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Una planta de energía de pila de combustible práctica
Una de las formas más eficientes de producir energía en las futuras centrales eléctricas de gasificación de carbón es con celdas de combustible de óxido sólido, que utilizan el hidrógeno de la corriente de gas para generar electricidad a través de reacciones químicas. Esto es más eficiente que simplemente quemar la corriente de gas de la gasificación del carbón. Y a diferencia de otros tipos de pilas de combustible, la variedad de óxido sólido puede funcionar a temperaturas y eficiencias muy altas, y puede ampliarse para proporcionar energía a las ciudades.
El nuevo prototipo de celda de combustible de óxido sólido de GE logra un gran avance en costos gracias a un proceso de fabricación de bajo costo que ensambla capas de cerámica y electrolitos. El dispositivo de seis kilovatios, que convierte el combustible de hidrocarburos en electricidad con una eficiencia del 49 por ciento, está siendo evaluado actualmente por el Departamento de Energía de EE. UU. Para su posible uso en la generación de energía en futuras plantas de gasificación de carbón. (Crédito: GE)
Pero entre los diversos desafíos para el desarrollo de la tecnología, el costo de fabricación ha sido un posible factor decisivo. Ahora, los investigadores de GE han demostrado un método de fabricación que ensambla capas de materiales cerámicos y electrolíticos a bajo costo para que el producto final se pueda construir por alrededor de $ 800 el kilovatio, lo que comienza a acercarse al costo de construcción de $ 500 a $ 550 por kilovatio. una central eléctrica convencional de gas.
El prototipo de seis kilovatios de GE logra un 49 por ciento de eficiencia en la conversión de combustible en electricidad, lo que se compara favorablemente con el 35 por ciento de eficiencia de las centrales eléctricas convencionales que queman carbón. Creo que GE ha establecido un nuevo estado de la técnica, dice Wayne Surdoval, gerente de tecnología para celdas de combustible en el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética , parte del Departamento de Energía de EE. UU., que está financiando este proyecto y otros destinado a producir mejores pilas de combustible de óxido sólido. La conclusión, agrega, es que el prototipo de GE es una celda de combustible particularmente económica de fabricar. Básicamente, está utilizando técnicas de fabricación sencillas que utilizan materiales bastante económicos en la celda.
Surdoval compara el proceso con la elaboración de masa para pizza. Se mezclan tres conjuntos de materiales, que representan los dos electrodos y un electrolito que componen cada capa de una celda de combustible, y se pasan por dos rodillos que los aprietan. Tienes tres masas diferentes, aplana cada una, luego las coloca en capas y luego las aplana, explica. Luego, básicamente, lo horneas.
El proceso allana el camino para la fabricación en masa, según Kelley Fletcher, líder en tecnología avanzada para programas de energía sostenible en GE Global Research , en Niskayuna, NY. La gente ha fabricado pilas de combustible que producen más energía, y también ha fabricado pilas que han tenido este nivel de eficiencia, dice. Pero hacerlo en un solo paquete, y al costo estimado que hemos hecho, es el verdadero logro aquí. La fabricación de prototipos anteriores ha costado miles de dólares por kilovatio, dice.
Por supuesto, hay otros obstáculos. El azufre en el combustible de hidrocarburos puede contaminar la celda de combustible y degradarla. GE y otros están trabajando en varios procesos de pretratamiento para mantener el contaminante fuera de la celda de combustible. Por ejemplo, los investigadores de la Universidad de Tufts han desarrollado una forma de utilizar óxidos de cerio y lantano para eliminar el azufre.
Maria Flytzani-Stephanopoulos , ingeniero químico de Tufts que dirigió el desarrollo de la depuradora, advierte que si bien el trabajo de GE es impresionante, quedan grandes desafíos por delante. Creo que las cifras reportadas representan un avance significativo, dice. Por supuesto, los sistemas de ampliación deben demostrar que son igualmente eficientes en el trabajo futuro.
La obra es parte de un Departamento de Energía iniciativa de carbón limpio lanzada en 2003 que tiene como objetivo construir, dentro de diez años, una planta de energía de celda de combustible de óxido sólido de varios megavatios altamente eficiente combinada con tecnología de gasificación de carbón. Se cree que Estados Unidos tiene aproximadamente 250 años de carbón en el suelo. Pero la quema de carbón se perfila como un factor importante en el aumento del calentamiento global; de hecho, el carbón libera más dióxido de carbono por cada unidad de energía producida que cualquier otro combustible fósil.
En las plantas de gasificación de carbón, el carbón se calienta y se convierte en gas de síntesis, una mezcla de principalmente monóxido de carbono e hidrógeno. Esto luego se puede quemar en un tipo de planta de energía llamada Ciclo Combinado de Gasificación Integrada. La tecnología de GE permitiría extraer hidrógeno del gas de síntesis y enviarlo a través de una celda de combustible de óxido sólido.