Identificación de celda de combustible en mi región, Zitácuaro, Michoacán.

1. COMPONENTES DE UNA CELDA DE
COMBUSTIBLE
Universidad a Distancia de México.
Carrera: Energías renovables
Materia: Celdas de combustibles
Alumno: José Marco A. Bernal Hndez.

2. Introducción
La generación de la energía ha sido de extrema importancia para el hombre, energía que se
transforma en diferentes formas de energía como movimiento, calor, luz, sonido, entre otras
formas. Energía que ha evolucionado desde la combustión de combustibles fósiles,
aprovechamiento de la energía cinética del viento y del agua, la radiación del sol,
temperatura de la geotermia, la nuclear, baterías y otras más. Sin embargo, la eficiencia en
la producción de la energía con los métodos o dispositivos empleados se encuentra dentro
de una cota energética entre el 30% al 45%.
Es en 1839 cuando Sir William Grove descubre experimentalmente el proceso inverso de la
electrólisis, generando electricidad al recombinar hidrógeno y oxígeno para producir agua,
la celda de combustible. Dispositivo generador de energía más limpia, con menos riesgos y
fácil de convertir en otras formas, ya que no existen las limitaciones impuestas por el ciclo
de Carnot.
Hoy, ante el agotamiento de las reservas de petróleo y del aumento de éste recurso natural,
y sumado a ello el calentamiento global y la alta contaminación atmosférica ambiental
(ocasionada en gran parte a los motores de combustión, por el uso de combustibles fósiles
derivados del petróleo), a la celda combustible se le ve como una gran alternativa a la
solución a los grandes problemas ambientales.

3. ¿Qué es una celda de combustible?
 Dispositivo o reactor electroquímico donde mediante la transformación de
hidrógeno y oxígeno en agua se genera electricidad en un proceso inverso
al de la electrólisis, llamado de oxidación del combustible (H2 o un
hidrocarburo). Este proceso se produce de forma directa y continua, sin
necesidad de recargar la pila, solo es necesario un flujo continuo de
hidrógeno, oxígeno, aire u otros combustibles alternativos.

4. Los tipos principales
 A la fecha figuran las invenciones y patentes siguientes, mismas que se
tipifican con base al electrólito que usan: a) Celda de Combustible de
Membrana polimérica PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell);
b) Celda Alcalina, AFC (Alkaline Fuel Cell); c) Celda de Combustible de
Ácido Fosfórico, PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell); d) Celda Combustible de
Carbonatos fundidos, MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell); e) Celda de
Combustible de Óxido Sólido, SOFC (Solid Oxide Fuel Cell); y, f) Celdas de
combustible de Metanol, DMFC (Diluted Methanol Fuel Cell) y DEFC
(Diluted Ethanol Fuel Cell), celdas que pueden llegar hasta una eficiencia
eléctrica de un 85%.

5. De sus componentes
La estructura básica de una celda de combustible
está constituida por: Una carcasa que protege y
contiene a la celda. Dos electrodos separados por
un electrolito, el cual actúa como mediador
químico. El hidrógeno, que actúa como
combustible, está disponible en el ánodo, mientras
que el oxígeno, que actúa como oxidante, lo está en
el cátodo.

6. Funcionamiento
general
 Al aplicar los dos gases a los electrodos se lleva
a cabo el proceso de generación de energía: los
átomos de hidrógeno pasan a través del ánodo,
generándose por ionización (iones de hidrógeno
H+), electrones que circulan a través de un
circuito externo hacia el electrodo opuesto o
cátodo. En el cátodo, estos electrones se unen
con el oxígeno para producir iones hidroxilo, los
cuales viajan a través del electrolito para
completar el circuito eléctrico. La unión de los
átomos de hidrógeno y los iones hidroxilo en el
ánodo genera a su vez agua como subproducto.
Repitiéndose el proceso indefinidamente en
tanto se mantenga el suministro continuo de
hidrógeno y oxígeno, y la carga externa
demande corriente
Tomado de Wikipedia.org,,, 26 de abril, 2018

7. Tecnología adecuada a mi comunidad, por sus
características y ventajas
Celda de combustible
Características Ventajas Desventajas
TIPO DE CELDA
COMBUSTIBLE
ELECTRÓLITO IÓN QUE
TRANSPORTA
TEMPERATURA DE
OPERACIÓN
INTERVALO DE
POTENCIA ELÉCTRICA
QUE GENERAN LAS
CELDAS
Óxido sólido:
SOFC
(Solid Oxide Fuel
Cell)
ZrO2/ Y2O3
(Óxido cerámico
conductor de
iones)
O= Se consideran de
alta temperatura;
funcionan en un
intervalo de hasta
650°C y 1000°C.
Tienen la
capacidad de
generar hasta 1
GW (Larminie &
Dicks, 2003)
-Puede utilizarse
en escalas
grande y
pequeña, en
sistemas de alta
potencia
-Pueden operar a
mayor densidad
de corriente y sin
problemas de
corrosión
-Posibilidad de
usar diferentes
combustibles
-Por su arranque
lento no son muy
útiles en la
industria
automotriz
-Las altas
temperaturas de
operación,
reducen su vida
útil.

