ENERGÍA Producción de electricidad Las pilas de combustible se perfeccionan para ocupar su lugar en las energías limpias

La búsqueda de métodos limpios de producción de electricidad se ha acelerado ante el panorama de un planeta que se calienta debido a las emisiones de gases de efecto invernadero. Las pilas de combustible, imaginadas en 1839 por un abogado británico, y utilizadas ya en algunas aplicaciones, son objeto de amplios programas de investigación que intentan convertirlas en dispositivos más pequeños, eficientes y baratos de forma que puedan generalizarse como plantas productoras de electricidad, propulsores de vehículos eléctricos e incluso como pilas para ordenadores y teléfonos portátiles.

Desde hace mucho tiempo se viene pensando en las pilas de combustible como fuente de energía para el futuro. Obtienen la electricidad de una reacción química entre un combustible y el oxígeno, sin quemar el combustible. El abogado inglés William Grove demostró por primera vez su viabilidad en 1839.Quemar combustible es una forma sucia y tosca de producir energía eléctrica. Se arrojan calor y contaminación en todas las direcciones. Las pilas de combustible liberan la energía acumulada utilizando un método más limpio y eficaz: la oxidación electroquímica. Combinan el combustible y el oxígeno en una reacción química que produce electricidad.

Las pilas de combustible, como las baterías, tienen polos positivos y negativos. El polo negativo, o cátodo, de una pila de combustible atrae el oxígeno del aire. Esto cambia la carga eléctrica del átomo de oxígeno y produce un ion. El polo positivo, el ánodo, atrae a estos iones de oxígeno y los combina con el combustible. Esta reacción libera electrones del combustible y de esa forma fluye la electricidad.

Normalmente, las pilas de combustible funcionan con hidrógeno, que es difícil de producir, y su almacenamiento es peligroso; esto hace que sean caras y de limitado atractivo. Hasta el momento, se han utilizado principalmente en la tecnología espacial, aunque también ya mueven autobuses, dan energía a hospitales e incluso calientan piscinas.

Principal fuente

"Estamos avanzando inexorablemente hacia el hidrógeno como principal fuente de energía limpia para el futuro, con las pilas de combustible como mecanismos de conversión electroquímica", afirma Kevin Kendall, químico de la Universidad de Birmingham, del Reino Unido.

Hasta ahora las pilas de combustible no se han utilizado ampliamente porque no pueden acceder directamente a nuestra mejor fuente de hidrógeno actual: las enormes reservas almacenadas en el interior del carbón, el petróleo y el gas. Pero ahora se ha inventado una pila de combustible capaz de hacerlo.

Raymond J. Gorte y sus colaboradores de la Universidad de Pensilvania, describen una pila de combustible que utiliza metano (gas natural) y otros combustibles fósiles, en la edición de Nature del 16 de marzo de 2000.

El metano y sus parientes químicos, el etano, el tolueno, el buteno y el butano, son baratos y fáciles de conseguir. La pila de combustible inventada por el equipo de Gorte convierte cualquiera de estos hidrocarburos en electricidad. Kendall cree que esto supone un verdadero avance. "Es fascinante. Solucionan el principal problema de las pilas de combustible: cómo hacerlas funcionar con verdaderos combustibles", dice.

La mayoría de las pilas de combustible existentes utilizan hidrógeno producido a partir del metano. Mezclando vapor y metano a altas temperaturas se descompone el hidrocarburo. Este proceso consume en sí energía y es una razón por la cual resulta caro mantener las pilas de combustible. Otra es que el hidrógeno gaseoso es difícil de utilizar con seguridad, como demostraron claramente el incendio del dirigible Hindemburg en 1936 y el desastre del transbordador Challenger.

La pila construida por el equipo de Gorte es diferente. Utiliza electrodos realizados a partir de una mezcla de cobre y cerámica. Éstos no acumulan hollín, y la pila sigue funcionando mientras haya combustible. Por el momento produce sólo la décima parte de la energía de las pilas alimentadas con hidrógeno, pero el grupo confía en que esto mejorará.

"Lo que hemos presentado era más una demostración del concepto que los resultados para un sistema optimizado", explica Gorte. "Estoy seguro de que podemos hacerlo mucho mejor. No creo que tengamos limitaciones para igualar los resultados de los mejores sistemas".

Pero podría haber problemas para aplicar la tecnología a una escala mayor, según el científico de materiales Brian Steel del Imperial College, del Reino Unido. A altas temperaturas, señala, el metano puede reaccionar con los tubos de acero inoxidable utilizados para suministrar el gas.

Kendall no considera que esto sea un problema. "Creo que las ventajas reales de esta tecnología tienen más que ver con los sistemas de pequeño tamaño, domésticos. Sistemas de energía para coches, ordenadores y teléfonos móviles, por ejemplo", declara.

Muchos tipos con problemas variados

Las pilas de combustible alcalinas, utilizadas en aplicaciones espaciales, sólo funcionan con gases muy puros. El dióxido de carbono, una impureza común, degrada el electrolito. Esto les da un precio que pocos, aparte de la NASA, se pueden permitir. Unas versiones más robustas y baratas utilizan el ácido fosfórico (que no se ve afectado por el dióxido de carbono) como electrolito, de forma que pueden funcionar con aire no tratado. Estas pilas no son tan eficaces, pero pueden generar electricidad suficiente para escuelas y hoteles. Son fiables y su modesta eficacia aumenta si el vapor producido por la pila se aprovecha también como fuente de calor. Desafortunadamente, el electrolito es corrosivo, lo que las hace inadecuadas para aplicaciones portátiles.

Los electrolitos de polímero sólido, no corrosivos, se encuentran en las pilas de membrana de intercambio de protones (MIP). Muchos fabricantes especializados ya han producido versiones de demostración para ordenadores portátiles y teléfonos móviles. La eficacia de las MIP se dispara si se utiliza metanol líquido como fuente de hidrógeno. El alcohol se convierte en hidrógeno dentro de la pila. Esto produce algo de dióxido de carbono, gas de efecto invernadero, pero menos que si se quemase el metanol. Las MIP se pueden utilizar para automóviles.

Existen pilas de combustible que funcionan con combustibles más comunes, pero están plagadas de problemas. Por ejemplo, las pilas de carbonato fundido, que tienen un gran potencial como generadores de electricidad a gran escala, utilizan monóxido de carbono como combustible. Su electrolito, una mezcla de sales de carbonato de potasio y litio, corroe los electrodos. Con electrolitos sólidos, a partir de óxidos de metales, el problema es que, al funcionar a alta temperatura, se produce hollín en los electrodos y se interrumpe el circuito eléctrico.