Sistema de energia de Bloom
Energy,
funcionamiento de una celda
de combustible de oxido solido.
La empresa estadounidense Bloom Energy ha presentado un sistema de conversión de energía, formado por la pila de combustible y los medios mecánicos, electroquímicos, térmicos y eléctricos para el suministro eléctrico que emplea una materia prima barata, existen varias empresas que desarrollan sistemas similares que utilizan las célula o celda de combustible de óxido sólido (SOFC). Referencia [1]
El siguiente dibujo representa, en forma muy esquemática la conversión de energía química a energía eléctrica,
La celda combustible genera energía
eléctrica del hidrógeno o de varias formas de combustibles que contienen hidrocarburos y de un gas que contiene oxigeno, como el aire que se
suministra del lado del cátodo del electrolito, mientras el hidrógeno o un
combustible que contiene hidrocarburos se suministra en el lado del ánodo del
electrolito.
La celda
genera energía eléctrica a través de una reacción electroquímica.
La célula de combustible de óxido sólido (SOFC),Oxygen from the air flows through the cathode, and a fuel gas containing hydrogen, such as methane, flows past the anode. el oxígeno del aire fluye a través del cátodo, y un gas combustible que contienen hidrógeno, como el metano, fluye hacia el ánodo.
Los iones de oxígeno cargados negativamente migran a través de la membrana de electrolito y reaccionan con el hidrógeno para formar agua, que reacciona con el combustible de metano para formar dióxido de carbono e hidrógeno.
El sistema se compone esencialmente de dos electrodos porosos separados por un conductor electrolítico muy denso. El aporte de oxígeno a el cátodo reacciona con losThis electrochemical reaction generates electrons, which flow from the anode to an external load and back to the cathode, a final step that both completes the circuit and supplies electric power. electrones entrantes del circuito externo, para formar los iones oxigeno, estos migran hacia el ánodo, denominado también electrodo de combustible, a través del electrolito conductor de iones oxigeno.
En el ánodo los iones de oxigeno se combinan con las moléculas de hidrógeno y con las moléculas de monóxido de carbono del combustible, para formar moléculas de agua y moléculas de dióxido de carbono, liberando electrones, que fluyen del ánodo a través del circuito externo hacia el cátodo.
To increase voltage output, several fuel cells are stacked together, a configuration called a fuel cell stack that forms the heart of a clean power generator. Para aumentar la tensión de salida, varias células de combustible se apilan juntos, una configuración llamada una pila de combustible que forma el corazón de un generador de energía limpia.
El siguiente dibujo es un esquema de una celda de combustible de oxido sólido.
El sistema contiene un
cátodo, un electrolito sólido en una cerámica y un ánodo que posee un cermet
que da una acción catalítica, la catálisis es el proceso por el cual se aumenta
o disminuye la velocidad de una reacción química por medio de una sustancia
química conocida como un catalizador y un cermet es un material compuesto
formado por materiales metálicos y cerámicos. Los cermets están diseñados para
combinar la resistencia a altas temperaturas y a la abrasión de los cerámicos
con la maleabilidad de los metales. Como matriz se utiliza el metal, usualmente
níquel, molibdeno, o cobalto, y la fase dispersa está constituida por carburos
refractarios, óxidos, boruros o alúmina.
El contenido de oxígeno
del aire en el sistema puede aumentarse con un proceso denominado ciclo de adsorción.
Preferiblemente, el ciclo de adsorción
utiliza el calor generado por la pila de combustible en la generación de
energía. El uso del calor generado por la celda de combustible aumenta el
contenido de oxígeno en la corriente de aire que entra, este es un proceso
cíclico de adsorción de separación, que aumenta la eficiencia de la generación
de energía.
En este proceso de adsorción,
el aire que es una mezcla de nitrógeno y oxigeno, pasa por un medio frió de
absorción que elimina el nitrógeno resultando en una corriente de gas con un
contenido alto de oxigeno, mayor que el original, cuando el medio adsorbente se
satura con nitrógeno, el calor generado de la celda se transfiere al medio y se
extrae el nitrógeno.
En el siguiente dibujo,
tomado de la patente de Bloom Energy [3], se ilustra el
sistema de enriquecimiento de oxigeno, donde 3 es una fuente de aire, 5 es el
medio adsorbente, 7 es la celda de combustible, 9 es el conducto de
transferencia de calor y 13 es el conducto del gas enriquecido de oxigeno.
Bloom
Energy no es ni mucho menos la única empresa trabajando en este prometedor
sector pero ha sido, quizá, la más rápida. [2]
"Hay
probablemente como unas 100 compañías trabajando en algo muy similar",
dijo Jack Brower, director asociado del Centro Nacional de Investigación de
Pilas de Combustible al diario "Los Angeles Times".
"La
clave está en que Bloom Energy tiene un sistema integrado y un paquete
preparado para su distribución comercial".
Notas
sobre el proceso.
Las
reacciones de reducción-oxidación ,también conocidas como reacciones redox, son
las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce
entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor . Para que exista una reacción redox, en el sistema debe haber un
elemento que ceda electrones y otro que los acepte,
El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones
de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir;
oxidándose. El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos
electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es
decir; reducido.
Adsorción: es un proceso físico o químico por el cual átomos, iones o moléculas
son atrapadas o retenidas en la superficie de un material.
Absorción: es un proceso físico o químico
en el cual átomos, moléculas o iones pasan de una primera fase a otra
incorporándose al volumen de la segunda fase.
Referencias.
[1]
DEVELOPMENT
OF A SMALL-SCALE SOLID OXIDE FUEL CELL (SOFC)
[2] Convierta su casa en una central eléctrica ABC
[3] Environmentally
tolerant anode catalyst for a solid oxide fuel cell
Eduardo
Ghershman, 26.2.2010