Una celda de combustible es una generadora que utiliza procesos químicos para producir energía de hidrógeno y oxígeno. La celda de combustible produce corriente directa como una batería, pero al contrario de una batería, nunca se descarga; la celda sigue produciendo energía mientras se disponga de combustible.
Sí, existen varias clases, incluyendo: PEM (sigla en inglés de Membrana de Intercambio Protónico), carbonato derretido, y alcalino (del tipo de combustible utilizado por el programa espacial de los EUA). Las celdas de combustible de carbonato derretido funcionan a temperaturas muy elevadas y así son más aptas para aplicaciones a mayor escala, por ejemplo, en plantas eléctricas. Las celdas de combustible PEM son más apropiadas para la generación de energía a pequeña escala, por ejemplo, en vehículos. El SERC produce exclusivamente celdas de combustible PEM, y por eso la mayoría de la información en este sitio se refiere a esta tecnología.
PEM es una sigla en inglés que significa Membrana de Intercambio Protónico. La membrana de intercambio protónico usada en una celda de combustible PEM es una capa delgada que permite que los protones de hidrógeno pasen, mientras se mantienen los electrones y átomos enteros al otro lado.
En términos sencillos, las celdas de combustible combinan químicamente los gases de hidrógeno y oxígeno, para así producir agua y energía. Para ver una explicación más detallada, vea la página sobre las celdas de combustible PEM. (Las otras clases de celdas de combustible funcionan de manera parecida.)
Una celda de combustible es silenciosa, eficiente y limpia. Las celdas de combustible normalmente funcionan con gas de hidrógeno puro, el cual se puede producir sin contaminación utilizando la energía solar, tanto como otras fuentes renovables de energía. Las celdas de combustible que utilizan hidrógeno no producen ninguna forma de contaminación, y el único producto secundario es agua pura. Las celdas de combustible son eficientes en un 50% aproximadamente, en comparación con los motores de combustión interna, que logran apenas 12% a 15% de eficiencia. Además, en vista de que las celdas de combustible no tienen componentes movibles, pueden ser muy confiables y casi completamente silenciosas.
Sí, en realidad el hidrógeno puede ser más seguro que la gasolina. En primer lugar, el hidrógeno es un gas muy liviano y, por lo tanto, si hay una fuga, tiende a elevarse muy rápidamente, y a salir incluso a través de grietas muy pequeñas en el techo. Luego se dispersa en el atmósfera superior donde es inerte. El hidrógeno no es tóxico en absoluto; es imposible contaminar el medio ambiente con derrames de hidrógeno. La gasolina, en cambio, es líquida, y forma charcos (que pueden quemarse fácilmente) y se infiltra en el suelo. La gasolina también es muy tóxica, por eso es necesario descontaminar (a un alto costo) los sitios donde se derrama, para evitar la contaminación del agua subterránea. Después de todo, hemos visto el efecto devastador que los derrames de petróleo han provocado en los habitats naturales. Aunque el hidrógeno no es completamente libre de riesgo (como cualquier materia combustible), pero como combustible es relativamente seguro.
La gasolina y otros productos del petróleo son excelentes fuentes de energía; son muy compactos y su suministro en la Tierra está disponible pero es limitado. Pero la gasolina, tanto como otros combustibles de petróleo, como el diesel y el propano, se producen de aceites-fósiles combustibles, compuesto por animales pequeños que perecieron hace millones de años y fueron enterrados bajo tierra. Esto es problema por dos razones: En primer lugar, la cantidad de petróleo en la Tierra es limitada, y con la tasa de consumo actual, es muy probable que se acabe para el final del siglo XXI, o quizá mucho antes. El otro problema es el carbono; cuando se quema un producto del petróleo, se emite carbono y otros contaminantes a la atmósfera. Esta es una de las causas del "smog" en las ciudades, y es dañino tanto para la salud de los seres humanos como para el medio ambiente en general. La mayoría de los científicos tambien cree que la combustión de estos combustibles provenientes de fósiles provoca el calentamiento global. Si nosotros producimos la electricidad con la energía solar u otros recursos de energía renovable, como el viento, y luego la guardamos con el fin de usarla en una celda de combustible, podemos reducir enormemente la emisión del carbono a la atmósfera, y también reducir nuestra dependencia del suministro limitado de petróleo en la Tierra.
