Monografía - Nanotecnología
Instituto Superior Tecnológico Publico “José Pardo”
INVESTIGACION CIENTIFICA
NANOTECNOLOGIA
Alumno :
Salas Alvarado frank alexander
Profesor :
Abdel Rojas
Especialidad :
Electricidad
Ciclo :
II
Año :
2006
INTRODUCCION
El tema que acontinuacion veremos es acerca de la nonotecnologia , veremos algunos conceptos de la nanotecnologia y luego daremos una visión general sobre las pilas de combustible y presentar algunas definiciones El principio de las pilas de combustible fue descubierto en el año 1839 por el juez galés y científico Sir William Grove y desarrollado en el año 1894 por el químico alemán Wilhelm Ostwald (1853-1932). Sin embargo, ha sido en las últimas décadas cuando las pilas de combustible han vuelto a ser un tema de interés. Transformación De EnergíaCuando un combustible se quema en atmósfera de aire, la fuerza que impulsa esta reacción química es la afinidad, es decir, la tendencia que presenta el combustible a reaccionar con el oxígeno. En una combustión normal, la energía resultante de la oxidación del combustible se libera en forma de calor.COMBUSTIBLE + OXÍGENO Þ PRODUCTOS DE OXIDACIÓN + CALOREste proceso se emplea también para la "generación de energía" en las centrales térmicas en las que, a través de la producción de vapor, se obtiene energía mecánica que luego se transforma en energía eléctrica . Sin embargo, es también posible conseguir que esta reacción siga un camino directo de forma que, como consecuencia de la transformación de la energía, se libere inmediatamente energía eléctrica. El dispositivo que permite llevar a cabo este proceso se denomina "pila de combustible".Por pila de combustible se entiende un dispositivo electroquímico que permite transformar directamente la energía química resultante de una reacción de oxidación de un combustible en energía eléctrica sin tener que convertirla primero en energía térmica. En las pilas de combustible, los reactivos (combustible y agente oxidante) se conducen a los electrodos de forma continua.En un proceso térmico la energía química se transforma en energía eléctrica después de convertirse sucesivamente en energía térmica y mecánica
ENERGIA QUIMICA
Þ
ENERGIA TERMICA
Þ
ENERGIA MECANICA
Þ
ENERGIA ELECTRICA
En una pila de combustible se produce un proceso electroquímico directo
ENERGIA QUÍMICA
COMBUSTIBLE + AGENTE OXIDANTE
ENERGIA ELECTRICA
El prefijo "nano" hace referencia a un tamaño del orden de una millonésima de metro, casi cien mil veces inferior al grosor de un cabello humano. Así, la nanociencia o nanotecnología no es otra cosa que el conjunto de saberes y técnicas dirigidas a estudiar, controlar y desarrollar estructuras en la escala del nanómetro, es decir, en el mundo de los átomos y las moléculas. La lista de potenciales aplicaciones incluye desde diminutos robots que destruyen las células cancerígenas hasta coches que no se rallan, tejidos resistentes a las manchas, ordenadores del tamaño de una mota de polvo, embalajes que cambian de color cuando el producto caduca o pinturas que actúan como potentes células solares suministrando energía de forma inagotable. Aunque pueda sonar a ficción, lo cierto es que esta ciencia de la miniaturización extrema está calando en todos los sectores del desarrollo científico, económico e industrial con tal fuerza que no falta quienes hablan de una nueva "Edad del Nano". Como ya apuntó Horst Störmer, Premio Nobel de Física de 1998, "la nanotecnología nos otorga las herramientas para experimentar con la más vasta caja de juguetes: los átomos y las moléculas; a partir de ahí, la posibilidad de crear cosas nuevas parece ilimitada". Otra defiición que tendremos sería….
La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican al un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman (Breve cronología - historia de la nanotecnología 2004).
La mejor definición de Nanotecnología que hemos encontrado es esta: La nanotecnologia es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala.
Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas
Nos interesa, más que su concepto, lo que representa potencialmente dentro del conjunto de investigaciones y aplicaciones actuales cuyo propósito es crear nuevas estructuras y productos que tendrían un gran impacto en la industria, la medicina (nanomedicina), etc..
Pilas de combustible
Las pilas de combustible se utilizarán en una amplia variedad de productos: desde dispositivos portátiles tales como teléfonos móviles y laptops, que utilizarán pilas de tamaño muy pequeño, pasando por aplicaciones móviles como coches, vehículos de transporte, autobuses y buques, hasta los generadores de calor y energía en aplicaciones estacionarias en los sectores doméstico e industrial. Los futuros sistemas energéticos incluirán asimismo conversores de energía convencional mejorados basados en el hidrógeno (p. ej., motores de combustión interna, motores de Stirling o turbinas), asi como otros vectores energéticos (p. ej., calor y electricidad producidos directamente a partir de energía renovable y biocarburantes para el transporte).
NanoDynamics en Buffalo, N.Y., está desarrollando pilas de combustible que emplean nanotecnología para ayudar a suministrar energía para un tiempo más prolongado y menor peso y tamaño que las baterias o pilas convencionales de combustible.Una 50-watios prototipo de pila de combustible del tamaño aproximado de una rebanada de pan, está compuesta de un 20% de nanomateriales y puede generar 3.000 watios-hora de electricidad a partir de 5 libras de propano. Las pilas convencionales apenas generaban una tercera parte de watios/hora. Otra definición que tenemos de las pilas de combustible de combustible de hidrogeno seria :
Son sistemas electroquímicos en los que la energía de una reacción química se convierte directamente en electricidad. A diferencia de la pila eléctrica o batería, una pila de combustible no se acaba ni necesita ser recargada; funciona mientras el combustible y el oxidante le sean suministrados desde fuera de la pila. Una pila de combustible consiste en un ánodo en el que se inyecta el combustible —comúnmente hidrógeno, amoníaco o hidrazina— y un cátodo en el que se introduce un oxidante —normalmente aire u oxígeno. Los dos electrodos de una pila de combustible están separados por un electrólito iónico conductor.
Su principio de funcionamiento es inverso al de una electrólisis. Por ejemplo, en la electrólisis del agua, se separa este compuesto en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno, mientras que en una pila de combustible se obtendría una corriente eléctrica por medio de la reacción entre estos dos gases:
El sistema opera con dos tipos de gases, combustible y oxidante, que pasan a través de las superficies del ánodo y cátodo opuestas al electrolito, respectivamente, y generan energía eléctrica por oxidación electroquímica del combustible, generalmente hidrógeno, y la reducción electroquímica del oxidante, normalmente oxígeno.Se transforma entonces la energía química, almacenada en el enlace H-H de la molécula H2, en energía eléctrica y vapor de agua.Este concepto nuevo ofrece ventajas sustanciales sobre la tecnología clásica de combustión, no solamente por el aumento de la eficiencia hasta niveles de 30-40% sino también porque la única emisión producida es vapor de agua. De forma global, los automóviles que utilizan H2 como combustible son 22% más eficientes que los movidos por gasolina.
Las pilas de combustible están constituidas por un conjunto de celdas apiladas, cada una de las cuales posee un ánodo o electrodo negativo y un cátodo o electrodo positivo, separados por un electrolito que facilita la transferencia iónica entre los electrodos. Cada una de las sustancias que participan en la reacción es alimentada a un electrodo distinto. Así, el combustible, generalmente rico en hidrógeno, es alimentado de forma continua al ánodo, y el oxidante, normalmente el oxígeno del aire, al cátodo. Allí los reactivos se transforman electroquímicamente, de acuerdo con las semirreacciones:
Se genera de esta forma una corriente eléctrica entre ambos electrodos que, a diferencia de lo que ocurre en una pila o batería convencional, no se agota con el tiempo de funcionamiento, sino que se prolonga mientras continúe el suministro de los reactivos.
