Autor: Bagul.net (Toni Rodríguez)

Introducción
Desde hace tiempo existen informes técnicos acerca de la proximidad del agotamiento completo de las reservas de petróleo y del cambio de modelo energético que comportará.
Para afrontar este reto, algunas compañías petroleras ya cuentan con divisiones poderosas dedicadas a la producción de paneles solares y otras tecnologías energéticas alternativas al negocio de crudo. Fabricantes de automóviles centran su estrategia de competitividad a largo plazo en los modelos híbridos o alternativos, y los organismos gubernamentales también toman posiciones.
El momento actual es de una trascendencia irrepetible. El mundo está indicando claramente la dirección a la que se encamina, compromiso de coexistencia entre progreso y ecología, una exigencia que parecer estar calando en la conciencia global y el planteamiento para desarrollar nuevas tecnologías.
De ésta manera parece entenderlo Fadisel, donde su línea de kits y entrenadores educativos Cebekit comprenden las principales tecnológicas para obtener energías limpias.
Con una amplia gama de artículos para la experimentación, el ensayo y el conocimiento, adaptados para ciclos formativos, su evolución parece seguir una misma línea paralela de continuación innovación a las materias que imparten. Se tratan de artículos para aprender por seducción y juego, con aspecto y materiales propios del coleccionismo pero con temario e instrucciones claras, vastas y concisas.
En este artículo analizamos tres de sus mini-laboratorios o entrenadores para el conocimiento y experimentación con La Célula de Combustible, tres versiones en miniatura de los vehículos de hidrógeno que, a tamaño real, ya circulan en algunos lugares con toda la tecnología necesaria para hacerlos funcionar.

¿Qué es y el por qué de una célula de combustible?
El cambio energético tiene dos retos, el de proveer a la industria de la suficiente energía para su funcionamiento y el de un combustible almacenable que sustituya los carburantes en los automóviles.
El nuevo combustible debe ser limpio, abundante y localizable en cualquier punto del planeta. El combustible de hidrógeno ofrece la respuesta a todos los condicionantes, es renovable, limpio, no es tóxico, no produce carbono y por tanto no contribuye al efecto invernadero y es además el elemento más abundante en el universo, y contiene la mayor cantidad de energía en relación a su peso.
Lo que hoy parece ciencia ficción otros ya la manejan como una realidad bien tangible. Marcas como BMW, Honda, Mercedes, Daimler-Crysler no sólo disponen de modelos impulsados por hidrógeno, sino que además han obtenido la homologación del parlamento europeo para su fabricación en serie. En España ya existe un plan de implantación de estaciones de servicio y surtidores públicos.
Tanta es la superación de la fase de experimentación con prototipos primitivos, que incluso Boeing ha desarrollado las avionetas Phantom. Motores en submarinos, silenciosos y eternamente auto-abastecibles, y también trenes en Japón y Taiwán son otros ejemplos actuales del empleo del hidrógeno como combustible.
La célula de combustible convierte, sin combustión, el hidrógeno en electricidad y la única emisión que produce un vehículo con célula de combustible de hidrógeno es agua pura, que puede ser empleada a su vez para producir nuevamente hidrógeno y oxígeno.

Principios básicos de funcionamiento de una Célula de Combustible
Su descubrimiento se remonta paradójicamente casi doscientos años atrás. En 1839, Sir W. R. Grove y F.C. Schoenbein consiguieron el primer ingenio, pero su desarrollo no se retomó hasta finales de la pasada década de los 60, donde la necesidad por obtener un combustible de alta eficiencia evitando subproductos con CO2 volvió a concentrar su interés.
Una pila de combustible, (Fuel Cell), puede estar formada por grupos de células trabajando conjuntamente. La constitución de cada célula la forman distintas capas que facilitan la interacción física entre los átomos de hidrógeno y oxígeno, y al mismo tiempo canalizan y extraen la corriente eléctrica que se produce en dicha reacción.
Existen diferentes tipos de célula de combustible que emplean combustibles distintos al hidrógeno, como bio-gas, alcohol, gas natural, etc. Normalmente se definen por el tipo de membrana electrolítica que montan.
Los tres coches Cebekit, C-7110, C-7111 y C-7113, operan con hidrógeno e incorporan una célula de combustible de tipo PEM, (Membrana de Intercambio de Protones).
Una célula de combustible está compuesta por distintas “rejillas” o capas superpuestas unas sobre otras, cada una de las cuales realiza una parte del proceso relacionado con el principio de la electrólisis.
La estructura de las capas, ánodo, membrana electrolítica y cátodo es simétrica, por lo que la célula es reversible. Esto quiere decir que puede utilizarse para producir electricidad con hidrógeno o por el contrario, producir hidrógeno mediante electricidad. Los tres kits de Cebekit permiten experimentar esta propiedad.

