Hidrogenozko erregai pilak

 (Lehio Berrian)
 (Lehio Berrian)
 (Lehio Berrian)

Hidrogeno-pila eta mikrosarea: bi berrikuntza-proiektu.

- Eta zer erreko da ikatzaren ordez?
- Ura! –erantzun zuen Ciro Smithek.
Ura elektrizitatearekin deskonposatuko da, zalantzarik gabe, eta indar handia eta maneiagarria izango da orduan.
Bai, adiskideok, uste dut ura erregai gisa erabiliko dela noizbait, ura osatzen duten hidrogenoak eta oxigenoak, isolatuta eta batera erabilita, bero- eta argi-iturri agortezina sortuko dutela, harrikatzarena baino askoz intentsitate handiagokoa gainera. Etorkizuneko ikatza da ura.
Jules Verne (Uharte misteriotsua, 1875)

Hidrogenoa erregai gisa erabiltzeko aukerari buruzko artikulu baten hasieran, ia ezinbestekoa da idazle frantziarrak izan zuen etorkizuneko ikuspegi bikainaren eta garaiko teknologiaren ezagutza handiaren adibide hori aipatzea.

Ikus daitekeenez, hidrogenoa erregai gisa erabiltzeko ideia aspaldikoa da, baina, arrazoiak arrazoi, oraindik ez da garatzen hasi (harrigarria bada ere, hidrogeno-pilak funtsezkoak izan ziren ilargira iristeko Apolo programaren misioetan).

Hidrogeno-pilek hainbat abantaila dituzte beste teknologia batzuen aldean:

• Erregai garbia erabiltzen da, errekuntzaren produktu bakarra ura baita.
• Makina termikoa ez denez gero, ez ditu makina horiek Carnot-en zikloaren ondorioz izaten dituzten muga termodinamikoak. Kelvin gradutan adierazitako T2 eta T1 tenperaturen arteko Carnoten ziklo bati jarraituz diharduen motor termiko batean, lor daitekeen efizientziarik handiena honela kalkulatzen da:

ηteor =
Energia-instalazioetan dagoen gas beroaren bidez eragindako sorgailuen lurrun-turbinek % 51 inguruko gehieneko errendimendua lor dezakete (errendimendu erreala % 40 ingurura iristen da). Gaur egungo autoen motorrek % 20ko efizientzia dute, eta Carnoten muga % 37 da.
• Erregai fosilekiko (hots, petrolioarekiko eta gas naturalarekiko) energia-mendetasuna desagertzen da. Izan ere, hidrogenoa elementurik ugariena da, naturan libre ez badago ere (beste elementu batzuekin konbinatuta agertzen da).
• Energia bektorea da, hau da, leku batean sortu, garraiatu eta beste leku batean erabil daiteke. Energia leku batetik bestera garraiatzeko aukera ematen du.
• Ziklo itxia da: hidrogenoa uretik lor daiteke, eta, errekuntzaren ondorioz, geratzen den hondakin bakarra ura da berriz.

Dena dela, erregai fosilekin berdintasun-baldintzetan lehiatzea eragozten duten desabantaila batzuk ere baditu:

• Oso masa txikiko molekula denez gero, bolumen-unitateko energia oso txikia da. Konpresio handiak erabili behar dira. Bizitegi-erabileretan, 200 bareko presioak erabiltzen dira, era garraio-erabileretan, berriz, 350-700 barekoak. Biltegiratze-tangen hormak oso lodiak dira presio horiei eusteko.
• Hidrogenoa elektrolisi bidez produzitzeko prozesuak energia kantitate handia behar du.
• Erregai-piletan erabiltzen den katalizatzailea platinoa da, eta horrek oso neurri handian igotzen du prezioa.
• Piletan erabiltzen den hidrogenoak purutasun handikoa izan behar du (% >99,9999), katalizatzaile gisa diharduen platinoa kutsa ez dadin.

Nolakoa da erregai-pila bat?

Erregai-pilak hainbat motatakoak izan daitezke, baina elektrolito polimerikozko mintza duten pilak dira ohikoenak (PEM).
PEM motako piletan, oinarrizko gelaxkari MEA deitzen zaio, eta ingelesezko terminoaren akronimoa da (membrane electrode assembly). Funtsean, mintz elektrolitiko batez, bi elektrodoz (anodoa eta katodoa), katalizatzaileez eta gasen difusio-geruzez osatuta dago. Gelaxka horiek bi plaka bipolarren bidez ixten dira, eta bertatik sartzen dira gasak.