El rendimiento de la reacción viene determinado por la ecuación de Nernst:
Donde Eo (1.229 V) es el potencial estándar, R la constante de los gases (8.31 J/Kmol), T la temperatura absoluta (K) y F la constante de Faraday (96.480 J/Vmol).
El rendimiento real de la pila puede calcularse considerando las siguientes pérdidas:
- polarización por concentración- polarización por activación- polarización óhmica
Dependiendo del tipo de pilas de combustible, se obtienen eficacias entre un 35 % hasta un 60 %. El problema actual reside en la duración de las pilas y en los costes. Aunque las pilas de combustible se conocen hace más de 150 años, sólo en las últimas dos décadas han sido reconocidas como una de las tecnologías más prometedoras de producción de energía. El Programa del Departamento de Energía de los Estados Unidos junto con instituciones de otros países, llevan inviertiendo desde hace tiempo en estas tecnología. No obstante, aun se está investigando en la resolución de aspectos técnicos que afectan a la corrosión y fiabilidad de algunos de los componentes.
Los sistemas de pilas de combustible se caracterizan por sus reducidas emisiones. Si solo se utiliza hidrógeno (derivado de fuentes renovables) como combustible en las celdas, se obtendrá vapor de agua y electricidad . La utilización de hidrocarburos para la producción de hidrógeno eliminaría prácticamente las emisiones de óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono. Considerando que sus eficacias son potencialmente superiores a las de los motores de combustión interna, las emisiones de dióxido de carbono se verían además reducidas.
Las pilas de combustible pueden ofrecer la respuesta a diversos requerimientos energéticos. La eficacia de estos dispositivos no depende del tamaño como sucede en otros sistemas energéticos. Este hecho permite su aplicación en sistemas de energía miniaturizados y portátiles. Su eficacia es potencialmente superior a cualquier otro sistema, haciendolas particularmente atractivas para aplicaciones estáticas de alta o baja energía. Además, las celdas de combustible suponen actualmente una esperanza real dentro del mercado del transporte
Pila o Célula de combustible (Fuel Cell)
se trata de un dispositivo electróquímico que transforma de forma continua la energía química de un combustible (hidrógeno) y oxidante (oxígeno) directamente en energía eléctrica y calor, sin combustión. El proceso eléctrico hace que los átomos de hidrógeno cedan sus electrones. Es parecido a una batería en el sentido de que tiene electrodos, un electrolito y terminales positivos y negativos. Sin embargo no almacena energía en la forma en la que lo hace una pila. Como no existe combustión, las pilas de combustible emiten pocas emisiones; como no tiene componentes móviles, las células de combustible son silenciosas.
En síntesis, las células (pilas) de combustible producen energía eléctrica mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno que convierten en agua. De ahí su gran atractivo, pues las células de combustible producen una energía limpia que no daña el medioambiente y silenciosa.
La nanotecnología aporta soluciones y métodos para hacer posible en la práctica las células de combustible (fuel cell). Por ejemplo: Hydrogen Solar ha desarrollado un material nanocristalino que mejora sustancialmente la producción de hidrógeno utilizando energía para descomponer el agua más eficientemente en sus elementos.
En otra versión más divulgativa, hoy se entienden que unas pilas de combustible son pilas eléctricas utilizadas para generar energía eléctrica a partir de la reacción de un número de sustancias químicas, sin necesidad de combustión y sin producir ruido o contaminación.
A diferencia de las tradicionales baterías de litio-ion, éstas pueden producirse en una variedad de formas y son "rellenables", no recargables como las existentes. Además duran días.
Las primeras pilas de combustible serán más grandes, de manera que por ejemplo los móviles que utilicen esta tecnología tendrán un mercado muy lejano al de diseño y moda que predomina hoy .
