Hidrógeno y celdas de combustible
El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro,
insípido, inflamable y no tóxico;
en la actualidad, su empleo más importante
tiene lugar en la hidrogenación de moléculas
pesadas –generadoras de hidrocarburos más
ligeros–, las cuales se destinan a la producción
de combustibles más limpios (gasolinas, diesel,
etc.), y en la fabricación de amoniaco, un
importante fertilizante. En la industria aeroespacial,
este elemento tiene aplicación como combustible
para cohetes.
Una celda de combustible es un dispositivo que convierte
la energía química en eléctrica;
en ella, el hidrógeno se combina con el oxígeno
(O2) del aire y, tras una descarga eléctrica,
también se produce agua (H2O)
y calor. Este tipo de celda tiene por lo general
tres partes fundamentales (un ánodo, un cátodo
y un electrolito) y, según sus materiales
será el proceso de producción de energía
eléctrica.
Analicemos por partes el proceso. En una celda de
combustible con membrana de intercambio protónico
(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC), los
protones (partículas atómicas con
carga positiva) de hidrógeno migran del ánodo
(polo con carga eléctrica positiva), al cátodo
(polo con carga negativa) a través de la
membrana de intercambio protónico. El catalizador
es una capa de platino en el ánodo que ayuda
a separar las moléculas de hidrógeno
en protones y electrones. La membrana electrolítica
sólo permite el paso de los protones; en
consecuencia, los electrones fluyen en forma de
corriente eléctrica a través de un
circuito externo que se conecta al cátodo.
Así se genera la electricidad. En el cátodo,
el oxígeno se combina con los protones de
hidrógeno y forman agua.
Un apilamiento o stack de celdas está formado
por varias celdas individuales, cuyo número
determina el voltaje total, mientras que toda la
corriente se debe al área superficial de
cada celda. Al multiplicar el voltaje por la corriente
se conoce cuánta potencia eléctrica
se ha generado, la cual se suele medir en kilowatts
(kW). Para que el stack sea utilizable
se requieren equipos periféricos adicionales
para el control de admisión de gases, de
la energía de salida y monitoreo, y de otros
parámetros, por ejemplo, temperatura y presión.
