Pila de Hidrógeno para la recarga de teléfonos móviles

Una colaboración a tres bandas entre empresas japonesas, Rohm, Aquafairy, y la Universidad de Kyoto, se ha traducido en el desarrollo de un sistema de carga para smartphones mediante pilas de combustible. Los nuevos aparatos de recarga son realmente compactos y eficientes.

Los sistemas de carga que podrían substituir a las actuales baterías en un gran número de aplicaciones de recarga de emergencia (SAI) para dispositvos tales como servidores de internet, ordenadores portátiles, teléfonos móviles o equipos de emergencias de todo tipo.

Utilizan el hidrógeno como combustible para generar electricidad, mediante una célula de combustible normal. La novedad consiste en utilizar finas láminas de hidruro de calcio para almacenar el hidrógeno. El hidrógeno se libera mediante una reacción química entre las hojas de hidruro de calcio + agua, que libera el hidrógeno. Una sola de estas láminas de hidruro de calcio que pesa 3 gr y tiene unas reducidas dimensiones de (38x38x2 mm) es capaz de liberar 4,5 litros de hidrógeno. La célula de combustible puede generar 5 vatios-hora de electricidad. Suficiente para cargar un moderno Smartphone en dos horas.

Rohm dijo que las nuevas células de combustible utilizar un material muy estable, sólido, y seguro, que libera hidrógeno mediante la adición de agua, lo que permite la generación de electricidad mediante una célula de combustible. Al final de la reacción no hay subproductos nocivos como el dióxido de carbono o compuestos orgánicos volátiles (Volatile Organic Compounds). Tan solo obtenemos vapor de agua del aparato.

Una particularidad que hará que estos dispositivos sean utilizados universalmente es que las láminas de “combustible” una vez selladas pueden durar hasta veinte años sin perder sus propiedades, según afirmó un portavoz. Por comparación, las modernas baterías de iónes de litio pierden su capacidad de carga en cuatro o cinco años, independientemente del uso al que se las someta.

Actualmente las empresas, Rohm and Aquafairy han puesto en marcha un proyecto conjunto para un generador de emergencia ,compacto y ligero con capacidad para alimentar aparatos de hasta 400 vatios (Sistema Kinkei). Lo que lo haría idóneo para un ordenador de sobremesa, o un servidor de internet.

De este modo parece que las células de combustible que utilizan hidruro de calcio en lugar de hidruro de magnesio, parece que se colocan en la avanzadilla de este tipo de dispositivos. La principal ventaja del hidruro de calcio, es que este tiene una alta reactividad con agua bajo una amplia gama de temperaturas. El que la reacción se haya vuelto estable solo se consigue mediante la unión con una resina especial.

Ahora, los esfuerzos de colaboración de Rohm, Aquafairy y la Universidad de Kioto se han traducido en planes para (1) definir el tipo de cobertura y el diseño del aparato donde se inserta la lámina de combustible, y que tiene una capacidad de generación de 5Wh para smartphones, (2) la creación de un generador eléctrico portátil con una potencia de salida de 200Wh y (3) una célula de combustible de mayor capacidad 400Wh enfocada a dar electricidad a aparatos esenciales en las catástrofes naturales como los sismómetros (desarrollado en colaboración con el sistema de Kinkei).

"Las pilas de combustible pueden ser más pequeñas, más ligeras y más eficientes que las vaterias convencionales, y por lo tanto se espera una gran expansión en nuevos mercados y aplicaciones”, según un comunicado Rohm.

Rohm, Aquafairy y la Universidad de Kyoto seguirá trabajando en su desarrollo con el fin de evaluar la fiabilidad de la pila de combustible, realizar mejoras y comercializarlo en 2013. La pila de combustible se exhibirá en CEATEC en Japón el mes próximo y en Electronica en Munich, Alemania, en noviembre.

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2015, ¡REVOLUCIÓN DEL HIDRÓGENO!

Mercedes-Benz Clase B F-CELL de Seattel a Vancouver.

Siguen sucediéndose las noticias empresariales que marcan el 2015 como la fecha elegida por los principales fabricantes de automóviles del mundo para iniciar la comercialización de sus vehículos de célula de combustible.

Mercedes-Benz ha decidido abrir una nueva planta de producción de células de combustible en Vancouver, Columbia Británica, Canadá. Vancouver es el lugar elegido para la denominada Carretera del Hidrógeno de la British Columbia. En el futuro, se unirá con las Carretera del Hidrógeno de la Costa Oeste de los Estados Unidos. Una carretera en la que se podrá encontrar hidrogeneras de forma regular desde Canadá hasta San Diego, situada al sur de California en la frontera con México.

Daimler esta testando actualmente un cierto número de sus automóviles Clase B F-CELL en California. Para 2012, Daimler espera alquilar en régimen de leasing 70 de sus vehículos de serie a consumidores de California. La pila de combustible de los Mercedes Clase B, junto con la que utilizan los autobuses urbanos Citaro Fuel Cell Hybrid, fueron desarrolladas en Vancouver.