En una versión más a largo plazo, se podrían utilizar las células / pilas de combustible en aplicaciones estacionales como la generación de electricidad o la calefacción de edificios. También podrían utilizarse para dar energía a coches, autobuses y trenes. Las células de combustibles serían por lo menos dos veces tan eficientes como los motores de gasolina.
Algunos expertos aseguran que las células de combustible se introducirán en los ordenadores portátiles y en los teléfonos móviles antes de que concluya 2005.
Aplicaciones :
Las aplicaciones de las pilas de combustible pueden abarcar una amplia variedad de productos: desde dispositivos portátiles (teléfonos móviles, ordenadores, pequeños electrodomésticos), donde las pilas empleadas son de pequeño tamaño, pasando por aplicaciones móviles como vehículos de todo tipo (coches, autobuses y barcos), hasta generadores de calor y energía en aplicaciones estacionarias para empresas, hospitales, zonas residenciales, etc.
Se ha previsto que los futuros sistemas energéticos dispondrán de conversores mejorados de energía convencional basados en el hidrógeno (motores de combustión interna, motores de Stirling o turbinas), así como otros vectores energéticos (calor y electricidad producidos directamente a partir de energía renovable y biocarburantes para el transporte).
A continuación se presentan los principales usos que pueden tener las pilas de combustible
Industria militar
Se espera que las aplicaciones militares supongan un mercado muy significativo para la tecnología de pilas de combustible. La eficacia, versatilidad, prolongado tiempo de funcionamiento y su operatividad sin ruidos, hacen de las celdas de combustible un sistema a la medida para las necesidades de los servicios militares. Las pilas de combustible podrían aportar una solución de generación energética válida para el equipamiento militar portátil terrestre o marítimo.
Las pilas de combustible en miniatura podrían ofrecer grandes ventajas sobre las pilas sólidas convencionales voluminosas y además se eliminaría el problema de su recarga.
Siguiendo la misma tónica, la eficacia de las pilas de combustible para el transporte vería reducida drásticamente la necesidad de combustible necesario durante las maniobras. Los vehículos serían capaces de recorrer grandes distancias o trabajar en áreas remotas durante más tiempo y la cantidad de vehículos de apoyo, personal y equipamiento necesario en la zona de combate podrían reducirse. Desde 1980 la marina estadounidense ha empleado celdas de combustible en embarcaciones para el estudio de profundidades marinas y en submarinos no tripulados.
Dispositivos portátiles
El desarrollo continuo de las pilas de combustibles ha contribuido al desarrollo de numerosos dispositivos electrónicos móviles. La miniaturización de las pilas de combustible ofrece serias ventajas respecto a las baterías convencionales, tales como el incremento del tiempo de operación, la reducción del peso y la facilidad de recarga.
Para este tipo de aplicaciones como ordenadores portátiles, teléfonos móviles y videocámaras, será necesario considerar los siguientes parámetros que deben darse en las pilas:
• Baja la temperatura de operación,
• Disponibilidad de combustible
• Activación rápida.
En este punto, la investigación se centra en dos tipos de pilas: las pilas de membrana polimérica (PEM) y las pilas de combustible de metanol directo (DMFC).
El uso de metanol en las DMFCs ofrece una gran ventaja sobre las baterías sólidas en cuanto a la recarga con el combustible en lugar de la utilización de una carga eléctrica externa durante largos periodos de tiempo.
Las desventajas actuales son relativas al coste del catalizador de platino necesario para convertir el metanol en dióxido de carbono y energía eléctrica a bajas temperaturas y baja densidad energética. Si se logran superar dichos inconvenientes, entonces no habrá dificultad para que se promuevan este tipo de pilas. Se han efectuado ensayos de DMFC en Estados Unidos para el suministro energético a teléfonos móviles, mientras que los ensayos en ordenadores portátiles se han desarrollado en Alemania.
