{"id":76733,"date":"2003-10-01T00:00:00","date_gmt":"2003-10-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2003\/10\/01\/los-caminos-del-hidrogeno-2\/"},"modified":"2015-10-30T19:04:51","modified_gmt":"2015-10-30T21:04:51","slug":"los-caminos-del-hidrogeno-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/los-caminos-del-hidrogeno-2\/","title":{"rendered":"Los caminos del hidr\u00f3geno"},"content":{"rendered":"
\"\"

miguel boyayan<\/span>El primer prototipo de Electrocell produjo 25 vatios de energ\u00eda el\u00e9ctricamiguel boyayan<\/span><\/p><\/div>\n

Un artefacto de 1,5 m de ancho, 2 m de altura y 1 m de profundidad, que produce energ\u00eda el\u00e9ctrica con hidr\u00f3geno, es el resultado de cinco a\u00f1os de investigaciones llevadas a cabo en la empresa paulistana Electrocell. Al final de este a\u00f1o, dicho equipo ser\u00e1 entregado a AES Eletropaulo, la distribuidora de energ\u00eda que atiende a 24 localidades – incluida la capital – pertenecientes a la Regi\u00f3n Metropolitana de S\u00e3o Paulo. Dentro del mismo est\u00e1 instalada la as\u00ed llamada c\u00e9lula de combustible, un conjunto de m\u00f3dulos de electrodos y membranas conductoras capaz de producir 30 kilovatios (kW) de energ\u00eda, suficientes como para suministrar energ\u00eda a dos o tres pisos de un edificio, o a 40 viviendas populares.<\/p>\n

Dicha c\u00e9lula funcionar\u00e1 con hidr\u00f3geno acondicionado en cilindros, aunque est\u00e1 preparada para extraer tambi\u00e9n ese combustible del gas natural y del etanol (el alcohol utilizado en los veh\u00edculos). De esta forma se inaugurar\u00e1 una nueva fase energ\u00e9tica en S\u00e3o Paulo, que pasar\u00e1 a integrar un selecto grupo de ciudades en el mundo en las cuales existen c\u00e9lulas de combustible en uso actualmente, aunque por ahora tan solo en forma alternativa y experimental.<\/p>\n

Son equipamientos que suscitan gran inter\u00e9s tecnol\u00f3gico y son considerados por los expertos del \u00e1rea como una novedad energ\u00e9tica, con grandes posibilidades de diseminarse en este comienzo de siglo. Empresas canadienses, estadounidenses y alemanas producen las c\u00e9lulas desde hace poco m\u00e1s de cinco a\u00f1os, pero \u00fanicamente a pedido, sin l\u00edneas de producci\u00f3n consistentes. Esta producci\u00f3n comercial sigue en la senda del programa espacial estadounidense, iniciado en la d\u00e9cada de 1950, que produjo c\u00e9lulas para las naves de las series Gemini y Apollo, y luego para los transbordadores espaciales. El objetivo en el espacio era producir, adem\u00e1s de energ\u00eda el\u00e9ctrica, agua para los astronautas, un subproducto de estos equipamientos.<\/p>\n

Con los avances tecnol\u00f3gicos de los materiales y de la electr\u00f3nica durante los \u00faltimos 15 a\u00f1os, las c\u00e9lulas se volvieron m\u00e1s baratas y adecuaron su formato para usos en situaciones m\u00e1s comunes. Las c\u00e9lulas de combustible funcionan como una bater\u00eda o una pila, transformando la energ\u00eda qu\u00edmica en energ\u00eda el\u00e9ctrica, rompiendo las mol\u00e9culas de hidr\u00f3geno que reaccionan con el ox\u00edgeno del aire. En la forma estacionaria son parecidas y desempe\u00f1an las mismo funciones de un generador, pero en tama\u00f1o reducido. La diferencia m\u00e1s importante reside en que lo hacen en forma silenciosa y sin emitir contaminantes. Quien ha estado ya al lado de un generador alimentado con gasoil en funcionamiento sabe muy bien el ruido y la humareda que \u00e9ste exhala. As\u00ed, las c\u00e9lulas abren nuevos espacios y se erigen en una poderosa herramienta en la que la preocupaci\u00f3n ambiental y el silencio ganan importancia y puntos.<\/p>\n