¿Como se obtiene electricidad?
Aunque las instrucciones dan inicio a la experimentación con la electrólisis o producción de hidrógeno, para el propósito del artículo iniciaremos la descripción con la función contraria a la electrólisis, la que genera electricidad a partir del hidrógeno.
Una primera capa o Ánodo, a través de sus celdas, se encarga de canalizar el hidrógeno hacia el interior. Aquí, la siguiente capa o Catalítico, atrae los electrones del átomo de hidrógeno. Durante el proceso, se produce 2H2 que vuelve a ser canalizado y filtrado hacia el interior.
Mientras que el catalítico conduce los electrones con carga negativa, la membrana de intercambio de protones, con carga positiva, permite únicamente el paso de éstos. El Oxígeno que se ha introducido a través de las celdas del Cátodo también es sometido
por una capa catalítica. Con una carga negativa menor, el oxígeno atrae a los protones que traspasan la Membrana de intercambio formando moléculas de vapor de agua y aire caliente que se precipitan hacia el exterior. El movimiento de electrones que se libera durante el proceso genera la electricidad, que es aprovechada por un circuito exterior conectado a la célula.
El C-7110 y C-7111 montan sobre el chasis dos depósitos de combustible transparentes, Hidrógeno y Oxígeno, con marcas que permiten parametrar el movimiento del contenido. Una sola célula reversible se utiliza tanto para la producción eléctrica como para la de hidrógeno.
El C-7113, en cambio, separa mediante dos células la estación de re-abastecimiento para la electrólisis, de la Fuel Cell en el coche, lo que permite un funcionamiento paralelo de ambas, sin ser necesario detener el vehículo para producir hidrógeno y con una aproximación más literal a la realidad, donde el coche capta el oxígeno del aire y dispone de un depósito de hidrógeno que debe repostar mediante una estación generadora y almacenadora de hidrógeno independiente.
Para el ensayo con los tres mini-laboratorios únicamente es necesario añadir agua destilada, que es el único componente que no se incluye.
Con los depósitos o tanques de hidrógeno y oxígeno llenos, los coches C-7110 y C-7111 únicamente quedan a la espera de activar la conexión de corriente al motor, a partir de ese instante, los vehículos se ponen en movimiento emitiendo flashes mediante dos leds y cambiando de dirección cuando se encuentran con un obstáculo.
La capacidad del hidrógeno queda determinada por un sistema de almacenamiento bajo campana situado en el interior de cada depósito, y cuyo propósito además del almacenamiento es el de válvula de escape contra exceso de producción. Una carga de hidrógeno puede dotar al vehículo de una autonomia aproximada de 2 a 6 minutos, dependiendo del esfuerzo de arrastre durante el recorrido.
Otro objetivo de montar depósitos transparentes es la observación directa del consumo de hidrógeno y oxígeno durante el consumo de electricidad.
La célula de combustible del C-7113 puede obtener directamente del aire el oxígeno necesario para la reacción, a diferencia de los otros dos kits, el C-7113 “respira”, y sólo emplea un tanque de almacenamiento, el del hidrógeno, formado por una pequeña cámara que se desinfla a medida que el combustible es consumido.

¿Como producir hidrógeno?
El hidrógeno, (H), es el elemento químico más abundante del universo conocido, con un número atómico de 1, en condiciones de presión y temperatura normales, su estado es el de molécula de gás diatómico, H2. No obstante, en la Tierra no se encuentra fácilmente en su estado elemental. El H2 se obtiene extrayéndolo del agua, (H2O), a partir de un proceso de electrólisis.
La célula PEM de Cebekit también puede someter el agua a electrólisis y producir así hidrógeno.
Al contrario que en la función inversa, durante la electrólisis, la electricidad no se obtiene sinó que se inyecta para polarizar los electrones. Aquí, el ánodo rompe la estructura del agua, separando el oxígeno del hidrógeno. Mientras que el oxígeno se canaliza hacia el exterior, la membrana central únicamente permite el paso de los protones, que al llegar al cátodo se recombinan con los electrones para recomponer únicamente el hidrógeno que se extrae hacia el exterior.
Si la electrólisis se realiza correctamente, la relación de producción de hidrógeno siempre es de de 2:1 respecto al oxígeno.
El sistema de producción es una de las principales ventajas para el uso del hidrógeno como combustible, pues puede producirse industrialmente en el lugar y momento necesarios a partir de agua y electricidad, y su funcionamiento básico es igual al de la célula de combustible de Cebekit.
La electricidad para activar la electrólisis en los tres vehículos Cebekit puede obtenerse limpiamente mediante el panel fotovoltaico que incorporan, o empleando un adaptador para dos pilas AA que también se incluye.
El tiempo que emplean en convertir agua en hidrógeno se situa entre 2 y 5 minutos y a pleno Sol, el panel FV no se demora en exceso respecto a las pilas, pero éste último resulta más estimulante por hacer autónomo y “gratis”, (salvo el agua), a todo el ciclo de la célula.
Utilizar el agua para obtener hidrógeno es hoy por hoy aún más caro que emplear Gas Natural o Metano, pero el aumento de rendimiento y aplicación de las células PEM, y el uso de sistemas de producción eléctrica a partir de fuentes inagotables y limpias, como aerogeneradores y paneles fotovoltaicos, que además pueden convertir en autónoma una estación local, son las rotundas ventajas que responden a la proliferación de los vehículos y tecnologías basadas en el hidrógeno.
Precisamente, la propuesta de Cebekit con sus coches C-7110, C-7111 y C-7113 es tan interesante. Los tres kits permiten experimentar con la realidad y su proyección futura, coches moviéndose mediante hidrógeno; estación de re-abastecimiento y producción de hidrógeno autónoma; y finalmente, la electricidad necesaria para la electrólisis obtenida mediante un panel solar.
Tres kits atractivos, económicos e ilustrativos del proceso completo de ésta tecnologia y su línea de proyección futura para la nueva era energética del planeta.

Web: www.cebekit.es