Abastecimiento energético en viviendas
Las dificultades técnicas a la hora de diseñar las pilas de combustibles se simplifican en las aplicaciones estáticas. La mayoría de las pilas de combustibles comercializadas, si no todas, son inmóviles y trabajan a gran escala (generando más de 50 kW de energía eléctrica). Hay, sin embargo, un potencial significativo para unidades menores para aplicaciones en viviendas(menores que 50 kW).
Todo el calor y los requerimientos energéticos de residencias privadas o pequeños negocios podrían servirse de pilas de membrana polimérica (PEM) ó de ácido fosfórico (PAFC). Actualmente, estas unidades no se encuentran fácilmente disponibles. Sólo existen algunos casos en los Estados Unidos, Japón y Alemania de pilas de membrana polimérica (PEM). Este tipo de pilas ofrecen una mayor densidad energética respecto a las PAFC, pero éstas pueden ser más eficientes y su fabricación actualmente es más económica. Las unidades podrían abastecer a casas independientes o grupos de viviendas y podrían diseñarse para satisfacer todas las necesidades energéticas de los habitantes.
Para permitir un arranque inicial de esta tecnología, se pueden emplear redes de distribución de gas natural que será la fuente para obtener el combustible de hidrógeno. Sin embargo, los fabricantes pronostican fuentes alternativas de combustible para poder así reducir aún más las emisiones y encontrar nuevos huecos en el mercado. La última incorporación dentro del mercado estacionario de pilas de combustible es la General Motors, que desarrolló una unidad en agosto de 2001.
Misiones espaciales
La necesidad del gobierno estadounidense de identificar una energía de confianza y segura que sirviera como fuente de abastecimiento para misiones espaciales tripuladas a finales de los 50 y principios de los 60, proporcionó el ímpetu y la ayuda para el avance considerable de la industria de pilas de combustible.
La combinación de su peso ligero, el aporte de electricidad y calor sin ruidos significativos y vibraciones y con la ventaja añadida de la producción de agua potable, otorgaron a las pilas de combustibles ventajas considerables con respecto a otras fuentes de energía alternativas.
Generación de energía a gran escala
Actualmente, el mercado más desarrollado de las pilas de combustible está presente en fuentes estacionarias de electricidad y calor. La eficacia y el volumen reducido de emisiones respecto a los dispositivos que emplean combustibles fósiles tradicionales, hacen de la tecnología de las pilas de combustible una atractiva opción para los usuarios. Operando a temperaturas por debajo de los 80 °C, las pilas de combustible pueden ser instaladas en cualquier vivienda privada además de poder satisfacer las necesidades energéticas de los procesos industriales.
Hasta ahora, los fabricantes de células de combustible se han centrado en aplicaciones no residenciales. International Fuel Cells, el único suministrador a nivel comercial de pilas de combustible, ha instalado más 200 pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC) en diversos lugares, incluyendo escuelas, bloques de oficinas e instalaciones bancarias. En el futuro, las pilas de combustible que operan a altas temperaturas, como de carbonato fundido (MCFC) y de óxido sólido (SOFC), podrían adaptarse a aplicaciones industriales y generar energía a gran escala (megawatios). Operando a temperaturas entre 600-1100 °C estas pilas de combustible "de altas temperaturas" pueden tolerar una fuente de hidrógeno contaminada, por ello pueden emplear gas natural no reformado, gasoil o gasolina. Además, el calor generado puede ser usado para producir electricidad adicional mediante turbinas de vapor.