Para Eletropaulo, las c\u00e9lulas pueden significar el comienzo de formas alternativas de producci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica. “Cuando recibamos la c\u00e9lula, la llevaremos probablemente al edificio donde se simular\u00e1 el reemplazo de un\u00a0no break<\/em> (un equipo que evita la paralizaci\u00f3n de una red de computadoras)”, explica la ingeniera electr\u00f3nica Mara Ellern, experta en an\u00e1lisis de negocios de Eletropaulo. “Verificaremos su funcionamiento y las posibles fallas”. Antes de pasar a las pruebas de campo, las c\u00e9lulas tambi\u00e9n pasar\u00e1n por el an\u00e1lisis final del profesor Jos\u00e9 Ant\u00f4nio Jardini, del Departamento de Ingenier\u00eda de Energ\u00eda y Automaci\u00f3n El\u00e9ctrica de la Escuela Polit\u00e9cnica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP).<\/p>\n

Los\u00a0no breaks<\/em> normalmente abastecen a la red de computadoras durante 15 minutos, funcionan con enormes pilas y su costo es de alrededor de mil d\u00f3lares por kW. Las c\u00e9lulas, para efectuar el mismo trabajo, saldr\u00edan por un precio de 1,5 mil d\u00f3lares por kW. “Pero la ventaja de las c\u00e9lulas reside en que operan por un tiempo que solamente es limitado por la capacidad de almacenamiento de combustible, y pueden llegar a tener una autonom\u00eda de muchos d\u00edas de operaci\u00f3n si se las conecta a tuber\u00edas de gas natural.<\/p>\n

Con ello el gasto en mantenimiento se reduce, y a su vez disminuyen las exigencias de espacio f\u00edsico y la emisi\u00f3n de contaminantes. “Mi sue\u00f1o es que en el futuro las c\u00e9lulas tengan una aplicaci\u00f3n noble, como en los hospitales, pues al margen de la energ\u00eda el\u00e9ctrica limpia, silenciosa e ininterrumpida, pueden suministrar agua caliente para la esterilizaci\u00f3n”, dice Mara. El agua se produce porque los protones de hidr\u00f3geno (luego de que los electrones desempe\u00f1an su acci\u00f3n en la producci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica), cuando atraviesan la membrana polim\u00e9rica conductora ubicada en el interior de la c\u00e9lula encuentran ox\u00edgeno del otro lado.<\/p>\n

Los planes y las expectativas
\n<\/strong>Eletropaulo invirti\u00f3 1,7 millones de reales en la fabricaci\u00f3n de la c\u00e9lula, con recursos del Fondo Sectorial de Energ\u00eda (CTEnerg), controlado por el Ministerio de Ciencia y Tecnolog\u00eda (MCT) y administrado por la Agencia Nacional de Energ\u00eda El\u00e9ctrica (Aneel). Del lado de Electrocell la expectativa es grande para entregar el primer producto comercial. “Los primeros prototipos los desarrollamos en el marco del proyecto del Programa de Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica en Peque\u00f1as Empresas (PIPE) de la FAPESP; un trabajo que se inici\u00f3 en el a\u00f1o 2000 y que signific\u00f3 el despegue de la empresa”, comenta el ingeniero electr\u00f3nico Gilberto Jan\u00f3lio, uno de los cuatro socios.<\/p>\n

“Dentro del proyecto del PIPE hicimos prototipos de 25 vatios (W), de 75 W y uno de 10 kW”. En esos proyectos, incluso en el de Eletropaulo, que comprende el conjunto final de cinco m\u00f3dulos de 10 kW cada uno, los investigadores de Electrocell est\u00e1n utilizando un 90% del material desarrollado en Brasil. El \u00fanico producto importado es la Membrana de Intercambio de Protones, llamada PEM por su sigla en ingl\u00e9s, caracter\u00edstica del tipo de c\u00e9lula. Ese pol\u00edmero, llamado nafion, considerado el coraz\u00f3n de este tipo de c\u00e9lula, fue desarrollado por la empresa estadounidense Dupont en la d\u00e9cada de 1960 para la producci\u00f3n electrol\u00edtica (por electr\u00f3lisis, la reacci\u00f3n qu\u00edmica por medio de la aplicaci\u00f3n de una corriente el\u00e9ctrica en medio acuoso) de cloro. Esta membrana va instalada en el interior de la c\u00e9lula como si fuese un s\u00e1ndwich, y tiene de cada lado catalizadores y electrodos, uno positivo y el otro negativo. Este conjunto lleva el nombre de Ensamble de Membrana y Electrodos, o MEA en ingl\u00e9s.<\/p>\n

