Un paso de gigante hacia la comercialización de calor y electricidad de uso residencial mediante pilas de combustible
Hace una década, la generación de electricidad y calor sin contaminación y con una reducción considerable de las emisiones de gases de efecto invernadero parecía demasiado buena para ser verdad en el ámbito doméstico. Ahora, las pilas de combustible estacionarias son una alternativa prometedora a los motores de combustión para generar electricidad y cogenerar calor como parte de sistemas de microgeneración combinada de calor y electricidad (micro-CHP, por sus siglas en inglés).
Reducción del coste de los principales componentes de las pilas de combustible
Entre los distintos tipos de micro-CHP, los sistemas de cogeneración mediante pilas de combustible pueden alcanzar una eficiencia del 90 % (un 60 % en electricidad y el resto en calor). Por su razón reducida entre calor y electricidad, resultan adecuados para adaptarse a la tendencia a aumentar el consumo de electricidad y a las demandas reducidas de calor para calentar espacios en entornos domésticos. A pesar de su gran potencial para aplicaciones domésticas, los sistemas de micro-CHP todavía no han alcanzado la fase de comercialización. Las nuevas ventajas introducidas por el proyecto HEATSTACK, financiado con fondos europeos, pueden ayudar a superar el problema del alto coste de capital que, por el momento, ha impedido el despliegue comercial de esta tecnología. El proyecto se ha centrado principalmente en reducir los costes de producción de los dos componentes más caros del sistema de pilas de combustible: la pila en sí y el intercambiador de calor, que suman la parte más importante de los costes de capital del conjunto. Los investigadores trabajaron sobre la base del éxito de un sistema puntero de micro-CHP que utiliza una pila de combustible de óxido sólido (SOFC, por sus siglas en inglés) desarrollada por Sunfire, un socio del proyecto. Hasta la fecha, este sistema se ha sometido a amplias pruebas sobre el terreno como parte de las iniciativas europeas de implementación de micro-CHP con pilas de combustible de uso residencial y es una de las tecnologías de cogeneración mediante SOFC más próximas a la comercialización. El sistema utiliza un innovador precalentador de aire del cátodo (CAPH, por sus siglas en inglés) basado en un nuevo intercambiador de calor de gas a gas que suministra aire a una temperatura especificada a la pila de combustible. El hecho de disminuir los costes de la pila de SOFC y del CAPH servirá para aumentar la competitividad en costes de la microgeneración mediante pilas de combustible, así como su atractivo para el mercado.
Automatización de las tareas manuales
«El sistema de micro-CHP doméstico de Sunfire ofrece cogeneración eficiente de electricidad y calor para hogares y funciona con combustibles rentables, ya sea gas de petróleo licuado o gas natural», explica Frank Mittmann, ingeniero del proyecto. Para alcanzar la producción en serie, es necesario automatizar varios procesos. Uno de ellos es eliminar el trabajo manual y aplicar automáticamente el sellado de vidrio sobre las unidades de repetición de la pila SOFC. «En el transcurso de HEATSTACK, Sunfire optimizó el proceso de imprimir la pasta de vidrio sobre la unidad de repetición utilizando una plantilla escalonada, lo cual permite ahorrar un 10 % del coste total de la pila SOFC», añade Mittmann. Los ingenieros de I+D produjeron diez prototipos de pilas de SOFC con vidrio impreso y realizaron pruebas minuciosas sobre su compatibilidad mecánica, propiedades eléctricas y estabilidad a largo plazo. La pila de SOFC optimizada se integró en las unidades de micro-CHP domésticas de Sunfire. Las pruebas adicionales en el nivel del sistema sirvieron para concluir que las tecnologías demostradas por HEATSTACK están listas para usarse en fabricación en serie.
Utilización de AluChrom en el CAPH
Los investigadores del proyecto desarrollaron herramientas y procesos que disminuyeron el tiempo de fabricación de CAPH de nueve hora a dos horas y media. También demostraron una reducción notable de la evaporación de cromo, utilizando una aleación para calefacción mediante resistencia llamada AluChrom, en lugar de Inconel 625, para las placas de intercambio de calor del CAPH. Se demostró que el tratamiento mediante el precalentamiento de AluChrom ampliaba la vida útil de las SOFC, lo cual disminuye los costes globales de mantenimiento.
Palabras clave
HEATSTACK, micro-CHP, SOFC, calor y electricidad combinados, pila de combustible, intercambiador de calor, pila de combustible de óxido sólido, precalentador de aire del cátodo