Anodoari hidrogenoa eta katodoari oxigenoa (airetik lortzen dena) gaineratzen zaionean hasten da pila funtzionatzen. Bi gas horiek elektrodoen plaka bipolarren kanaletatik sartzen dira, eta gainazal osoan banatzen dira gasen difusio-geruzetan zehar.
Gas erreaktiboek difusio-geruza zeharkatu ondoren, katalizatzailearekin egiten dute topo; PEM pilen kasuan, platinoan oinarritutako aleazio metalikoez osatuta dago katalizatzailea. Katalizatzailearen geruza hori gasen difusio-geruzaren eta elektrolitoaren artean kokatuta dago, eta anodoak protoietan eta elektroietan disoziatzen du hidrogeno-molekula.
H2 molekula disoziatu ondoren, protoiek ( ) mintz polimerikoa zeharkatzen dute katodora iritsi arte. Elektroiek, berriz, kanpoko zirkuitu elektriko bat zeharkatzen dute elikatu beharreko kargara iritsi arte.
Mintz polimerikoaren eta katodoaren artean kokatuta dagoen katalizatzaileak elektrolitotik datozen ioiak eta kanpoko zirkuituko elektroiak konbinatzen ditu, eta ura lortzen da emaitza gisa.

Honako erreakzio hauek gertatzen dira:

Anodoko erreakzioa: H2 → 2H+ + 2e-
Katodoko erreakzioa: ½ O2 + 2H+ + 2e-→ H2O
Pilaren erreakzio orokorra: H2 + ½ O2 → H2O
Hidrogenoaren teknologiei buruzko proiektuak gure zentroan. USURBIL GLHBIk hidrogenoaren teknologiei lotutako bi berrikuntza-proiektu garatu ditu.

Lehen proiektua (”Hidrogenoa: energia-bektorea”) Hezkuntza eta Zientzia Ministerioak berrikuntza aplikatuko eta jakintzaren transferentziako proiektuetarako egin duen deialdian kokatu behar da. Galiziako IES Universidade Laboral institutuarekin eta CIDETEC zentro teknologikoarekin lankidetzan egin da. Bi zentro horiek, CEGASArekin batera, PEM motako erregai-pilak ikertzen eta garatzen dituzte.
Proiektu horren barruan, kW 1eko erregai-pila komertzial bat (lan didaktiko baterako prestatua) eskuratu da, eta ikastaro erdipresentzial bat (on-line unitate didaktiko batzuetan eta hidrogeno-pilarekin in situ egin beharreko praktika batzuetan banatua) landu da.
Ikastaro hori Institutuak energia berriztagarrien inguruan duen on-line eskaintzaren barruan dago.
Bigarren proiektua (“Eguzki-energia fotovoltaikoaren eta hidrogeno-pilaren integrazioa mikrosare batean”) Gipuzkoako Foru Aldundiak finantzatutako proiektu bat da. CIDETECekin lankidetzan egin da, eta energia fotovoltaikoa eta hidrogeno-pila integratzean datza, mikrosare bat elektrizitatez hornitzeko. Horretarako, 7 kW-ko kaptadore fotovoltaikoen eremu bat eta 2 kW-ko hidrogeno-pilen stack bat erabiltzen dira. Multzoa osatzeko, sistemaren egonkortzaile gisa diharduen ion-litiozko bateria bat dago. Hainbat lan-estrategia probatzeko aukera ematen duen Scada bat sortu da.

2013ko martxoaren 14an, aurkezpen-jardunaldi bat egin zen Institutuan, eta Lanbide Heziketako sailburuorde Jorge Arévalo, Gipuzkoako Foru Aldundiko Ingurumeneko zuzendari Ainhoa Iraola, TKnikako zuzendari Iñaki Mujika eta Institutuko zuzendari Patxi Vaquerizo izan ziren bertan.
Jardunaldiaren barruan, hidrogeno-pilen funtsak eta erabilera-esparruak azaldu ziren, eta bi proiektuen erakustaldia egin zen.

Geure eta hirugarrenen cookieak erabiltzen ditugu publizitate pertsonalizatua erakusteko, zure nabigazioaren arabera. Nabigatzen jarraitzen baduzu cookien erabilera onartuko duzu.Informazio gehiago