Para armar la c\u00e9lula, los cuatro socios y otros 20 colaboradores desarrollaron toda la ingenier\u00eda que requiere este equipamiento. “Son las ingenier\u00edas de construcci\u00f3n del stack (el conjunto de MEAs), y de control y procesamiento de energ\u00eda, al margen de los procesos de sellado, refrigeraci\u00f3n e integraci\u00f3n”, dice Jan\u00f3lio. Otro producto elaborado y fabricado por Electrocell son las placas bipolares de grafito. \u00c9stas sirven para llevar a cabo la conducci\u00f3n y distribuci\u00f3n del gas hidr\u00f3geno dentro de la c\u00e9lula, adem\u00e1s de hacer la conexi\u00f3n entre un MEA y otro. M\u00e1s all\u00e1 del trabajo directo en la c\u00e9lula, fue necesario armar todo el sistema el\u00e9ctrico que transforma la energ\u00eda de corriente continua (CC) que la c\u00e9lula produce en corriente alterna (CA) que es la que utilizamos usualmente.<\/p>\n

Para Electrocell, el momento es de consolidaci\u00f3n. “No arriesgamos m\u00e1s, estamos produciendo un equipo que es fruto del desarrollo tecnol\u00f3gico”, afirma Jan\u00f3lio. “Pero no podemos equivocarnos”, agrega. “Nuestra meta es erigir una f\u00e1brica de c\u00e9lulas de combustible para la producci\u00f3n en serie en Brasil. Para ello ya hemos dise\u00f1ado las cosas como para operar con un equipo compuesto por 58 personas”, comenta el ingeniero qu\u00edmico Gerhard Ett, otro de los socios.<\/p>\n

La empresa, instalada en el Centro Incubador de Empresas de Tecnolog\u00eda (Cietec), en las instalaciones del Instituto de Investigaciones Energ\u00e9ticas e Nucleares (Ipen, sigla en ingl\u00e9s) de la Ciudad Universitaria de S\u00e3o Paulo, cont\u00f3 con un vasto apoyo cient\u00edfico y tecnol\u00f3gico. “En el \u00e1rea te\u00f3rica y de investigaci\u00f3n b\u00e1sica contamos con la colaboraci\u00f3n del profesor Ernesto Gonzalez, del Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), y en el \u00e1rea tecnol\u00f3gica, con el del profesor Marcelo Linardi, del Ipen”, informa Jan\u00f3lio.A causa de la convivencia dentro del Ipen, la gente de Electrocell estuvo en los \u00faltimos a\u00f1os muy cerca del profesor Linardi y de su grupo de ocho investigadores. Entre las contribuciones del instituto a los proyectos de Electrocell existe un contrato formal de asociaci\u00f3n para el desarrollo de los electrodos y los catalizadores. Linardi est\u00e1 finalizando la producci\u00f3n en laboratorio de un nuevo tipo de MEA.<\/p>\n

“Desarrollamos capas de electrodos y de catalizadores que se aplican al nafion”, comenta el investigador del Ipen, que tambi\u00e9n recibe financiamiento de la FAPESP y del Fondo Sectorial de Petr\u00f3leo y Gas (CTPetro). “Hemos requerido una patente nacional sobre este producto y podremos transferirle la tecnolog\u00eda a Electrocell. “Para Linardi, la adopci\u00f3n de catalizadores y electrodos propios ser\u00e1 muy \u00fatil para reducir el precio de la c\u00e9lula de Electrocell. Otro factor importante es que estos equipos del tipo PEM son candidatos naturales a usarse en autom\u00f3viles. “Es el tipo de c\u00e9lula m\u00e1s vers\u00e1til, para su uso tanto en veh\u00edculos como en su forma estacionaria, para la generaci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica”, dice Linardi. En la actualidad todas las automotrices se encuentran abocadas a la realizaci\u00f3n de pruebas con c\u00e9lulas PEM en veh\u00edculos experimentales, para reemplazar al motor de combusti\u00f3n, o como complemento de \u00e9ste.<\/p>\n