La energía solar es un recurso limpio, de electricidad casi ilimitada, pero hay una desvantaja: el sol se pone en la noche. En el pasado hemos resuelto este problema con grandes reservas de baterías, pero estas baterías tienen una capacidad limitada, son muy pesadas, pueden incorporar químicos tóxicos, y hay que reemplazarlas cada cierta cantidad de años. En vez de una batería, podemos usar un sistema coombinado de una electrolizadora y una celda de combustible. La electrolizadora usa electricidad (de los módulos solares) para dividir el agua y así producir gases de hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se puede almacenar en tanques y luego usarlo en una celda de combustible para producir energía silenciosa y limpia, en la noche o cuando no hay sol.
Cuando quemamos el hidrógeno, aunque no produce monóxido de carbono ni dióxodo de carbono como el petróleo, las altas temperaturas producen óxidos de nitrógeno, un contaminante del aire. Más importante aún, la combustión del hidrógeno en un motor de combustión interna produce un calor excesivo, y así es mucho menos eficiente que la celda de combustible para la producción de electricidad. Quemar hidrógeno en una generadora para producir la electricidad es aproximadamente eficiente en un 10%, mientras que la celda de combustible puede tener una eficiencia de 50% o más. Esto significa que la misma cantidad del hidrógeno produce mucho más energía silenciosa. Tambien se cree que las celdas de combustible tienen una vida mucha más larga que los motores de combustión.
Las celdas de combustible son muy confiables. No tienen componentes movibles que puedan gastarse. Las celdas de combustible usados en el programa espacial de los EUA han funcionado en aplicaciones prácticas sin fallar durante varios años. Las celdas de combustible PEM, que tienen los mejores expectativas para su uso en vehículos, provienen de una tecnología relativamente nueva. Por lo tanto, no se sabe exactamente todavía cuanto tiempo durarán. Algunas celdas de combustible han operado confiablemente por varios años, y se estima que deberán durar por lo menos otros 20 años - o tal vez mucho más - sin necesidad de reemplazarlas.
Actualmente las celdas de combustible son una tecnología experimental. Por lo tanto, cada sistema es construido a mano utilizando materias producidas en pequeñas cantidades. Es un proceso caro, por eso las celdas de combustible PEM cuestan actualmente unos 20 dólares estadounidenses por vatio producido, dependiendo de su tamaño y aplicación. En el futuro, con el mejoramiento de la tecnología y producción a gran escala de las celdas de combustible en industrias, el costo se rebajará considerablemente.
Dado que las celdas de combustible son una nueva tecnología, es difícil comprarlas, aunque algunas compañías sí venden celdas de combustible comerciales.
Esto es cuestión de interés público e inversión comercial, pero hay mayor desarrollo cada año, y poco a poco se están conviertiendo en una tecnología más común. Ya existen unos buses en Chicago, EUA impulsados por celdas de combustible, y varios grandes compañías productoras de automóviles están actualmente desarrollando vehículos que obtienen su electricidad de celdas de combustible. Por eso es posible que veamos automóviles impulsados por celdas de combustible en nuestras calles dentro pocos años. Por supuesto, los que viven en Palm Desert, California, EUA ya habrán visto los vehículos impulsados por celdas de combustible en sus calles.
Las baterías son muy pesadas, contienen materias tóxicas, y hay que reemplazarlas cada cierta cantidad de años, y quizás, lo más importante, se necesitan varias horas para recargarlas. En el caso de un automóvil, este largo período para recargar significa que, en vez de pasar pocos minutos en una gasolinera, hay que gastar muchas horas con el automóvil enchufado a la fuente de energía. Si usamos una celda de combustible para generar la electricidad que impulsa un motor eléctrico, el automóvil puede ser impulsado por hidrógeno. Este gas es liviano y, porque tiene forma de gas, sería posible llenar el tanque en una "gasolinera de hidrógeno" en pocos minutos, así como llenamos los tanques actualmente en las gasolineras.