En el Transporte
La legislación ambiental, cada vez más, fuerza a los fabricantes de automóviles a sustituir aquellos vehículos que produzcan gran cantidad de emisiones contaminantes. La tecnología de pilas de combustible ofrece una oportunidad tangible para alcanzar este requerimiento. Investigaciones llevadas a cabo en el Pembina Institute for Appropriate Design de Alberta (Canadá), han mostrado que la cantidad de dióxido de carbono procedente de un coche pequeño puede reducirse hasta en un 72 % cuando se emplea una pila de combustible de hidrógeno obtenido a partir de gas natural en lugar de un motor de combustión interna de gasolina. Sin embargo, si las pilas de combustible reemplazan a los motores de combustión interna, la tecnología deberá no sólo satisfacer la estricta legislación sobre emisiones, también aportarán soluciones para el transporte. Las pilas de combustible que utilicen los vehículos serán capaces de alcanzar las temperaturas operativas con rapidez, proveer una economía competitiva de combustible y ofrecer unas prestaciones aceptables.
Las pilas de membrana polimérica (PEM) son las más adecuadas para cumplir estos requerimientos. Con una baja temperatura de funcionamiento, alrededor de 80 °C, las PEM pueden alcanzar rápidamente la temperatura operativa. Estas pilas pueden ofrecer una eficacia superior al 60 % comparada con el 25 % que se consigue con los motores de combustión interna. Investigaciones efectuadas en el Pembina Institute indican que los vehículos que emplean metanol como combustible pueden alcanzar eficiencias de 1.76 veces las de vehículos impulsados por un motor de combustión de gasolina. Las pilas de combustible PEM tienen además la mayor densidad energética de entre todas las actuales pilas de combustible, un factor crucial a la hora de considerar el diseño de vehículos. Además, el electrolito polimérico sólido ayuda para minimizar la corrosión y evitar problemas de gestión. Un posible inconveniente es la calidad del combustible. Para evitar el envenenamiento catalítico a esta baja temperatura de funcionamiento, las pilas PEM necesitan hidrógeno no contaminado como combustible.
La mayoría de los fabricantes de automóviles ven las pilas PEM como sucesoras de los motores de combustión interna. General Motors, Ford, DaimlerChrysler, Toyota, Honda entre otros, disponen de prototipos con esta tecnología. Los ensayos en carretera han sido positivos empleando distintos vehículos y lugares. Se han realizado con éxito ensayos en autobuses impulsados con pilas PEM en Vancouver y Chicago. Se están llevando a cabo experiencias similares en distintas ciudades de Alemania junto con otras diez ciudades europeas incluida Madrid.
Actualmente, el problema principal para impulsar esta tecnología en el sector del transporte reside en el elevado coste de fabricación, la calidad del combustible y el tamaño de la unidad. Las investigación realizada en este ámbito, parece que ha optado por emplear metanol como fuente de combustible y utilizar el oxígeno del aire. Este hecho podría eliminar el proceso de reformado del combustible.
Se estima que en unos 30 años, los parques automovilísticos de los países desarrollados (actualmente con más de 750 millones de unidades incluyendo turismos, autobuses y camiones) contarán con mas vehículos con motor eléctrico alimentado por pila de combustible que con motor de combustión interna.
Fuentes y más información:
• Uses & Applications. Fuel Cell Today
• La energía del hidrógeno y las pilas de combustible. Comisión Europea
• Asociación Española de Pilas de Combustible (APPICE)
• Pilas de combustible. Aplicaciones. AJUSA
• Terminología. Asociación Española de Pilas de Combustible (APPICE)
Constitución y funcionamiento de las pilas de combustible, erhard weidlich, siemens atiengesellschaft, berlín y munich & marcombo s.a.
Tipos de pilas de combustible
Es dificil hoy en día determinar cual es la mejor pila de combustible. El estudio realizado por Arthur D. Little Inc. Expresa que no existe una pila de combustible que eclipse a las otras. Este resultado es esencialmente debido a que el mercado para las celdas de combustible es muy variado, yendo de estaciones generadoras de gran tamaño hasta automóviles. Cada segmento de este mercado puede ser satisfecho con una variada mezclas de tecnologias. No obstante se intenta dar un panorama de los tipos mas comunes.