Otra ventaja de la PEM es que trabaja con bajas temperaturas, de alrededor de 80\u00b0 Celsius (C), lo que facilita su instalaci\u00f3n en veh\u00edculos automotores. Si las bajas temperaturas facilitan el uso automotor, las altas aportan nuevas ventajas. “En otro proyecto estamos desarrollando una c\u00e9lula de combustible del tipo \u00f3xido s\u00f3lido cer\u00e1mico (Sofc, sigla en ingl\u00e9s)”, informa el investigador. Esta c\u00e9lula opera a altas temperaturas, de entre 800\u00b0 y 1.000\u00b0 C, y en una unidad estacionaria trabaja como co-generadora, suministrando vapor de agua a una caldera y produciendo as\u00ed m\u00e1s energ\u00eda el\u00e9ctrica.<\/p>\n

Sea cual sea el tipo de c\u00e9lula, la dependencia del hidr\u00f3geno es total. Y la manera m\u00e1s sencilla de obtenerlo, que ser\u00eda por medio de la electr\u00f3lisis del agua, es un proceso que consume energ\u00eda el\u00e9ctrica y es muy caro. El uso de la c\u00e9lula en estos casos se restringe a las centrales hidroel\u00e9ctricas. Como \u00e9stas no cuentan con medios como para almacenar este tipo de energ\u00eda, las centrales, fuera de los horarios pico, pueden producir hidr\u00f3geno con el excedente no utilizado en la red.<\/p>\n

Reforma energ\u00e9tica
\n<\/strong>Pero lo que asegurar\u00e1 el \u00e9xito de las c\u00e9lulas de combustible son los reformadores, equipos capaces de extraer hidr\u00f3geno del gas natural, la gasolina o el metanol. En esta l\u00ednea, en julio de este a\u00f1o, el Laboratorio de Hidr\u00f3geno del Instituto de F\u00edsica de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) present\u00f3 un reformador de etanol, el alcohol producido con base en la elaboraci\u00f3n de la ca\u00f1a de az\u00facar. “Es una reacci\u00f3n termoqu\u00edmica en la que reactivos y catalizadores se utilizan para transformar el etanol en hidr\u00f3geno”, explica el investigador Ant\u00f4nio Jos\u00e9 Marin Neto.<\/p>\n

La idea del profesor Ennio Peres da Silva, coordinador del laboratorio y tambi\u00e9n secretario ejecutivo del Centro Nacional de Referencia en Energ\u00eda de Hidr\u00f3geno (Ceneh), tambi\u00e9n con sede en la Unicamp, es perfeccionar este primer prototipo e instalarlo en una camioneta (lea en\u00a0<\/a><\/em>Pesquisa FAPESP<\/a> n\u00b0 82<\/a><\/em>) dotada de una c\u00e9lula de combustible: la est\u00e1n ensamblando en el Ceneh, y estar\u00eda lista a comienzos de 2004.<\/p>\n

Una carrera mundial<\/strong><\/p>\n

En los a\u00f1os 1970 era un sue\u00f1o. La llamada “Era del Hidr\u00f3geno” surgi\u00f3 en medio a la gran crisis del petr\u00f3leo, cuando los pa\u00edses productores resolvieron aumentar en demas\u00eda el precio del crudo y sembraron dudas en el aire sobre la real capacidad de sus reservas. As\u00ed, el elemento qu\u00edmico m\u00e1s abundante en el planeta empez\u00f3 a ser apuntado como el reemplazante de los combustibles f\u00f3siles. Pero la crisis pas\u00f3 y el hidr\u00f3geno fue olvidado hasta los a\u00f1os 90, cuando la degradaci\u00f3n ambiental, la contaminaci\u00f3n y el efecto invernadero impulsaron la una b\u00fasqueda de energ\u00edas limpias. Una inquietud plasmada en el Foro Mundial de Kyoto, Jap\u00f3n, en 1997, cuando una gran parte de los pa\u00edses se comprometi\u00f3 a reducir el nivel de contaminantes arrojados a la atm\u00f3sfera.<\/p>\n

