Una pila de combustible es algo parecido a una batería, pero no es lo mismo. Una pila de combustible (o célula o celda de combustible) es un dispositivo electroquímico de conversión de energía diseñado para permitir el reabastecimiento continuo, es decir, produce electricidad de una fuente externa de combustible y de oxígeno, mientras que una batería tiene una capacidad limitada de almacenamiento de energía. Otra ventaja es que los electrodos de una celda de combustible son catalíticos y relativamente estables.
Es, pues, un campo que tratan de estudiar, investigar y mejorar, científicos de todo el mundo. La importancia de esta línea de investigación se demuestra por el hecho de que el Departamento de Energía de Estados Unidos ha planteado algunos objetivos que deberían alcanzarse entre 2017 y 2020. Pero, según Pedro Luis García Ybarra, investigador del departamento de Física Matemática y de Fluidos de la UNED (España), algunos de estos objetivos ya se han superado en su laboratorio. Un método de fabricación para uno de los componentes que permite a la pila superar la meta de potencia marcada en Estados Unidos.
La clave del asunto es que, con una carga ultrabaja de platino de 0,01 mg/cm2 en los electrodos han alcanzado una alto aprovechamiento del metal que permite generar 10 kW/g, una cifra que mejoran las previstas por el departamento norteamericano, que es de 8 kW/g con una carga de platino diez veces superior, de 0,125 mg/cm2.
Las pilas de combustible generan electricidad a partir de hidrógeno y aire. Es un proceso limpio, ya que expulsan vapor de agua en lugar de emitir dióxido de carbono (CO2). Además, si el hidrógeno se obtiene a partir de energías renovables, por hidrólisis de agua, por ejemplo, o con energía eólica o solar, la contaminación del ciclo energético completo se reduciría a niveles mínimos, casi nulos.
Para superar el rendimiento marcado por las autoridades norteamericanas, los científicos han optimizado un elemento de la pila polimérica denominado «ensamblaje membrana-electrodos» (MEA). Es un componente común a todas las pilas de combustible poliméricas, afirma José Luis Castillo. El resultado de las investigaciones ha sido patentado por los investigadores como una metodología para depositar capas delgadas y nanoestructuradas de electrocatalizador sobre los electrodos, que se unen por simple contacto a ambos lados de la membrana polimérica, constituyendo el MEA.
Escalable a bajo coste
Gracias a la metodología utilizada para la deposición de la capa catalítica (electrospray) se consigue aumentar considerablemente el rendimiento. Han sido capaces de controlar las propiedades morfológicas (porosidad y rugosidad) del material generado por las partículas cuando se depositan, aumentando sustancialmente la superficie activa. Como el rendimiento depende de la superficie de las partículas catalíticas expuesta al gas reactivo y ésta se ha hecho muy grande, se ha alcanzado un elevado rendimiento.
Otra de las ventajas del procedimiento es su facilidad para ser escalado, es decir, que los componentes de las pilas se pueden reproducir a escala industrial a bajo coste.
El coste del catalizador de platino supone más del 30% del valor total de una pila. De ahí que construir pilas de combustible a precios competitivos sea uno de los retos perseguidos por la comunidad investigadora y uno de los campos claves para el desarrollo de las energías renovables. Pilas baratas permitirían que se usaran masivamente en la automoción, sustituyendo los motores de combustión interna, tan contaminantes.
Otra de las interesantes aplicaciones es la de solucionar al problema de la discontinuidad y la adecuación a la demanda energética de algunas energías renovables (la solar y la eólica, fundamentalmente, que generan energía a partir de fuentes que no siempre están disponibles).
El exceso de electricidad generado en las horas valle de demanda, mediante la hidrólisis del agua, sirve para producir hidrógeno y almacenarlo. De este modo, cuando llegue una hora pico de demanda, se conectaría la pila de combustible para conseguir una generación adicional de electricidad. Se podría estabilizar la producción de energía con fuentes renovables.
¿Un mundo sin petróleo ni carbón?