Pila De Acido Fosfórico (Pafc)Este es el tipo de pila mas desarrollado a nivel comercial. Estas pilas de ácido fosfórico (H3PO4), generan electricidad a mas del 40% de eficiencia y cerca del 85 % si el vapor producido es empleado en cogeneración, comparado con el 30% de la mas eficiente máquina de combustión interna este es un rendimiento mas que óptimo.Las temperaturas de operación se encuentran entre los 180 a 210 °C. Su uso es muy apropiado para generación estacionaria o móvil de gran dimensión como camiones, embarcaciones o trenes. Existen en producción comercial unidades de alrededor de 200 kW. Cuenta con la desventajas de requerir metales nobles en el catalizador. Utiliza H2 como combustible y tolera el CO2.Pila De Polimero Solido O Membrana De Intercambio Protónico (Pem)Estas celdas operan a relativamente bajas temperaturas, alrededor de los 95 °C, tienen una densidad de potencia alta, pueden variar su potencia de salida rápidamente para satisfacer cambios en la demanda de potencia y son adecuadas para aplicaciones donde se requiere una demanda inicial rápida, tal como el caso de los automóviles. De acuerdo con el Departamento de Energía de EE.UU., son las principales candidatas para vehículos ligeros, edificios y potencialmente para otras aplicaciones mucho mas pequeñas como las baterías recargables de las videocámaras.
Pila de carbonato fundido (mcfcs).Las pilas de combustible de carbonato fundido (Li2CO3 – K2CO3 – Na2CO3) prometen altas eficiencias combustible-electricidad y la habilidad para consumir combustibles base carbono (CO Y H2). Esta celda opera a temperaturas del orden de los 600 a 700°C, lo que hace que sea aprovechado altamente el calor. Estas pilas pueden operar desde el 25% al 125% de la capacidad nominal de la planta. Según los datos del plan preliminares (EPRI, 1992), una planta de 2MW de potencia de carbonato fundido tendrá una superficie de 511 m² (5,500 ft²) y puede instalarse al aire libre o interior. Las pilas de combustible de carbonato fundido necesitan más de 16 horas para alcanzar el rendimiento óptimo desde su estando en frío. Si se mantuvo en estado de espera, tomará aproximadamente un minuto alcanzar el pleno rendimiento. Otra de las ventajas es que no requiere metales nobles y utiliza el CO como combustible.
Los beneficios del hidrógeno y de las pilas de combustible son numerosos, pero no se apreciarán plenamente mientras no se utilicen de forma generalizada. En los sistemas de pilas de combustible basados en el hidrógeno, las emisiones de carbono son nulas o muy bajas, y nulas las emisiones de sustancias nocivas para el aire ambiente tales como el dióxido de nitrógeno, el dióxido de azufre o el monóxido de carbono. Dado su bajo nivel de ruido y su elevada calidad de energía los sistemas de pilas de combustible son ideales para su uso en hospitales, centros de TI y aplicaciones móviles. Ofrecen rendimientos elevados que son independientes del tamaño. Los grupos motopropulsores de pilas de combustible pueden aportar una reducción significativa del consumo de energía y de las emisiones reguladas. Las pilas de combustible pueden utilizarse también como unidades auxiliares de potencia (APU) en combinación con motores de combustión nterna, o en sistemas de reserva estacionarios, cuando funcionan con reformadores para conversión a bordo de otros combustibles, ahorrando energía y reduciendoá la contaminación atmosférica, especialmente en el congestionado tráfico urbano.
Dato extra
La pila de combustible Grubb-Niedrach producida por General Electric fue la primera usada por la NASA para suministrar energía al proyecto espacial Gemini. Este fue el primer uso comercial de las celdas de combustible.
