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Vuelos a pila de combustible

Vuelos a pila de combustible

La pila de combustible puede utilizarse en aviación gracias a una membrana de plástico que permite temperaturas de operación de hasta 180ºC. Si los recursos energéticos son escasos, la pila de combustible puede ayudar a mantener la seguridad del suministro. Además, el único gas residual que emite es vapor de agua.

Si alguien espera oír el ruido del motor cuando despega el ‘Antares DLR-H2’, se llevará una sorpresa: el avión se eleva de la pista casi sin hacer ruido. Y no huele a combustible. Y esto es así porque el Antares es el primer avión pilotado que funciona exclusivamente con hidrógeno. La pila de combustible que lo hace posible está escondida en las vainas debajo de las alas; allí es donde se genera la electricidad para el motor eléctrico y para las funciones de a bordo.

El núcleo del sistema es un sistema de electrodo de membrana (MEA) desarrollado por BASF Fuel Cell (BFC), la división de pilas de combustible de BASF. En este núcleo, la energía química generada por la reacción de oxígeno e hidrógeno se convierte directamente en electricidad y calor.

El Centro Aeroespacial Alemán y la compañía de diseño y desarrollo de aeronaves Lange Aviation construyeron el Antares DLR-H2 con el objetivo de probar el potencial de la pila de hidrógeno en aviación. “Si los recursos energéticos son escasos la pila de combustible puede ayudar a mantener la seguridad del suministro, ya que el hidrógeno puede obtenerse de varias fuentes: del viento, de la energía solar, del gas natural y del diesel. Y además, esta tecnología de generación de energía es más eficiente que las tecnologías convencionales, y el único gas residual que emite es vapor de agua”, enfatiza el Dr. Carsten Henschel de BFC.

Pequeña y ligera

El objetivo es conseguir una pila de combustible lo más pequeña y ligera posible para aplicaciones prácticas y el factor clave para conseguirlo, es que el sistema tenga tan pocos componentes como sea posible. Los sistemas de pila de combustible convencionales, de baja temperatura, operan a un máximo de 80ºC y para funcionar en aviones, necesitan un elevado número de unidades auxiliares y un complejo sistema de control tanto en pista como en altitudes elevadas. En este contexto, el sistema de electrodo de membrana desarrollado por BASF abre nuevos horizontes a los constructores: contiene la primera membrana para pilas de combustible comercializada en el mundo que permite temperaturas de operación de hasta 180ºC. Este innovador sistema se comercializa bajo la marca Celtec®.

Las pilas de combustible que incorporan la Celtec pueden enfriarse con aire y no requieren humidificación, lo que elimina la necesidad de humidificadores, bombas de agua, tanques, válvulas y sistemas de limpieza.

A primera vista, la membrana Celtec® parece una película plástica más; nada hace suponer la enorme eficiencia de estos rectángulos súper delgados del tamaño de la mano. Pero los investigadores de BASF han conseguido desarrollar una membrana basada en el polibenzimidazol, un polímero estable frente a la temperatura. Este plástico, que también se utiliza en los trajes de los bomberos, hace posible que la membrana desarrollada por BFC tenga una extraordinaria resistencia al calor.

Por otra parte, una elevada temperatura de operación previene que las impurezas que pueda tener el hidrógeno se depositen en el ánodo, que está recubierto de platino. En la MEA este platino actúa como un catalizador que inicia la reacción electroquímica, y las impurezas bloquearían esta actividad catalítica. Como las pilas de combustible de alta temperatura toleran mayores niveles de impurezas en el hidrógeno que los sistemas de baja temperatura, la purificación del hidrógeno se simplifica y ello redunda en un sistema de pila de combustible incluso más robusto, sencillo y de fabricación más barata. Según Henschel, “gracias a Celtec®, las pilas de combustible pueden fabricarse ahora con un 30% menos de componentes, lo que reduce los costes en un 40%. El desarrollo de la membrana de alta temperatura ha conseguido que finalmente, las pilas de combustible sean interesantes también desde el punto de vista comercial”.

Después, el Airbus A320

Para que el sistema de pila de combustible pueda producir energía suficiente para aplicaciones prácticas, como por ejemplo suministrar energía al motor del Antares, lo que en realidad se utiliza es una serie de pilas de combustible agrupadas –una única pila de combustible sólo puede proporcionar un voltaje de 600 o 700 milivoltios. En el caso del Antares, la danesa Serenergy ha desarrollado un sistema particularmente ligero, refrigerado por aire, que consiste en varios centenares de pilas con electrodos de membrana (MEAs) Celtec®. Cada uno de los MEA está contenido en una matriz de placas de grafito eléctricamente conductoras, placas que conectan las celdas individuales, transmiten la electricidad y suministran oxígeno e hidrógeno a los electrodos MEA a través de conductos especiales. Esta es la combinación de dispositivos que permite al Antares elevarse al cielo.

Después de estos vuelos de prueba con el Antares tenemos intención de instalar las pilas de combustible en nuestro Airbus A320; el sistema se optimizará para utilización en aviones de mayor tamaño y en el futuro, esto redundará en un suministro más eficiente de la electricidad de a bordo” explica el Dr. Josef Callo de DLR Stuttgart. “Instalado en este tipo de aviones, la pila de combustible puede cerrar el ciclo: la electricidad que generan puede usarse como suministro de energía, y el calor y vapor de agua que liberan pueden utilizarse como ‘anticongelante’ para las alas, así como suministro de agua para los lavabos.” Está previsto que las pruebas con el Antares finalicen en 2010, y las pilas de combustible se utilizarán por primera vez en el A320 ATRA de DLR.

Existe ya una sustancial demanda de productos Celtrec® por lo que, además de las instalaciones de producción de BASF Fuel Cell en Frankfurt (Alemania), se está construyendo una nueva planta en Somerset (Nueva Jersey, EEUU) que está previsto entre en operación este verano. BASF ha constituido una base de clientes permanente y participa en proyectos de investigación patrocinados por la Comisión Europea y el Gobierno Federal Alemán. Alrededor de 150 empresas trabajan ya con la Celtec® y el número va en aumento, porque las pilas de combustible están a punto de pasar del laboratorio al mercado.

Pronto podrán utilizarse las pilas de combustible de alta temperatura en aplicaciones como el camping, para suministrar electricidad y calor en hogares, o en automóviles –aunque para esto último falta más. El sector de electrónica también está estudiando las pilas de combustible, que permitirían teléfonos móviles, equipamientos de radio y ordenadores portátiles con un ciclo de vida cinco veces más largo.

Más información:

Christian Böhme
Tel. +49 621 60-20130
www.basf-fuelcell.com/en.html
www.dlr.de/en/
www.fuelcells.org/
www.basf.de/science_around_us

Rosa-Maria Martin-Kirner
rosa-maria.martin-kirner@basf.com
Tel. +34 977 25-6876