Juan Carlos Ruiz Morales y David Marrero López, jóvenes investigadores del departamento de Química Inorgánica de la Universidad de La Laguna, acaban de publicar en la revista Nature el hallazgo de un nuevo material con grandes aplicaciones en el campo de las energías renovables, en concreto en las llamadas pilas de combustibles de óxidos sólidos. En el desarrollo del trabajo también han participado Jesús Canales-Vázquez, Cristian Savaniu y Wuzong Zhou, dirigidos por el profesor John T. S. Irvine. Es la primera vez que científicos españoles publican en Nature sobre esta materia.
Las pilas de combustible convierten energía química en eléctrica en un sólo paso, mientras que, en un proceso térmico convencional, la energía química del combustible se transforma primero en energía térmica después en energía mecánica y finalmente en eléctrica. El estudio, desarrollado conjuntamente con la prestigiosa Universidad de St. Andrews (Escocia), presenta el descubrimiento de un material que producirá pilas de combustible con mayor rendimiento que las actuales.
El hidrógeno es el combustible utilizado normalmente en las pilas, pero el nuevo material no solamente funciona con dicho gas, sino que además permite utilizar, directamente, gas natural o biogás producido de residuos. Esto implica que será posible diseñar pilas para reducir drásticamente las emisiones de CO2 a través de la utilización de combustibles renovables como el biogás.
Los científicos creen que las pilas de combustible son la solución a medio y largo plazo a los problemas energéticos, ya que pueden suministrar energía casi a cualquier tipo de dispositivo o vehículo, como por ejemplo ordenadores portátiles, teléfonos móviles, coches, barcos, naves espaciales, o edificios individuales como centros de emergencia u hospitales.
El funcionamiento de las pilas de combustible es relativamente sencillo: consta de dos electrodos, un ánodo y un cátodo separados por un electrolito. El combustible se suministra al ánodo, donde ocurre la reacción de oxidación, y libera electrones al circuito externo. El oxidante se suministra al cátodo, donde llegan los electrones del circuito externo, y ocurre la reacción de reducción. El flujo de electrones, desde el ánodo al cátodo, produce corriente eléctrica aprovechable.
El hidrógeno que sirve usualmente como combustible puede obtenerse con relativa facilidad a partir de hidrocarburos, alcoholes e incluso del agua. En el caso de emplear hidrógeno como combustible, el único residuo generado es agua. En cuanto al oxidante, el oxígeno es el más utilizado debido a que se encuentra en el aire y, por tanto, su obtención es sencilla.
En las condiciones típicas de funcionamiento de una pila de combustible, es decir operando a 900oC, empleando hidrógeno y oxígeno como combustible y oxidante, respectivamente, se produce alrededor de un voltio. En cambio, con el nuevo material los voltajes obtenidos superan hasta en un 40% a los que se obtienen actualmente y con unos rendimientos equivalentes a los mejores materiales usados como referencia en este campo.
La mejora ha sido obtenida a través de un cuidado control de la estructura de los materiales a escala nanométrica, que ha permitido mejorar la conductividad eléctrica de dichos materiales hasta en un factor de 100.000. El trabajo se recoge en el número de Nature del 2 de febrero de 2006, titulado Disruption of extended defects in solid oxide fuel cell anodes for methane oxidation, visible en la web www.nature.com/nature/journal/v439/n7076/index.html. No sólo es un estudio pionero en España, sino que sobre el asunto de los hidrocarburos relacionados con las pilas de combustible sólo existen cinco trabajos publicados en Nature en todo el mundo.
A pesar de ser reciente su publicación, los resultados del estudio ya aparecen referenciados en varias páginas web, entre ellas, en la Universidad de St Andrews como noticia de portada titulada Nanoscale Engineering to Power a Greener Future.
Actualmente Juan Carlos Ruiz Morales desarrolla su labor investigadora en el departamento de Química Inorgánica de la ULL como becario Ramón y Cajal, mientras que David Marrero López se encuentra en el mismo departamento a punto de leer su tesis doctoral.