De acuerdo con Daimler, “La construcción de la fabrica diseñada para la producción en serie de pilas de combustible comenzará inmediatamente en los 2000 metros cuadrados destinados para la construcción de la nueva planta de Burnaby. Se espera que la planta esté terminada para principios del 2012. Tras las primeros test de pruebas, la producción en serie a pequeña escala comenzará en 2013. A parte de lograr una gran potencia y eficiencia, las pilas de combustible que se fabricarán en Burnabay tienen dimensiones especialmente compactas. Se espera que las nuevas pilas de combustible se utilicen también en automóviles de mayor tamaño como los Mercedes-Benz Clase C y Clase E.”
Esto es una nueva muestra de que la apuesta de los fabricantes de automóviles por la opción del hidrógeno es muy seria, a pesar de la falta de respaldo de numerosas regiones que no promueven la construcción de infraestructuras de apoyo. Solo Los Ángeles y algunas ciudades de Alemania presentan las infraestructuras mínimas para que los consumidores puedan decantarse por la adquisición de este tipo de vehículos.

En Estados Unidos, la General Motors también está apostando fuerte por el futuro de los vehículos de hidrógeno. Para el año 2015 ha desvelado su plan de lanzar varios miles de vehículos de pila de combustible que distribuirá por los concesionarios de varios países. Para ello está trabajando actualmente en la nueva generación de pila de combustible mediante el modelo de pruebas Hydrogen Gen4. GM confía en producir la pila de combustible con menos de 30 g de platino (combinándolo con nanopartículas de níquel), disminuyendo el precio de producción del caro componente en un 75 por ciento y triplicando su vida útil. El precio del platino en los mercados supera los 85 dólares el gramo, de ahí la necesidad de reducir su utilización en las pilas de combustible. Numerosos equipos de investigación tratan actualmente de sustituirlo por otros compuestos de nanotecnología.

GM GEN4 Vehículo de pila de combustible.

GM cuenta actualmente con un programa de préstamo de 100 vehículos FCV para testar las pilas de combustible en condiciones de la vida real. Otro aspecto que está estudiando GM es la autonomía de sus vehículos de hidrógeno, que se encuentra actualmente en 320 km, mientras que competidores como Toyota y Hyundai consiguen ya los 640 – 800 km. General Motors tendrá que mejorar la autonomía para que sus vehículos sean competitivos en los mercados.

Tendremos que esperar hasta 2015 para comprobar si la revolución que prometen los vehículos de hidrógeno es una realidad, o sigue siendo tema de laboratorio.

TODOS los CAMINOS CONDUCEN al HIDRÓGENO

El hidrógeno está de moda, aparece en multitud de publicaciones y eventos a escala internacional. Aunque, realmente, el planteamiento del uso del hidrógeno no es nuevo. El principio que rige el funcionamiento de la pila de combustible fue descubierto en 1839. Posteriormente, uno de los personajes de la novela de Julio Verne La isla misteriosa (1874), sugiere que en el futuro el hidrógeno y el oxigeno, proporcionaran una fuete inagotable de luz y de calor. Pero tuvimos que esperar a las primeras  del siglo XX para ver las primeras aplicaciones industriales del hidrógeno, mientras que en el periodo comprendido entre 1950 y 1970 surgieron los primeros usos como fuente energética. La necesidad de contar con electricidad en las naves espaciales que visitaron la Luna dio un fuerte impulso a su desarrollo. La crisis energética de 1973 evidenció la necesidad de contar con un sistema energético independiente del petróleo.

El hidrógeno es sin duda el medio ideal de almacenar electricidad. La reacción entre el hidrógeno y el oxígeno se produce de en un proceso sencillo, fuertemente exotérmico que conduce a la producción de agua como único subproducto. A todos nos encantaría ver los tubos de escape de los automóviles desprendiendo inocuas nubecillas de vapor de agua. Esa es la revolución ecológica que promete el hidrógeno.  La energía liberada en la formación de agua se puede emplear mediante una pila de combustible en generar electricidad.

El uso del hidrógeno presenta, además, las siguientes ventajas: puede transportarse (en forma de gas, liquido o en adsorción con otros compuestos), existe una amplia variedad de proceso que permiten su transformación en otras formas de energía (electricidad, calor), la conversión hidrógeno-electricidad se produce en ambas direcciones con altos rendimientos, y entre todas las  ventajas, el hidrógeno se puede almacenar. Esto último puede parecer obvio, pero conseguir un método de almacenar energía eléctrica no resulta nada sencillo. Los acumuladores y baterías actuales no tienen capacidad de almacenar grandes cantidades de energía eléctrica en estructuras con volúmenes y pesos reducidos, y a costes económicos.  Esa dificultad para almacenar la energía eléctrica no es algo reciente, desde su descubrimiento se han intentado toda clase de procedimientos para almacenarla, pero los inventos siempre chocan con dificultades físicas aparentemente insalvables.

De ahí que el binomio hidrógeno-célula de combustible se esté investigando tanto en las últimas décadas, pues el hidrógeno proporciona el método eficaz de almacenar grandes cantidades de energía eléctrica. Aunque el cuento realmente no termina aquí. El hidrógeno presenta sus propias dificultades de almacenamiento y su consumo será tan respetuoso con el medio ambiente como lo sea su producción.