8. Justificación
 Se consideró que la SOFC, es una celda combustible por las siguientes
ventajas: modularidad; puede utilizarse en escalas grande y pequeña, en
sistemas de alta potencia; electrocatalizador no costoso en comparación con
las que ocupan a base platino; y ser utilizadas en instalaciones de bajo conumo
de energía eléctrica.
 En Michoacán, todavía existen muchas localidades forestales donde la red
eléctrica es inexistente, por lo que las clínicas rurales, escuelas y salones
ejidales no son al 100% funcionales en su servicio y atención. Por lo que una
alternativa para proveer a estas pequeñas entidades sociales de bajo consumo
de energía, sería la celda de combustible del tipo SOFC cuyo dispositivo en el
mercado es la marca Acumentrics 5 kW.
 Esta situación de favorecer a este tipo de localidades, sería un incentivo por el
buen estado de conservación de sus bosques, esto es, aquellos núcleos
agrarios que han sido merecedores del Premio Nacional Forestal que emite la
Comisión Nacional Forestal.

9. Diagramas del proceso elegido y las reacciones
involucradas para la generación de energía.
 Diagrama de una SOFC  Reacciones involucradas
En las pilas SOFC un ión negativamente
cargado (O2-) es transferido del cátodo al
ánodo mediante su transporte a través
del electrolito. Obteniendo agua en el
ánodo.
 Cátodo: O2 + 4e– → 2O2-
 Ánodo: H2 + O2- → H2O + 2e–
 2H2 + O2 → 2H2O
Tomado de: Wikipedia.org,, 26 abr, 2018

10. Cantidad de energía a producir y su costo de una
SOFC
Con base a la información encontrada en miem.gub.uy, s/f, para
la generación domiciliaria puede utilizarse el dispositivo
Acumentrics 5 kW. Con un consumo doméstico mensual de 101
a 140 kWh, tiene un costo de $5.066 pesos uruguayos, que
convertidos a pesos mexicanos, tendríamos un precio de $2.92
kWh , lo que resultaría muy atractivo para invertir en esta
tecnología. Aunque, hay que estar conscientes si la empresa que
produce estas celdas de SOFC tenga distribución en nuestro país
o bien el costo total de este producto con los aranceles
incluidos.

11. Conclusiones
 Sin duda alguna las pilas de combustible son una indudable opción para la
producción de energía limpia, con menos riesgos para la humanidad y el
planeta, con una eficiencia eléctrica superior a cualquier dispositivo o método
utilizado por el hombre. Más, por la falta de su demanda y tecnología en
desarrollo hacen que su competitividad, por el momento, se situé entre las
tecnologías más caras a nivel estacionario. Aunque para la movilidad en la
industria automotriz se están abaratando los costos por la demanda que
comienza a crecer, debido al alto costo del combustible.
 Para nuestro caso presentado, sería una excelente penetración en el mercado
al demostrarse su eficiencia en pequeñas unidades domésticas o su uso
obligatoriedad de uso en fraccionamientos. Todo dependerá de la aplicación
de una buena política ambiental en nuestro país y la exigencia ciudadana por
un ambiente más limpio y sano.

12. Bibliografía de consulta
 Energiasrenovablesinfo, s/f. Preguntas frecuentes sobre las pilas de combustible.
Disponible en: http://www.energiasrenovablesinfo.com/hidrogeno/preguntas-
frecuentes-pilas-combustible/. Recuperado el 01 de octubre de 2018
 Suescun Leopoldo, s/f. Desarrollo de Celdas de Combustible de Óxido Sólido (SOFC) con
tecnología nacional. Parte I: Diseño y Evaluación de nuevos Cátodos, Ánodos y pares
Cátodo-Electrolito y Ánodo-Electrolito para SOFCs. Disponible en:
http://www.miem.gub.uy/sites/default/files/05_-_suescun_-
_celdas_de_combustible_de_oxido_solido_sofc.pdf Recuperado el 01
 Tapia Antonio, 2013. Tecnología de hidrógeno y celdas de combustible. Disponible en:
https://constructorelectrico.com/tecnologias-de-hidrogeno-y-celdas-de-combustible/
Recuperado el 01

13. Bibliografía de consulta:
 Tapiero Yesid, 18 ene, 2011. Ventajas y desventajas de los procesos electroquímicos.
Disponible en: http://ingelectroquimica.blogspot.com/2011/01/ventajas-y-desventajas-
de-los-procesos.html. Recuperado el 28 de septiembre de 2018
 UNADM, 2018. Celdas de combustible. Unidad 1. Introducción a celdas de combustible.
Disponible en:
https://unadmexico.blackboard.com/bbcswebdav/institution/DCSBA/Bloque%202/ER/06
/ECCM/U1/Unidad1.Introduccionalasceldasdecombustible.pdf. Recuperado el 18 de
septiembre de 2018
 Vidarte Francisco, 9 abril 2012. Celda de combustible. Disponible en:
http://apnperu.blogspot.com/2012/04/pila-de-combustible.html. Recuperado el 01 de
octubre de 2018
 wikipedia.org, 26 abr, 2018. Pila de combustible. Disponible en:
https://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_combustible