La preocupaci\u00f3n ambiental, sumada al surgimiento de nuevos materiales, y el abaratamiento de las c\u00e9lulas de combustible, \u00e9ste \u00faltimo tambi\u00e9n un logro de la d\u00e9cada pasada, catapultaron al hidr\u00f3geno nuevamente al centro de la escena energ\u00e9tica. Desde entonces, miles de millones de d\u00f3lares se gastan anualmente para la implementaci\u00f3n y la popularizaci\u00f3n de las c\u00e9lulas que producen energ\u00eda el\u00e9ctrica de manera limpia y silenciosa. Solamente el gobierno estadounidense invertir\u00e1 5.500 millones de d\u00f3lares en c\u00e9lulas durante los pr\u00f3ximos diez a\u00f1os. En junio de este a\u00f1o, Romano Prodi, presidente de la Comisi\u00f3n Europea, anunci\u00f3 que los pa\u00edses miembro invertir\u00e1n 2 mil millones de euros en cinco a\u00f1os en investigaciones con hidr\u00f3geno.<\/p>\n

En el comunicado de Prodi consta tambi\u00e9n la intenci\u00f3n de catapultar este combustible y las c\u00e9lulas a la delantera de la econom\u00eda energ\u00e9tica en 20 \u00f3 30 a\u00f1os. En Jap\u00f3n, el gobierno pretende que 50 mil veh\u00edculos impulsados por c\u00e9lulas de combustible est\u00e9n circulando en las calles en 2010. Solamente en 2003 se gastar\u00e1n en dicho pa\u00eds 190 millones en investigaciones con hidr\u00f3geno.Con todo esto, es de esperar que Brasil no se quede demasiado atr\u00e1s, aun cuando los recursos financieros disponibles en el pa\u00eds no sean tan abultados. Brasil demostrado ya su capacidad para producir c\u00e9lulas de combustible con dos empresas: Electrocell y Unitech (lea en\u00a0<\/a><\/em>Pesquisa FAPESP<\/a>\u00a0n\u00b0 70<\/a><\/em>), que ya tienen prototipos de c\u00e9lulas listos.<\/p>\n

Varios institutos de investigaci\u00f3n y de ense\u00f1anza con sede en el pa\u00eds se encuentran abocados al desarrollo de estudios de las c\u00e9lulas y de sus componentes, y varias empresas del \u00e1rea energ\u00e9tica financian proyectos de investigaci\u00f3n y desarrollo, como Eletropaulo, Petrobras, Copel (de Paran\u00e1) y Cemig (de Minas Gerais). El a\u00f1o pasado, con la coordinaci\u00f3n del Ministerio de Ciencia y Tecnolog\u00eda (MCT) y del Fondo Sectorial de Energ\u00eda, se lanz\u00f3 el Programa Brasile\u00f1o de C\u00e9lulas de Combustible, que pretend\u00eda aglutinar a los investigadores del \u00e1rea de este tipo de equipamiento que act\u00faan en el pa\u00eds.<\/p>\n

A su vez, se estipul\u00f3 una meta de 50 megavatios (MW) – como comparaci\u00f3n, la hidroel\u00e9ctrica de Itaip\u00ed produce 12 mil MW – de producci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica v\u00eda c\u00e9lulas de combustible en diez a\u00f1os. Pero, hasta ahora, poco y nada se ha hecho. “Est\u00e1 todo parado”, dice el coordinador del Centro Nacional de Referencia en Energ\u00eda de Hidr\u00f3geno (Ceneh), Ennio Peres da Silva. “Falta destinar recursos para este a\u00f1o y para el que viene; y los grupos no est\u00e1n trabajando en forma integrada, carecen de una saludable concentraci\u00f3n de esfuerzos”. Menos mal que todav\u00eda se est\u00e1 a tiempo como para corregir este derrotero, antes de que el pa\u00eds deba comprar en forma sistem\u00e1tica las c\u00e9lulas de combustible en otros pa\u00edses.<\/p>\n

El Proyecto<\/strong>
\nDesarrollo de C\u00e9lulas de Combustible Integrado con Software y Hardware de Monitoreo, Diagn\u00f3stico, Control y Perif\u00e9ricos\u00a0(n\u00ba\u00a000\/13120-4<\/a>);\u00a0Modalidad\u00a0<\/strong>Programa de Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica en Peque\u00f1as Empresas (PIPE); Coordinador\u00a0<\/strong>Gerhard Ett – Electrocell;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 241.580,00 y US$ 24.000,00<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Electrocell realiza los ajustes finales de la c\u00e9lula de combustible\r\n","protected":false},"author":10,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[1561,192],"tags":[],"coauthors":[97],"class_list":["post-76733","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-programa-de-innovacion-tecnologica-en-pequenas-empresas-pipe","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76733","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/10"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=76733"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76733\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=76733"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=76733"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=76733"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=76733"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}