{"id":83291,"date":"2007-01-01T00:00:00","date_gmt":"2007-01-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2007\/01\/01\/avances-en-las-celulas-de-combustibles\/"},"modified":"2013-05-13T18:31:42","modified_gmt":"2013-05-13T21:31:42","slug":"avances-en-las-celulas-de-combustibles","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/avances-en-las-celulas-de-combustibles\/","title":{"rendered":"Avances en las c\u00e9lulas de combustibles"},"content":{"rendered":"
\"\"

EDUARDO CESAR<\/span>En el Ipen, preparaci\u00f3n, en el horno, de electrolito de cer\u00e1micaEDUARDO CESAR<\/span><\/p><\/div>\n

Un peque\u00f1o recipiente de vidrio calentado y conteniendo alcohol burbujeante en su interior, es la fase inicial de un tipo de c\u00e9lula de combustible que est\u00e1 en desarrollo en el Instituto de Investigaciones Energ\u00e9ticas y Nucleares ( IPEN ) en S\u00e3o Paulo. Ese equipo produce energ\u00eda el\u00e9ctrica por medio de una reacci\u00f3n qu\u00edmica entre el hidrogeno y el ox\u00edgeno y usa el etanol, el alcohol obtenido de la ca\u00f1a de az\u00facar disponible en las gasolineras brasile\u00f1as, de forma directa sin necesidad de otro aparato, llamado reformador. Las c\u00e9lulas trabajan con hidrogeno puro de origen industrial, que cuesta caro para ser obtenido o extraen ese gas de un combustible (etanol, gas natural, gasolina, etc). “Por lo que sabemos es la primera vez en el pa\u00eds que el etanol es usado de forma directa en una c\u00e9lula SOFC”, dice el investigador del IPEN, Reginaldo Muccillo, coordinador de la investigaci\u00f3n.<\/p>\n

La c\u00e9lula llamada\u00a0 SOFC , siglas en ingl\u00e9s de Solid Oxide Fuel Cell o c\u00e9lula de combustible de \u00f3xido s\u00f3lido, es se\u00f1alada como un generador de electricidad de gran potencia, para un futuro pr\u00f3ximo. Basta un suministro de hidrogeno para transformar el equipo en un generador aut\u00f3nomo y producir hasta decenas de megawatts (MW). En comparaci\u00f3n la Central Hidroel\u00e9ctrica de Itaipu produce cerca de 12 mil MW. Grandes empresas\u00a0 multinacionales\u00a0 como la Siemens, General Electric, Mitsubishi y Delphi se est\u00e1n preparando para entrar en ese campo. El propio grupo del IPEN est\u00e1 cerrando un acuerdo con la Pirelli Labs, con sede en Mil\u00e1n, Italia, para estudios en conjunto de c\u00e9lulas SOFC .<\/p>\n

“Muchos laboratorios y grandes empresas est\u00e1n con prototipos bajo an\u00e1lisis en itens, como durabilidad, eficiencia y precio del kilowatt”, dice Fabio Coral Fonseca, investigador del grupo que estuvo en el 2006 en un simposio sobre c\u00e9lulas SOTC en Honolulu, Estados Unidos , con la participaci\u00f3n de investigadores de empresas y de institutos de investigaciones, bajo el patrocinio del departamento de energ\u00eda de los Estados Unidos y del programa Solid State Energy Conversion Alliance (Seca), una alianza entre la industria, el gobierno y la comunidad cient\u00edfica para el desarrollo de generadores de hidrogeno de oxido s\u00f3lido. El objetivo del Seca es el impulsar la producci\u00f3n de esas c\u00e9lulas en formatos de 3 a 10 kilowatts para funcionar como generadores en residencias, industrias y en aplicaciones militares.<\/p>\n

“Lo que nosotros estamos haciendo en el IPEN es preparando lo que podr\u00edamos llamar\u00a0 como una tercera generaci\u00f3n de esa c\u00e9lula”, dice Muccillo. Las c\u00e9lulas SOFC son caracterizadas por poseer el conductor de electricidad o electrolito, hecho de material cer\u00e1mico, que rompe las mol\u00e9culas de hidrogeno o de oxigeno, permitiendo la separaci\u00f3n de los electrones y la consecuente generaci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica.\u00a0 “Son equipos idealizados hace mas de 30 a\u00f1os\u00a0 que solo ahora encuentran nuevos materiales, nuevas soluciones de montajes y precio, para que se conviertan comerciales”, dice Daniel Zanetti de Florio, investigador del grupo que se convirti\u00f3 recientemente en profesor de la Universidad Federal del ABC (UFABC), en Santo Andr\u00e9 en la Regi\u00f3n Metropolitana de S\u00e3o Paulo.<\/p>\n

La primera generaci\u00f3n de las c\u00e9lulas SOFC, que est\u00e1 en pruebas en prototipo, posee un electrolito hecho con \u00f3xido de zirconio y \u00f3xido de Itrio, sustancias como las de otras generaciones, extra\u00eddas de minerales y procesadas industrialmente. Ese tipo de c\u00e9lula ya fue construida de forma experimental, por el mismo grupo en el IPEN (vea Pesquisa Fapesp n\u00ba 112). La segunda es hecha con \u00f3xido de cerio, en muchos experimentos por el mundo, y la tercera con cerato de bario y zirconato de bario. Son electrolitos desarrollados en instituciones de investigaciones japonesas hace 10 a\u00f1os y ahora preparados por el propio equipo de investigadores del Ipen. “Otra diferencia fundamental es que las dos primeras son de concepci\u00f3n i\u00f3nica, mientras aquella desarrollada por nosotros para funcionar con etanol es prot\u00f3nica”, dice Muccillo.<\/p>\n

