. Entre las ventajas de esta variante pueden mencionarse la estabilidad a largo plazo y las bajas emisiones contaminantes que produce, aunque por otro lado presenta una elevada temperatura de funcionamiento y el surgimiento de distintos problemas de compatibilidad química, desventajas que supuestamente anularía el nuevo material creado.

Aunque las pilas de combustible de óxido sólido son una de las opciones más interesantes para reemplazar el uso masivo de combustibles fósiles, los inconvenientes indicados han trabado hasta hoy su desarrollo a gran escala. Sin embargo, además de las ventajas resumidas anteriormente, ofrecen una gran versatilidad en la elección de combustibles y oxidantes.

Hasta hoy, los materiales cerámicos que componen estas pilas (principalmente circona estabilizada con itria, YSZ) necesitan de altas temperaturas para su procesamiento y fabricación. Además, los combustibles utilizados en las celdas, como el gas natural o propano, deben ser purificados para eliminar el azufre, que provoca una fuerte disminución en la eficiencia energética de los dispositivos.

Todas estas cuestiones, junto a otras características del proceso, provocan que las pilas de combustible de óxido sólido sean realmente muy onerosas, algo que lógicamente impide su mayor difusión. La principal alternativa para lograr incrementar el campo de acción de estas pilas es disminuir su temperatura de trabajo.

Nuevas aplicaciones

El nuevo material desarrollado en el Georgia Institute of Technology, en base a la investigación de Liu y su equipo, que contó con una subvención del Departamento de Energía de los Estados Unidos, puede operar de manera eficiente a temperaturas tan bajas como 500 grados Celsius, existiendo la posibilidad aún de un mayor descenso. Esta característica le abriría un enorme potencial de aplicación.

Hasta el momento, el nuevo material ha logrado un rendimiento constante durante un máximo de 1.000 horas de operación, en un laboratorio a pequeña escala. Para poder ser comercialmente viable, tendrá que probarse su operación sin inconvenientes hasta un período de cinco años, el ciclo de vida esperado en una pila de combustible de óxido sólido destinada a su comercialización.

La disminución de las temperaturas del proceso podría permitir el uso de metales menos costosos como interconexiones. Además, el nuevo material posee tolerancia al azufre, lo que permite eliminar el proceso de purificación sobre los combustibles, que debe aplicarse obligatoriamente en las pilas empleadas en la actualidad.

De acuerdo al equipo de ingenieros e investigadores, el nuevo material no ofrecería supuestamente demasiados inconvenientes para poder comercializarse en un corto tiempo. Aunque la tecnología de pilas de combustible de óxido sólido no se encuentra aún instalada en el mercado, este avance podría significar un importante crecimiento en su uso, teniendo en cuenta ventajas como su alta eficiencia energética, el potencial para la utilización directa de todo tipo de combustibles renovables como los biocombustibles y que no requieren de metales preciosos como el platino.


Lunes, 12 de Octubre 2009
Pablo Javier Piacente
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