La compañía aeroespacial Pratt & Whitney ganó el contrato para el suministro de pilas de combustible al programa Apolo desde principios de los 60. Las celdas de combustible de Pratt & Whitney se basaban en las modificaciones de las patentes de Bacon del modelo de pilas alcalinas. Estas pilas de combustible que operan a baja temperatura son las más eficientes. Con tres unidades capaces de producir 1.5 kW, o 2.2 kW durante cortos periodos de tiempo, operando en paralelo. Pesando alrededor de 114 kg por unidad y alimentadas por hidrógeno criogenizado y oxígeno, lograron soportar 10.000 horas de funcionamiento durante 18 misiones espaciales sin que hubiera ningún incidente a bordo.
International Fuel Cells (IFC), una compañía hermana de Pratt & Whitney, ha seguido con el suministro de pilas de combustible alcalinas a la NASA para su empleo en transbordadores espaciales desde el comienzo del programa en los 80. Todos los requerimientos eléctricos han sido paliados mediante tres pilas de combustible de 12 kW. No existen baterías de seguridad. El desarrollo técnico que ha continuado el IFC ha hecho que las pilas de combustible que usan los transbordadores espaciales puedan actualmente abastecer unas diez veces la energía que proporcionaban unidades similares usadas en la nave Apolo. Utilizando como combustible hidrógeno criogenizado y oxígeno, las celdas son 70 % más eficientes y pueden completar 80.000 horas de funcionamiento en más de 100 misiones.
Nanotecnología y riesgos
Los científicos advierten del riesgo que corren los trabajadores en contacto con las nanotecnologíasSegún un artículo publicado el 12 de noviembre de 2006 en Nanotecnology.com, un nuevo estudio científico señala que los trabajadores que se encargan de la fabricación de alimentos y otros géneros basados en nanotecnología podrían estar expuestos a un riesgo para su salud. El artículo, publicado por la British Occupational Hygiene Society, es una advertencia a los fabricantes del sector alimentario, que se podrían exponer a una posible responsabilidad si las pruebas científicas posteriormente demuestran que han expuesto a sus empleados a un riesgo para su salud. "La presencia de nanomateriales modificados por ingeniería en los lugares de trabajo hoy en día plantea una cuestión inmediata acerca de cómo se están gestionando la seguridad laboral y los riesgos para la salud", afirma Andrew Maynard, autor del artículo y asesor científico jefe del Project on Emerging Nanotechnologies. "De momento, contamos con una serie de indicadores que señalan que algunos nanomateriales modificados con ingeniería podrían suponer un nuevo e inusual riesgo para la
Conclusiones :
Concluyendo mi trabajo puedo decir que la capacidad del hombre es tan grande cuando se propone a aprender , es increíble como el hombre con ayuda de la tecnología crea otra mas moderna y sofisticada que quisas nosotros no lleguemos a gozar de ella pero nuestras proximas generaciones seran parte de esta .
La nanotecnologia es la nueva moda tecnologica y debe ser usada en todos los paises es por ello que el Peru deberia invertir en este tema como por ejemplo creando escuelas de investigación tecnologicas para no quedarnos atrás como un pais atrasado.
Bibliografía:
Enciclopedia encarta 2001,
Manual de fòrmulas técnicas, kurt Gieck, Alfaomega
http://www.whatsnextnetwork.com/technology/index.php/b?cat=66
http://www.fisicahoy.com/
http://www.euroresidentes.com/Blogs/nanotecnologia/archivos/2005_04_17_archive.html
http://www.redcientifica.com/
http://www.itenergia.com/noticias_63.shtml
http://www.el-planeta.com/futur/nano0700.htm
indice :
- introducción
- Pilas de combustible (concepto)
- Pila o Célula de combustible (Fuel Cell)
- Aplicaciones
- Abastecimiento energético en viviendas
- Generación de energía a gran escala
- En el transporte
- Tipos de pilas de combustible :
* Pila De Acido Fosfórico (Pafc)
* Pila De Polimero Solido O Membrana De Intercambio Protónico (Pem)
* Pila de carbonato fundido (mcfcs).
- Dato extra
- Nanotecnología y riesgos
Conclusiones
Bibliografia