Rotura del ox\u00edgeno
\n<\/strong>Para entender esos conceptos es necesario saber que las c\u00e9lulas de combustibles funcionan como bater\u00edas productoras de energ\u00eda el\u00e9ctrica, mientras exista el suministro de combustible. Ellas poseen electrodos positivos (\u00e1nodo) y negativos (c\u00e1todo). En las generaciones listas para convertirse comerciales, la mol\u00e9cula de ox\u00edgeno (O2) es rota en la superficie de la cer\u00e1mica. Los electrones, de carga negativa salen del c\u00e1todo de cer\u00e1mica y generan electricidad junto con los electrones del hidrogeno, que es\u00a0 inyectado y roto en el lado del \u00e1nodo. Los protones de hidr\u00f3geno (H+) de carga positiva, que sobran reciben los iones de ox\u00edgeno que atraviesan el electrolito para formar agua (H2O), el “residuo” de las c\u00e9lulas de combustible.<\/p>\n

\"\"

EDUARDO CESAR<\/span>Preparaci\u00f3n del etanol para extracci\u00f3n del hidrogeno y la generaci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctricaEDUARDO CESAR<\/span><\/p><\/div>\n

El camino que lleva a todas esas reacciones en la SOFC ocurre de forma inversa en la c\u00e9lulas PEM , sigla en ingl\u00e9s de Proton Exchange Membrane o membrana de intercambio de protones, en que el electrolito es una membrana polim\u00e9rica conductora en lugar de la cer\u00e1mica. En la PEM – actualmente de uso mas difundido y con prototipos pre-industriales, inclusive en Brasil, e indicada para equipar autom\u00f3viles (vea Pesquisa Fapesp n\u00ba 126) – es el prot\u00f3n del hidrogeno (H+) el que atraviesa la membrana y encuentra el ox\u00edgeno del otro lado formando agua, siendo caracterizada como concepci\u00f3n prot\u00f3nica. Otra diferencia importante entre las dos es que la PEM trabaja en baja temperatura, alrededor de los 80 grados Celsius (\u00baC), mientras la SOFC funciona en temperaturas de 600 a 900 \u00baC. “Lo que nosotros conseguimos fue hacer una c\u00e9lula de cer\u00e1mica en que los protones de hidrogeno son los que atraviesan el electrolito cer\u00e1mico” explica Muccillo.<\/p>\n

Para hacer funcionar a la c\u00e9lula, el alcohol procesado por ella es inicialmente volatilizado y su mol\u00e9cula es rota a los 670 \u00baC, generando hidrogeno y di\u00f3xido de carbono (CO2). Ese \u00faltimo gas es eliminado en la atm\u00f3sfera, pero ya hay experimentos en los que es aprovechado en sistemas de producci\u00f3n de alcohol. El nuevo prototipo alcanza la potencia de 1,1 voltios con un tama\u00f1o de 20 mil\u00edmetros de di\u00e1metro por 1 mil\u00edmetro de espesor y est\u00e1 instalado dentro de un gabinete con 5 cent\u00edmetros de altura y 5 cm de largo.<\/p>\n

Adem\u00e1s del alcohol, los investigadores del Ipen tambi\u00e9n hicieron la c\u00e9lula funcionar con gas metano. “Esa fue nuestra primera idea porque imagin\u00e1bamos colocar una c\u00e9lula de combustible sobre un vertedero para el uso del\u00a0 metano, liberado en la descomposici\u00f3n\u00a0 de la basura, en la generaci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica para las casas de los\u00a0 alrededores”, cuenta Mucillo. Pero a\u00fan se hace\u00a0 necesario m\u00e1s estudios para perfeccionar una c\u00e9lula en gran escala. Los investigadores van a presentar la novedad en el 10mo. Simposio Internacional de SOFC\u00a0 que tendr\u00e1 lugar en la ciudad de Nara, en Jap\u00f3n, en junio de este a\u00f1o. “Queremos ahora\u00a0 producir placas (electrolitos) todav\u00eda m\u00e1s densas para que el gas (metano o etanol) no pasen en la forma de mol\u00e9cula, y si sea fragmentado con mas eficiencia”, dice Muccillo, que recibe financiamiento del Centro multidisciplinario para el desarrollo de materiales cer\u00e1micos (CMDMC) , uno de los centros\u00a0 de Investigaciones, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid) de la FAPESP, adem\u00e1s de un proyecto tem\u00e1tico de la\u00a0 Fundaci\u00f3n y del Fondo Sectorial de la Energ\u00eda (CT- Energ) del Ministerio de Ciencia y Tecnolog\u00eda.<\/p>\n

Los Proyectos
\n<\/strong>1. Estudio de fen\u00f3menos inter-granulares en materiales cer\u00e1micos
\nModalidad
\n<\/em><\/strong>Proyecto Tem\u00e1tico
\nCoordinador
\n<\/strong><\/em>Reginaldo Muccillo – Ipen
\nInversi\u00f3n
\n<\/em><\/strong>415.463,52 reales y 163.933,14 d\u00f3lares (FAPESP)
\n2. Cer\u00e1micas para c\u00e9lulas de combustible SOFC
\nModalidad
\n<\/em><\/strong>Centros de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid)
\n<\/em><\/strong>Coordinador
\n<\/em><\/strong>Elson Longo – Unesp\/CMDMC
\n<\/em><\/strong>Inversi\u00f3n
\n<\/em><\/strong>1.200.000,00 reales anuales para todo el CMDMC<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El Ipen desarrolla un aparato que genera energ\u00eda el\u00e9ctrica con etanol","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":[192],"tags":[],"coauthors":[97],"class_list":["post-83291","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/83291","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=83291"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/83291\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=83291"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=83291"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=83291"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=83291"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}