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La primera celda de combustible a escala industrial de óxido sólido alimentada con biogás

Una celda de combustible genera electricidad sin emitir gases contaminantes. Una nueva unidad desarrollada en la UE supone un paso hacia el futuro en materia de generadores limpios, renovables y eficientes.

Energía

Una celda de combustible es un generador electroquímico, alimentado por la reacción química de un combustible con un agente oxidante (generalmente oxígeno). Esta reacción es diferente de la combustión, y produce electricidad en lugar de calor y gases de escape. El nombre de los distintos tipos de celdas de combustible depende del material del que está compuesto su electrolito. Por ejemplo, la famosa celda de combustible de hidrógeno utiliza un electrolito polimérico derivado del teflón. Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC, por sus siglas en inglés) utilizan un electrolito compuesto por un óxido sólido (cerámico). Un proyecto previo financiado con fondos europeos titulado SOFCOM desarrolló un sistema de plurigeneración basado en SOFC. El generador funcionaba con combustible de biogás obtenido de la depuración de aguas residuales. El sistema podía funcionar como un sistema refrigeración, calefacción y energía, lo que significa que era capaz recuperar el calor residual de forma útil, y recuperar completamente el CO2 de la planta (carbono acumulado en forma de microalgas). Como todas las SOFC, el sistema de SOFCOM operaba a muy alta temperatura, produciendo una conversión eléctrica eficiente. El generador de SOFCOM era un prototipo de prueba de concepto a pequeña escala y el mejor del mundo en la clase de submegavatios en cuanto a emisiones y eficiencia.

Primera demostración a gran escala

El proyecto DEMOSOFC, financiado con fondos europeos, empleó, analizó y mejoró la tecnología de SOFCOM y la demostró a gran escala en una depuradora de aguas residuales cerca de Turín (Italia). Al igual que el original, la versión de demostración también se alimentó con un biogás neutro en carbono, obtenido de la descomposición de componentes orgánicos extraídos de la depuración de aguas residuales urbanas. La planta DEMOSOFC fue la primera del mundo en demostrar un sistema SOFC grande (más de 100 kW) alimentado con biogás. «Hemos diseñado, instalado desde cero, operado y mantenido una planta de cogeneración completa basada en SOFC alimentada con biogás —explica el coordinador del proyecto, el catedrático Massimo Santarelli—. Produce 110 kilovatios de electricidad y 45 kilovatios de energía térmica». Eso es suficiente para alimentar varios hogares u oficinas. La potencia generada fue ligeramente inferior a los 174 kW previstos porque el proyecto recibió solo 2 de los 3 módulos SOFC que se esperaban del proveedor.

Operación eficiente y limpia

Tras cerca de 3 años de funcionamiento y pruebas en un entorno real se mostró que durante el 80 % del tiempo de operación, la planta logró una eficiencia superior al 50 % en la conversión eléctrica de biogás a corriente alterna, con un pico del 58 %. Durante aproximadamente la mitad del tiempo de funcionamiento, la eficiencia general fue del 80-90 %. Las emisiones atmosféricas, si las hubo, estuvieron por debajo del umbral de detección de la instrumentación. Los resultados demuestran la rentabilidad y la viabilidad de la planta de demostración. «Generamos el conocimiento necesario para diseñar e instalar una planta basada en SOFC de aplicación industrial, y reducimos los costes relevantes —agrega Santarelli—. También sabemos ya a la perfección cómo funciona en su día a día, incluidos los procedimientos de seguridad y la logística de control». Estos resultados tendrán aplicación en la explotación de plantas similares. Un segundo resultado fue la demostración lograda por el proyecto de una unidad para purificar biogás, que evita que contaminantes perniciosos para la celda de combustible lleguen a esta. La labor de seguimiento del equipo consistió en entablar conversaciones con varios usuarios finales importantes para reproducir la planta de DEMOSOFC. El potencial de reproductibilidad de la planta, incluso si se limitase al tratamiento de aguas residuales en la UE, es enorme (cerca de 2 a 5 GW), lo que ofrece un mercado inicial interesante que de paso a una era de energía respetuosa con el medio ambiente y verdaderamente limpia.

Palabras clave

DEMOSOFC, SOFC, biogás, SOFCOM, electricidad, aguas residuales, celda de combustible de óxido sólido, energía verde

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