El Estudio permite mejorar dispositivos que generan electricidad a partir de etanol
Agencia FAPESP * –
La investigación realizada en el Centro para la Innovación en Nuevas Energías(CINE)y publicada en el International Journal of Hydrogen Energy contribuye a mejorar la estabilidad de las pilas de combustible de etanol. Estos dispositivos permiten un tipo de coche eléctrico que no tiene tanque de hidrógeno, no necesita una toma de corriente para cargar la batería y se puede suministrar en cualquier estación en Brasil.
CINE es un Centro de Investigación en Ingeniería (CPE) formado por FAPESP y Shell en la Universidad Estatal de Campinas (Unicamp), la Universidad de São Paulo (USP) y el Instituto de Energía e Investigación Nuclear (Ipen).
Brasil, el segundo productor mundial de etanol y el primero en el caso del etanol de caña de azúcar, ha podido aprovechar este combustible renovable, vendido en todas las gasolineras del país. La novedad es que, además de llenar los tanques de los coches que tienen motor de combustión interna, esta red de suministro puede servir para mover coches eléctricos.
Esto se debe a que el etanol se puede utilizar para generar hidrógeno y, a partir de él, producir electricidad. El proceso, carbono neutro, se lleva a cabo enteramente en un solo dispositivo: una pila de combustible de óxido sólido (SOFC), llamada así porque su electrolito se compone de un material sólido, generalmente un óxido.
En el coche eléctrico de etanol, cuyo primer prototipo fue lanzado por Nissan en 2016, no hay tanques de hidrógeno y no se toman baterías para recargarlos. En cambio, hay una pila de combustible de etanol.
Ahora, una encuesta liderada por Fábio Fonseca,cine, ha dado un paso importante hacia la mejora del rendimiento de estas pilas de combustible. «El trabajo profundiza una secuencia de estudios en la que tratamos de avanzar en el uso de etanol en pilas de combustible de óxido sólido», dice Fonseca, gerente del Centro de Combustible y Células de Hidrógeno del Instituto de Investigación Energética y Nuclear (Ipen).
El impacto que esta tecnología puede tener en el país es enorme», le dice a la Oficina de Comunicaciones del cine. «Podemos pensar en coches que prescinde de tanques de hidrógeno complejos y capaces de alimentar en cualquier estación, con carga tan rápido como llenar el tanque de etanol. Podemos ir más allá y llevar electricidad a las comunidades lejos de la red simplemente suministren etanol, un denso cargador de energía líquida, renovable y disponible», añade.
Los SOFC estudiados por Fonseca y colaboradores están formados por capas de diferentes materiales que cumplen funciones complementarias. Dos capas componen el ánodo. En catalizador, el etanol se transforma en hidrógeno y compuestos a base de carbono. En electroquímica, la energía química del hidrógeno se convierte en energía eléctrica a través de reacciones redox. El proceso, sin embargo, todavía tiene limitaciones, principalmente la formación de depósitos de carbono en la pila de combustible, lo que perjudica su rendimiento con el tiempo.
Pensando en resolver este problema, el grupo desarrolló variantes del material que conforma la capa catalizadora del ánodo, generalmente compuesto por un compuesto de níquel (Ni) y óxido de cerio (CeO2). Los investigadores introdujeron pequeñas proporciones de otros elementos (todos metales no preciosos) en óxido de cerio y evaluaron el rendimiento de cada nueva variante como catalizador para la conversión de etanol en SOFC. «Estudiamos sistemáticamente el uso de elementos dopantes para mejorar el rendimiento y minimizar la dependencia de los metales preciosos en la conversión interna y directa del etanol en electricidad», dice Fonseca. «La idea final es tener estabilidad y evitar la degradación del dispositivo», añade.
El estudio mostró que el óxido de cerio dopado con circonio o niobio previene los depósitos de carbono sin afectar la descomposición del etanol en hidrógeno y mantener estable el funcionamiento de SOFC durante al menos cien horas. En otras palabras, el material demostró ser eficiente para convertir el etanol en hidrógeno sin generar efectos no deseados en las pilas de combustible de óxido sólido.
A la investigación asistieron investigadores de la Ipen, la Universidad Federal de Fluminense (UFF), el Instituto Militar de Ingeniería (IME), el Instituto Nacional de Tecnología (INT) y la Universidad Grenoble Alpes (Francia).
El artículo El papel de la ceria dopant en ni / doped-ceria capa anódica cermets para pila de combustible de óxido sólido de etanol directo se puede leer en www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319920340040?via%3Dihub.
* Con información de la Oficina de Comunicación del cine.
