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energía

La capacidad de UniTech

La empresa del PIPE participa en la construcción de una célula de combustible en Minas Gerais

Una nueva fase empresarial ha sido iniciada por el químico Antônio César Ferreira y su empresa, UniTech, tras la conclusión de su proyecto de producción de una célula de combustible en el marco del Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP. Ferreira participó activamente en el desarrollo de la primera célula de combustible presentada por la Compañía Energética de Minas Gerais (Cemig), concesionaria estatal de energía eléctrica del Estado de Minas Gerais, durante el 1º Congreso de Innovación Tecnológica en Energía Eléctrica (Citenel), a comienzos de noviembre, en Brasilia.

La célula, del tamaño de una pequeña heladera, es alimentada con hidrógeno y es capaz de producir 1,5 kilowatt (kW) de electricidad. “Este equipo forma parte de un programa de tres años, con un aporte de 5 millones de reales, que la Cemig está destinando a varios proyectos de desarrollo de células de combustible”, afirma José Henrique Diniz, gerente de Tecnología y Alternativas Energéticas de Cemig. También participan en los proyectos, además de los investigadores de la Cemig, investigadores del Instituto de Química de São Carlos, de la Universidad de São Paulo (USP), del Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT) y de la empresa Clamper, de Belo Horizonte.

La presentación de esta nueva célula de combustible, que utiliza tecnología desarrollada en Brasil, constituye un jalón importante para el país, pues en todo el mundo se está llevando adelante el perfeccionamiento técnico y la expansión del uso de este equipamiento silencioso, alimentado con hidrógeno puro, que no contamina y genera solamente agua en calidad de residuo. El combustible también puede ser extraído del gas natural, del alcohol o, incluso, de la gasolina. La opción más obvia, que sería la extracción del hidrógeno de agua, es una opción cara, debido a que requiere un enorme gasto de energía en el proceso, que carece de nuevos estudios.

Segundo prototipo
La célula de combustible de la Cemig es, a decir verdad, el segundo prototipo en el que Ferreira trabaja. El primero, de 1 kW – suficiente para cinco lámparas de 100 watts -, lo produjo en el marco de un proyecto financiado por la FAPESP y concluido este año. Ferreira no se cansa de afirmar en eventos en los que es invitado a referirse a las células de combustibles que fue un financiamiento de la FAPESP lo que propició su regreso a Brasil después de una temporada de nueve años en Estados Unidos (lea en Pesquisa FAPESP , ediciones 60 y 64). “Mandé el proyecto en 1997 aún estando en Estados Unidos”, recuerda Ferreira. Al año siguiente, Ferreira constituyó la empresa en su ciudad natal, Cajobi, cerca de São José do Rio Preto, en una pequeña casa, propiedad de su familia.

La preparación académica de Ferreira se inició en su formación de grado, pasando por la maestría y el doctorado, todo en el Instituto de Química de São Carlos de la USP. Luego, Ferreira partió rumbo a Estados Unidos, en dónde realizó un posdoctorado y trabajó como investigador en células de combustible en la Universidad de Texas Agricultura y Mecánica (AeM). Después actuó como investigador en la empresa MER, en Arizona. En dichos locales, ejecutó proyectos para organismos gubernamentales como la Agencia Espacial Americana (Nasa), el ejército americano y el departamento de energía, además de las empresas japonesas Asahi y Mazda.

Aún después de conquistar la ciudadanía americana y recibir propuestas de empresas de capital de riesgo para montar una empresa y producir células en Estados Unidos, en el estado de Connecticut, Ferreira volvió a Brasil con la perspectiva de producir células de combustible para toda América Latina. Con el financiamiento de 197 mil reales y 77 mil reales del PIPE, Ferreira constituyó su empresa y su laboratorio para desarrollar los catalizadores, piezas a las que él caracteriza como el corazón de la célula de combustible. En los catalizadores se produce la separación de las partículas de hidrógeno.

Este gas (H2) penetra en el lado ánodo (negativo) de la célula y tiene su estructura quebrada en partículas positivas, los protones, y negativas, los electrones. Las primeras pasan por la membrana polimérica y se encuentran con los átomos de oxígeno del aire del otro lado, llamado cátodo (positivo), formando agua. Los electrones, que no logran pasar por la membrana, circulan en el área exterior al electrodo (catalizador más membrana), generando energía eléctrica.

Centros de investigación de instituciones académicas y de empresas avanzan en el desarrollo de materiales para las células de combustible que las tornen más eficaces y baratas. Hace menos de tres años, empresas de Estados Unidos, Canadá, Alemania y Japón empezaron a vender esos equipamientos, aún a pedido y con una producción restringida. Existen actualmente diversos prototipos con capacidad de provisión de electricidad de alrededor de 10 watts (W) y 11 megawatts (MW), para abastecer a equipos portátiles de pequeñas ciudades.

Con tamaña capacidad de mercado, los próximos pasos de Ferreira tendrán en consideración un análisis criterioso de propuestas que está recibiendo para iniciar la producción a escala industrial de sus células. Ferreira también estudia la oferta del alcalde de Cajobi para instalar a UniTech en un edificio de 400 m2, con posibilidad de expansión a 10 mil m2. “No sé todavía qué es los que vamos a hacer”, dice Ferreira, sin angustias y tranquilo con relación a su futuro. Confía en que podrá, dentro de poco tiempo, y con la inversión de otra empresa, producir células de 100 kW de potencia. “Es una cuestión de inversión”, evalúa.

El padre de la célula
Los principios de funcionamiento de la célula de combustible fueron desarrollados en 1835 por el galés William Robert Grove, considerado hoy como el padre de la célula de combustible. La forma más parecida a las células actuales surgió en 1930, resultado de los estudios del ingeniero inglés Francis Bacon. Desde entonces, las mismas cayeron casi en el olvido, porque el petróleo barato y la dificultad para obtener materiales más eficientes impidieron un mayor avance tecnológico y comercial.

A finales de los años 50, la idea de la célula de combustible fue reanimada y desarrollada por la Nasa como la mejor alternativa para la producción de energía eléctrica y agua para las naves espaciales de las misiones Gemini y Apollo. Las primeras células usadas en el marco de la carrera espacial eran muy caras. Actualmente, la tendencia se orienta hacia células más baratas, como las que utilizan la tecnología PEMFC, sigla en inglés para Célula de Combustible con Membrana de Intercambio de Protones, el tipo de célula desarrollado por Ferreira.

Sustitución de motores
Más allá de producir energía eléctrica en estaciones estacionarias, las células de combustible son la gran promesa para la sustitución de los motores de combustión utilizados actualmente en todo tipo de vehículo. Casi todas las automotrices desarrollan proyectos de células de combustible adaptadas a vehículos automotores. Daimler-Chrysler, Honda y BMW ya han presentado automóviles impulsados por células de hidrógeno, pero híbridas con gasolina. Las baterías convencionales de plomo, que generan la electricidad necesario en los vehículos, también deben ser cambiadas por células de combustible. BMW usa este tipo de batería en dos modelos de automóviles.

El desafío actual de Ferreira es expandir su empresa – que cuenta con cinco empleados – y colocar el producto en el mercado. La construcción de una planta industrial aún demorará tiempo, pero el mercado está abierto con respecto a este tipo de generador de energía eléctrica ,que utiliza un combustible limpio y confiable.

El proyecto
Materiales Avanzados para la Fabricación de Separadores Bipolares para Células de Combustible de Polímero Conductor Iónico (nº 97/07401-6); Modalidad Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE); Coordinador Antônio César Ferreira – UniTech; Inversión R$ 197.184,64 y US$ 77.482,00