Una nueva herramienta impulsa la competitividad del mercado de las pilas de combustible
Las pilas de combustible, que generan electricidad mediante procesos electroquímicos, constituyen una alternativa ecológica a los sistemas basados en combustibles fósiles. Aunque en los últimos años se han logrado avances significativos en la tecnología de las pilas de combustible, esta prometedora alternativa para la producción de electricidad aún no ha despegado porque sigue sin igualar la asequibilidad, disponibilidad y fiabilidad de las soluciones convencionales. El proyecto RUBY(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, ha avanzado en este sentido. Un conjunto de herramientas dedicado que incluye un instrumento de monitorización, diagnóstico, pronóstico y control (MDPC) emplea un algoritmo de optimización en tiempo real (OTR) para el control y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS)(se abrirá en una nueva ventana), un método ampliamente reconocido para estudiar los fenómenos que ocurren dentro de las pilas de combustible, con el fin de mejorar la eficiencia de las pilas de combustible y reducir su coste.
Apuesta por las pilas de combustible estáticas
Las pilas de combustible, mucho más respetuosas con el medio ambiente que los sistemas energéticos que funcionan con combustibles fósiles, se utilizan en muchas circunstancias, como el transporte, la generación de energía estática y las aplicaciones móviles. Cuando se utiliza hidrógeno puro como combustible, las pilas de combustible, que suelen incluir cientos de celdas, solo producen agua y calor como subproductos de la electricidad generada. Dos de los tipos de pilas de combustible tecnológicamente más maduros son las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC), que requieren altas temperaturas para funcionar, y las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC), que funcionan a temperaturas más bajas. El equipo de RUBY ha desarrollado herramientas para evaluar ambos tipos de pilas de combustible en condiciones estáticas.
MDPC, EIS y la solución RUBY
La EIS se basa en el concepto de impedancia(se abrirá en una nueva ventana), una medida compleja de la respuesta de un material al flujo de corriente alterna. En la EIS, se aplica un estímulo de corriente a varias frecuencias a la pila de pilas de combustible y se miden las respuestas de voltaje resultantes. Estas mediciones constituyen el espectro de datos de impedancia al que se aplica la herramienta de MDPC. Aunque la EIS es la norma del sector para analizar las características eléctricas de las pilas de combustible, las innovaciones de RUBY harán que este método sea mucho más viable. «La EIS se realiza habitualmente en entornos de laboratorio utilizando instrumentos de coste elevado, pero RUBY demostró la posibilidad de implementar la EIS en sistemas de pilas de combustible que operan sobre el terreno. El método propuesto abre la posibilidad de ofrecer una solución eficaz y de bajo coste para los sistemas comerciales de pilas de combustible», comparte el coordinador del proyecto, Cesare Pianese.
Campañas experimentales con PEMFC y SOFC
El equipo de RUBY probó la eficacia de la herramienta de MDPC en 110 espectros electroquímicos de sistemas PEMFC y 259 espectros de sistemas SOFC. Los resultados fueron impresionantes. Según Pianese: «El algoritmo de diagnóstico basado en EIS detectó el 100 % de los estados defectuosos y aisló el 85 % de los fallos que se produjeron en la PEMFC, mientras que en la SOFC se detectó el 100 % de los estados defectuosos y se aisló el 70 % de los fallos». Además, el algoritmo de control de OTR desarrollado por el proyecto permitió aumentar en un 5 % la eficiencia del sistema combinado de calor y electricidad basado en la SOFC. «Cabe destacar que esta mejora se ha logrado en mucho menos tiempo y con una fracción del coste que se necesitaría para obtener un rendimiento similar mediante una innovación importante en materiales o diseño», señala Pianese. La solución RUBY es económica y versátil. La herramienta de MDPC, basada tanto en el diagnóstico de EIS como en el control de OTR, puede aplicarse a cualquier dispositivo electroquímico. Muchas de las herramientas desarrolladas por el proyecto están a disposición del público a través del sitio web del proyecto. Los avances de RUBY han contribuido a que las pilas de combustible ecológicas estén mucho más cerca de su introducción generalizada en el mercado.
