El hidrógeno es una de las grandes promesas de las energías limpias, es por eso que investigadores de la UNL optimizan el proceso de su generación en estado puro, necesario para el funcionamiento de celdas de combustible. También evalúan alternativas para extraerlo del bioetanol, una fuente renovable. El grupo de investigación logró el desarrollo de membranas que pudieron ser utilizadas con éxito a escala de laboratorio.
Un grupo de científicos trabaja en la obtención y purificación de hidrógeno a través de reactores no convencionales. “Trabajamos con un tipo particular de reactor que es el de membrana. La ventaja que tiene es que combina en un mismo dispositivo la parte de reacción y de purificación, un proceso que normalmente ocurre en dos etapas separadas. Esto hace que sea más eficiente, con un menor consumo energético y permite trabajar a temperaturas más bajas”, explicó a InfoUniversidades Laura Cornaglia, investigadora de la UNL y el Conicet.
“La mayoría de las reacciones productoras de hidrógeno generan gases con alto contenido de monóxido de carbono y agua. El monóxido es un veneno indeseable para la aplicación del hidrógeno en las celdas de combustible que requieren alta pureza. De ahí la importancia de la membrana”, indicó la docente. La membrana purifica al dejar pasar sólo al hidrógeno, dado que actúa a la manera de un filtro, aunque en vez de retener el polvo sólido en el aire, que es un gas, separa distintos tipos de gases.
Nuevas membranas
En el estudio de este proceso los investigadores intentan optimizar las condiciones de reacción y así obtener el hidrógeno de mayor pureza del modo más eficiente. “Desarrollamos membranas propias porque las de mejor calidad en el mundo están constituidas por una aleación de un metal noble, el paladio, que es muy costoso. El objetivo es hacerlas del menor espesor posible”, precisó Cornaglia.
Los investigadores desarrollaron algunas membranas que pudieron ser utilizadas en un reactor a escala de laboratorio y obtuvieron rendimientos dentro del parámetro planteado como objetivo a nivel internacional para este tipo de sistema. Según señaló Cornaglia: “Sería una membrana viable aunque hay que optimizarla en cuanto a la pureza del hidrógeno”.
Fuentes
La contaminación asociada a los combustibles convencionales y el riesgo de agotamiento de las reservas son los principales impulsores de nuevas energías limpias. “El hidrógeno es una alternativa porque no es contaminante. En general, se dice que es un vector de energía porque en la naturaleza no se lo encuentra libre sino que se produce a partir de otros compuestos o materias primas”, contó la investigadora.
En Argentina, una de las fuentes más abundantes y con la que más se experimentó hasta el momento es el metano. Si bien existen en el país grandes reservas de este gas natural, sigue siendo una fuente fósil no renovable.
También hay hidrógeno en los alcoholes que pueden derivarse de materias primas renovables. Este bioetanol puede obtenerse de la caña de azúcar o la biomasa. En la actualidad, los investigadores comienzan a trabajar en la reacción con etanol, una de las alternativas más interesantes desde el punto de vista ambiental.
El grupo de investigación ya lleva diez años trabajando en torno al aprovechamiento del hidrógeno. “Es una tecnología que aún está en desarrollo, no sólo de nuevos métodos de obtención, también hay que optimizar las etapas de purificación, almacenamiento y distribución”, concluyó.
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http://infouniversidades.siu.edu.ar/noticia.php?titulo=energias_limpias:_nuevas_membranas_para_obtener_hidrogeno&id=1041
junio 22nd, 2011 at 7:02 pm
Argentina avanza sigan asi son el orgullo nacional
junio 22nd, 2011 at 8:16 pm
Buenisimo. agrego esto como aporte:
En este momento no encuentro el sitio, pero estoy convencido de haber leído que la patente de la cual se habla en esta nota, es la primer patente a nombre del ministerio de defensa argentino luego de varias décadas (posiblemente el Dr. Juan Isidro Franco se lo pueda confirmar)
Laboratorio de Pilas de Combustión PEM a Hidrógeno
Nuestro equipo de investigación sobre pilas de combustión PEM comienza sus tareas a fines de 2002, reuniendo los esfuerzos de la Escuela Superior Técnica del Ejército (EST) y CITEDEF. Los primeros trabajos dieron como resultado el desarrollo de prototipos de alrededor de 10mw de potencia, empleados fundamentalmente con fines didácticos y la presentación de una patente. Los resultados obtenidos interesaron al Ejército con la finalidad de proveer a sus unidades de sistemas autónomos de energía, surge así el Proyecto 2004 – 2007 para desarrollar pilas de combustión y baterías a hidrógeno con potencias del orden de los 10 w. La etapa siguiente consiste en desarrollar dispositivos que alcancen en el período 2007-2012 potencias del orden de 1 kw.
Líneas de Trabajo
Una pila de combustible, también llamada celda de combustible es un dispositivo electroquímico de conversión de energía similar a una batería, pero se diferencia de esta última porque produce electricidad de una fuente externa de combustible y de oxígeno en contraposición a la capacidad limitada de almacenamiento de energía que posee una batería. Además, los electrodos en una batería reaccionan y cambian según cómo esté de cargada o descargada; en cambio, en una celda de combustible los electrodos son catalíticos y relativamente estables.
Los reactivos típicos utilizados en una celda de combustible de hidrógenos son hidrógeno en el lado del ánodo y oxígeno en el lado del cátodo. Por otra parte las baterías convencionales consumen reactivos sólidos y, una vez que se han agotado, deben ser eliminadas o recargadas con electricidad. Generalmente, los reactivos «fluyen hacia dentro» y los productos de la reacción «fluyen hacia fuera». La operación a largo plazo virtualmente continua es factible mientras se mantengan estos flujos.
