02/10/2014 - Mejoras en el diseño de las pilas de combustible para su utilización en dispositivos móviles

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Investigadores del Departamento de Química Aplicada de la UPV/EHU están estudiando posibles soluciones para mejorar la eficiencia de dispositivos móviles, mediante el diseño de nuevas formas de obtener energía de un modo limpio, seguro y con menos costes.

Las pilas de combustible son sistemas totalmente apropiados para sustituir las baterías de teléfonos móviles, ordenadores portátiles y vehículos. Convierten en electricidad la energía que surge de la combinación de hidrógeno y oxígeno, con el vapor de agua como único residuo. Es decir, generan energía del mismo modo que las baterías, pero sin contaminar.

Sin embargo, para que esas pilas de combustible generen energía, deben ser alimentadas de hidrógeno desde el exterior, y, hoy por hoy, existen dificultades para almacenar el hidrógeno de forma segura. Es por ello que puede ser una buena opción utilizar una infraestructura que genere hidrógeno gaseoso en la misma pila. En esos casos, normalmente se emplea el metanol como materia prima. Y es que el metanol es uno de los combustibles más importantes que se utiliza para generar hidrógeno. Por ejemplo, en vez de alimentar los teléfonos móviles, los ordenadores portátiles, y los vehículos mediante hidrógeno, es posible añadirles metanol, para que ese metanol se convierta en hidrógeno en función de las necesidades del aparato. Al fin y al cabo, el proceso es el mismo, aunque se lleve a cabo en dos fases.

Un microreactor cien veces más pequeño que un reactor convencional

En este trabajo de investigación, han diseñado una infraestructura especial: un reactor formado por microcanales. Y han desarrollado un microreactor cien veces más pequeño que un sistema reactor convencional. El tamaño del reactor es muy importante en el caso de todos esos aparatos móviles. “No es tarea fácil desarrollar un reactor compuesto de microcanales” ha explicado Oihane Sanz, investigadora del Departamento de Química Aplicada de la UPV/EHU. “Es indispensable realizar con sumo cuidado la elección de los materiales, la mecanización de los microcanales, el montaje del sistema y el recubrimiento catalítico, entre otros”.

Según han observado, esos reactores compuestos de microcanales colaboran en mejorar la transferencia de calor para convertir el metanol en hidrógeno. Gracias a ello, la temperatura de reacción se controla de forma adecuada, y, por lo tanto, se minimizan los puntos calientes en los que surge el carbono monóxido (CO). Y es que si junto al hidrógeno se genera CO, puede contaminar la pila de combustible. Como resultado de esa contaminación, la pila no funciona correctamente, y, por lo tanto, se detiene la producción de energía.

El microrreactor ha sido diseñado en el Departamento de Química Aplicada de la Facultad de Ciencias Químicas de la UPV/EHU (San Sebastián).

Un catalizador estable

Del mismo modo, elegir un catalizador y utilizar un adecuado método de colocación son condiciones indispensables para que la reacción se lleve a cabo de la forma más eficiente. “Una del las mayores dificultades de esos reactores formados por microcanales consiste en introducir el catalizador en esos canales tan pequeños. Es por ello que el objetivo de este trabajo de investigación ha sido diseñar un catalizador estable, e instalarlo en el sistema de la mejor manera posible”, explica Sanz. En los procesos de consecución de hidrógeno partiendo de metanol, se emplean catalizadores de paladio (Pd), y eso mismo han hecho los investigadores en este caso. En concreto, han utilizado el PdZnO. A menudo, "al integrar los catalizadores en reactores formados por microcanales, se pierden las características de los catalizadores. Sin embargo, con los catalizadores empleados en este estudio, además de mantener sus características, hemos conseguido llevar a cabo el proceso fácilmente”, añade.

Con una infraestructura y un catalizador adecuados, el microrreactor diseñado por los investigadores de la UPV/EHU produce 30 lH2/h.g; la conversión de metanol es de un 95%, y la de carbono monóxido (CO) inferior a un 1%. “Y es que es muy importante controlar la producción de carbono monóxido, ya que puede contaminar la pila de combustible” destaca Sanz. “Se han documentado sistemas que producen una mayor cantidad de hidrógeno (12-50 lH2/h.g), pero la conversión de metanol es menor (de un 80%, y, en algunos casos, de un 4%), y, además, se generan productos marginales” añade Sanz. Al fin y al cabo, este diseño “nos permite desarrollar un proceso más limpio, más seguro y con menos costes”, concluye Sanz.

Referencias

F.J. Echave, O. Sanz, M. Montes. “Washcoating of micro-channel reactors with PdZnO catalyst for methanol steam reforming” Applied Catalysis A: General: 159-167 (2014).

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