 De cualquier modo, una amplia implantación de la economía del hidrógeno permitiría la deslocalización de los recursos energéticos, ya que cada país podría adaptar sus sistemas de producción  de hidrógeno a las fuentes de energía propias. Si se es rico en gas natural se puede priorizar esta fuente (Rusia, Irán), la energía nuclear sería la preferida para Francia, mientras que en países pobres en recursos naturales como España, podríamos elegir la energía térmica solar y la eólica como las fuentes de elección para generar hidrógeno. La multiplicidad de fuentes a nuestra disposición crearía tal competitividad a escala internacional, que el precio del kg de hidrógeno de venta al público podría llegar a ser verdaderamente económico y alejado de la especulación, a diferencia de lo que ocurre con el oligopolio del petróleo.

El uso masivo del hidrógeno también podría acarrera consecuencias medioambientales, aunque estas son de menor entidad comparadas con otras energías. Al ser un gas extremadamente ligero, puede escapar facilmente a la atmósfera desde las conducciones y depósitos. Si se escapa en grandes cantidades podría dañar la capa de ozono estratosférico. Este tipo de escapes se podría ir limitando con el tiempo conforme la legislación fuera más estricta con la manipulación y almacenaje. Como ven, no existe ningún tipo de energía que pueda considerarse beneficiosa al cien por cien.

REACTORES NUCLEARES DEL FUTURO



EVOLUCION HISTORICA DE LA ENERGÍA NUCLEAR



En la actualidad se están construyendo reactores nucleares de tercera generación y de tercera generación plus, con algunas mejoras de seguridad. Todos los reactores construidos hasta la fecha estan diseñados para producir electricidad, o para la obtención de raioisótopos con fines médicos. Desde el año 2000 existe una iniciativa multinacional comandada por (Estados Unidos, Francia, China, Sudáfrica, Japón) para el desarrollo de nuevas tecnologías que permita desarrollar una nueva generación de reactores que tenga la capacidad de producir hidrógeno.

¿Por qué es importante la producción de hidrógeno de forma industrial? Eso lo trataré más extensamente en un próximo post. Pero adelantaré que si queremos liberar a nuestros vehículos particulares de la tiranía del petróleo, no parece existir otra alternativa que el desarrollar las pilas de combustible de hidrógeno. Los actuales intentos de utilizar baterías de móviles (baterías de litio) agrupadas en ingentes cantidades para almacenar la energía eléctrica en los automóviles está resultando muy decepcionante. Las baterías más modernas apenas si tienen la capacidad de almacenar la suficiente energía a precios económicos (la batería medía cuesta 20.000 €, pesa unos 400 kg y su autonomía ronda los 150 Km. por cada carga de 8 horas). De ahí que, en principio, se estén usando para crear una generación de automóviles urbanos, relativamente pequeños, aunque muy pesados y caros, que adolecen de un escaso radio de circulación. Además, hoy por hoy, resulta totalmente inviable utilizar las vaterías de lítio en el transporte pesado de mercancías a largas distancias, como camiones, o autobuses interurbanos.

Para producir hidrógeno de forma comercial y económica, los reactores nucleares de IV Generación tienen que alcanzar temperaturas de funcionamiento muy superiores a los actuales. Se estudian varios proyectos, pero el de lecho granulado alcanzaría temperaturas de 900 grados centígrados, frente a los 350 grados de las centrales actuales. A parte de la producción de hidrógeno a precios competitivos, otra ventaja adicional es que se pueden encadenar varios ciclos industriales: producción de hidrógeno a altas temperaturas, utilización del calor residual para la industria química, generación de electricidad y finalmente procesos de desalinización. El solo hecho de aumentar la temperatura de funcionamiento hasta los 900 grados ya implica un aumento del rendimiento en un 25%, lo que permite a su vez, un mayor aprovechamiento de cada carga de combustible.

A pesar de funcionar a mayor temperatura los reactores futuros serán más seguros porque prescinden del agua para su refrigeración, en su lugar utilizan helio. El He es un gas noble, y por tanto no reacciona con otros materiales, impidiendo la salida de materiales radiactivos durante un hipotético accidente nuclear. Además los reactores están pensados para soportar temperaturas de hasta 1600 °C, sin fundirse. A diferencia de los actuales que a esas temperaturas comienzan la fusión de las barras de combustible. El reactor está diseñado para tener una seguridad marcada por las propias leyes físicas de su funcionamiento, a diferencia de los actuales que dependen de sistemas de seguridad activa para no llegar a situaciones críticas. Eso supone un gran paso adelante en seguridad pues ante un eventual desastre, el reactor tenderá por su propia física a ser estable, incluso sin la presencia de operarios o sistemas activos de seguridad.

Finalmente una de las grandes ventajas de estos nuevos reactores es su reducido tamaño y simplicidad de construcción. Pueden llegar a ser hasta ocho veces menos complejos que un reactor actual, lo que facilita su producción en serie, bajando el precio y aumentando la seguridad de cada unidad.