Las pilas de combustible (“fuel cells”, en inglés) se han convertido en una pieza clave en el rompecabezas de la transición hacia un futuro energético más sostenible. Desde su creación por el científico británico William Grove en el siglo XIX hasta su inclusión en la carrera espacial, estas maravillas de la ingeniería han recorrido un largo camino. En este artículo, exploraremos su historia, fundamentos, tipos, aplicaciones y los desafíos que enfrentan en la actualidad.
Contenido del artículo
— Desde William Grove hasta la carrera espacial
La historia de las pilas de combustible se remonta a 1839, cuando William Grove inventó la primera celda de combustible de hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, su desarrollo fue lento durante décadas. No obstante, durante la década de 1960, estas células, agrupadas en apilamientos, “stacks” o “pilas de combustible”, se convirtieron en un componente crucial en las misiones espaciales de la NASA, proporcionando electricidad y agua pura para uso de los astronautas.
— ¿Cómo funcionan?
En su núcleo, las pilas de combustible operan mediante una reacción química que convierte hidrógeno y oxígeno en electricidad y agua. El hidrógeno se introduce en el ánodo y el oxígeno (o aire que lo contenga) en el cátodo, donde se separan en iones de hidrógeno y electrones. Los electrones siguen un camino externo a la pila de combustible, y generan electricidad, mientras que los iones de hidrógeno se combinan internamente con oxígeno para formar agua, en un proceso limpio y eficiente.
Como puede verse, son una manera limpia de producir electricidad, especialmente si el hidrógeno que las alimenta es de origen renovable.
— Tipos de Pilas de Combustible
Existen varios tipos de pilas de combustible, clasificadas según los materiales y las temperaturas de funcionamiento:
Alcalinas: Operan a baja temperatura, son comunes en aplicaciones portátiles y vehículos, y se han utilizado en la carrera espacial y en la Estación Espacial Internacional.
Poliméricas: También operan a baja temperatura y son adecuadas para aplicaciones móviles y estacionarias. Son conocidas por su versatilidad. Actualmente, son las que se emplean en movilidad, siendo un componente clave de los vehículos (automóviles, trenes, camiones, submarinos…) de hidrógeno. Son las que más interés despiertan hoy en día.
Carbonatos Fundidos: Trabajan a temperaturas más altas y son ideales para aplicaciones estacionarias, como la generación de energía eléctrica a gran escala. Pueden operar con combustibles diferentes del hidrógeno, como, por ejemplo, el gas natural.
Óxido Sólido: Operan a temperaturas aún más elevadas y se utilizan en aplicaciones estacionarias y de cogeneración. También pueden operar con combustibles diferentes del hidrógeno.
— Aplicaciones
Las pilas de combustible encuentran aplicación en diversas áreas:
Portátiles: Se utilizan en dispositivos electrónicos como cargadores y generadores de emergencia, ofreciendo un almacenamiento de energía limpio y duradero.
Movilidad: Los vehículos de hidrógeno, no solo como automóviles y autobuses, sino como drones y naves marítimas, emplean pilas de combustible para una movilidad sostenible desde un diseño innovador o mediante la sustitución de motores convencionales por dichos sistemas de pila de combustible.
Estacionaria: en la generación estacionaria de energía, las pilas de combustible pueden proporcionar electricidad de una manera confiable y eficiente para hogares y empresas, eliminando las emisiones de carbono. El uso de sistemas de pila de combustible de potencias fácilmente escalables ofrecen una solución versátil y prolongada en el tiempo.
— Retos a abordar
A pesar de sus avances, las pilas de combustible enfrentan desafíos. Se necesita mejorar su eficiencia, aumentar su vida útil y reducir los costos para que sean más accesibles. La infraestructura de suministro de hidrógeno (el combustible que emplean) también debe expandirse.
Sin embargo, la buena noticia es que estas dificultades son superables. La investigación y la inversión continúan avanzando en la dirección correcta. Las pilas de combustible ofrecen una oportunidad emocionante para un futuro más limpio y sostenible, y con esfuerzo y dedicación, seguramente se convertirán en una parte integral de nuestra vida cotidiana.
En resumen, las pilas de combustible, desde sus modestos comienzos en el siglo XIX hasta su lugar en la exploración espacial y más allá, representan una innovación que promete revolucionar la forma en que obtenemos y utilizamos la energía. A medida que abordamos los desafíos actuales, no podemos perder de vista la oportunidad que ofrecen para un futuro más limpio y brillante basado en el hidrógeno.