Una pila de combustión permite transformar en energía eléctrica la reacción química entre un combustible (Hidrógeno, Gas Natural) y un comburente (oxígeno). El hidrógeno proveniente de un depósito alimenta la cámara anódica de la pila y el oxígeno la catódica. Se obtiene energía eléctrica y agua como único producto del proceso.
Tensión
Hay muchas baterías de combustible, pero solo esta funciona a temperatura ambiente. Posee una enorme densidad de energía lo que significa que puede liberar mucha energía con un peso y un volumen muy pequeños. La energía que libera por unidad de volumen, que se denomina densidad de energía. La tensión de celda depende de la corriente de carga. La tensión en circuito abierto es de aproximadamente 1,2 voltios.
Materiales
Los materiales usados en celdas de combustible varían según el tipo. Las placas del electrodo/bipolar se hacen generalmente de nanotubos de metal, de níquel o de carbón, y están cubiertas por un catalizador (como el platino o el paladio) para conseguir una eficacia más alta. El electrolito en este caso es una membrana.
Nuestra Pila: Durabilidad y requisitos de mantenimiento
La primera campaña fue en Enero de 2007 y el equipo está funcionando desde entonces. Tres grupos de oficiales y suboficiales que se han capacitado y siguen manejando los equipos del sistema, además fueron capacitados para mantenimiento. La información obtenida en el Laboratorio de Energías Alternativas de la Base Esperanza, aporta importantes datos como es la estabilidad en el tiempo, durabilidad, qué es un tema clave.
La temperatura en la Antártida al ser muy baja congela el agua que circula dentro de la batería a -10º. El congelamiento a – 10 º va acompañado de cambios abruptos en los electrodos y en general la batería no puede ser operada a temperaturas por debajo de los -10º. En estos momentos se esta trabajando a 25º para llegar a un funcionamiento hasta -10º.
Producción
Pila Base Esperanza
La parte de un sistema
Las pilas de combustible son muy útiles como fuentes de energía en lugares remotos, como por ejemplo, estaciones meteorológicas alejadas, zonas rurales, parques nacionales y en ciertos usos militares como las bases ubicadas en el Continente Antártico. Un sistema con celda de combustible que funciona con hidrógeno puede ser compacto, ligero y no tiene piezas móviles importantes.
La pila que está en la Base Esperanza es un concepto más amplio que el de una batería es un sistema que aprovecha la energía primaria (sol, viento, agua), listo para aprovecharla en este caso la energía eólica. La batería es una parte de ese sistema. El sistema está formado por un transformador electroquímico que separa el agua en sus componentes Hidrógeno y Oxígeno aprovechando energía eólica y esos elementos son utilizados por la batería para generar energía eléctrica. Se utiliza la energía eléctrica dos veces, una vez para separar el agua en sus componentes y otra vez para recombinarla y generar energía eléctrica. Esa energía es producida por un generador eólico.
Base Marambio
El prototipo de la Turbina Eólica Ventus instalado en la Base Marambio de la Fuerza Aérea Argentina llevará incorporada una pila de hidrógeno similar al sistema utilizado en la Base Esperanza.
Políticas para el Continente Antártico
En el continente blanco existen protocolos internacionales que obligan a sostener estrictas normas ambientales, la Argentina desarrolla con intensidad tareas científicas que son consideradas como prioritarias en la región por la comunidad internacional. Por ello este proyecto es considerado como estratégico por el Ministerio de Defensa.
Otras aplicaciones
Existe funcionando otra Pila de Hidrógeno en la Universidad Tecnológica Nacional Regional Paraná sirviendo un proyecto de investigación de esa universidad. Como concepto este proyecto apunta a servir de fuente de energía a los que se denomina puntos aislados, cualquier sistema que no pueda conectarse a la red pueda tener un sistema de generación independiente que pueda ser servido por este tipo de baterías.
En Entre Ríos lo se está obteniendo energía eléctrica a partir de energía primaria fluvial a través de una microturbina de energía hidráulica portátil diseñadas para río de llanuras que trabaja acumulando energía en el tiempo.
Un sistema muy versátil
Este sistema puede utilizarse con distintos tipos de energías primarias. Vale acotar que las energías primarias en el momento actual tanto la eólica como la solar se están aprovechando como energía eléctrica, utilizando como interface bancos de baterías plomo/ácido. Las baterías de plomo / ácido son las baterías comunes, tienen una densidad de energía muy baja, miles de veces más baja que la densidad de energía que tiene la batería de hidrógeno, esos bancos de batería para acumular la energía eólica son muy grandes y generan una enorme contaminación porque producen spray de ácido sulfúrico, que es imposible de eliminar.
En la pampa hay alrededor de 350 mil molinos de viento que almacenan la energía en baterías de plomo / ácido. La energía que producen por energía eólica es enorme, es utilizada para extraer agua, y es almacenada en baterías de camión que generalmente están en los graneros.
En el Faro de Cabo Blanco, un punto aislado típico, ubicado a unos 50 km. de Puerto Deseado en Santa Cruz. Hay un guarda faro que se alimenta por un generador diesel para tener el sustento eléctrico, y utiliza paneles solares para cargar baterías de plomo / ácido que genera corriente continua de 24 voltios para instalación eléctrica y para los equipos de comunicación. Se está trabajando para reemplazar la acumuladores de plomo / ácido por un sistema de generación de hidrógeno y baterías a hidrógeno.
Contacto
Dr. Juan Isidro Franco
http://www.CITEDEF.gob.ar