Sistema híbrido hecho en México
Un prototipo desarrollado por investigadores del IPN, por medio de la oxidación del hidrógeno, genera corriente eléctrica de manera limpia, directa y eficiente. Este sistema se perfila como una opción altamente rentable para la obtención de energía eléctrica mediante un método alternativo a las fuentes fósiles y a las renovables conocidas.
Por Antonia Tapia.
Investigadores de diversas unidades académicas del Instituto Politécnico Nacional (IPN) y del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del IPN desarrollaron un novedoso sistema híbrido que integra tanto una fuente renovable como una de energía alterna para ofrecer una opción a las demandas actuales.
El prototipo aprovecha la luz del sol mediante un sistema fotovoltaico y las características de las tecnologías del hidrógeno para producir energía eléctrica limpia. Al respecto, Constructor Eléctrico dialogó con la doctora en Ciencias Químicas, Rosa de Guadalupe González Huerta, directora del proyecto de investigación y profesora de la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE) del IPN.
“El prototipo híbrido está integrado por un sistema de seis módulos fotovoltaicos (MF) tipo isla (no interconectados a la red). Genera 2 mil 488 kWh-1 día de energía eléctrica. Los excedentes de la energía se utilizan para generar hidrógeno y oxígeno en un electrolizador de membrana de intercambio protónico. Los gases generados se almacenan en unos contenedores de acrílico. El sistema de almacenamiento opera a temperatura y presión ambiente y tiene una capacidad de 15 LtO2 (oxígeno) y 30 LtH2 (hidrógeno). Cuando no hay sol o existe alguna emergencia, los gases almacenados se alimentan de una celda de combustible conformada por 20 celdas individuales, la cual diseñaron investigadores del Cinvestav. Este dispositivo electroquímico muestra un potencial a circuito abierto de 18 volts y la densidad de potencia máxima medida (Wmax) fue de 150 watts (14 amperes y 10.5 volts). El flujo de gases a la celda se regula por medio de unas bombas de 500 hasta 3 mil centímetros cúbicos/min-1. Finalmente, la energía que genera la celda de combustible se utiliza para alimentar dos lámparas conectadas en paralelo; cada una demanda 25 watts (2 amperes y 12.5 volts) que pueden utilizarse para iluminar calles y jardines. La capacidad de almacenamiento de hidrógeno es suficiente para obtener una hora de autonomía de las lámparas”, explicó la doctora González Huerta.
Este novedoso sistema que contó con la participación de un amplio grupo de trabajo integrado también por investigadores de la Escuela Superior de Física y Matemáticas, el Centro de Investigación e Innovación Tecnológica, la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) y personal de la empresa tecnológica Solergia, comenzó a desarrollarse en 2011. En ese entonces, el alumno Alejandro Martínez Reyes, ahora ingeniero graduado en la ESIME, presentó como tema de tesis el diseño y construcción de una celda de combustible para alimentar un sistema de LED que integraba 10 luminarias. La doctora González Huerta fue directora del proyecto y a partir de entonces se conformó el equipo interdisciplinario de trabajo, el cual fue apoyado por el IPN y la Secretaria de Ciencia, Tecnología e Innovación del Distrito Federal.
González Huerta también puntualizó que en el proceso de diseño de la luminaria de LED que integra el sistema se consideraron principalmente dos condiciones: que tuviera un acoplamiento eléctrico adecuado para la celda de combustible que se está desarrollando y que fuera de alta eficiencia para aprovechar lo mejor posible la energía.
Para cumplir con el último requerimiento, se determinó utilizar LED de potencia y se seleccionaron LED de 1 watt, con una eficiencia correspondiente a 100 lúmenes por watt. Más tarde se diseñó el circuito impreso para montar los componentes, usando como soporte un material formado por sustrato de aluminio de 1/16” de espesor, una capa de material dieléctrico y una película de 32/1000” de cobre, sobre la cual se hizo la corrosión y posterior montaje de los componentes.
Beneficios
El sistema que desarrolló el IPN presenta múltiples ventajas, entre las que destaca su gran potencial de ahorro energético y eficiencia. “La implementación de los sistemas híbridos donde se integra una fuente de energía renovable (energía solar) con una fuente de energía alterna (tecnologías del hidrógeno) genera ciclos sustentables en donde los componentes se transforman regenerándose”, precisa la doctora.
En México, los primeros antecedentes sobre la tecnología del hidrógeno datan de 1999, cuando se creó la Sociedad Mexicana del Hidrógeno. Desde entonces, dentro de distintas universidades del país comenzaron a formarse grupos de investigación encargados de estudiar los beneficios de esta atractiva tecnología.
En 2008, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) impulsó la creación de las Redes Temáticas de Investigación, entre las que se encuentra la Red Nacional de Fuentes de Energía (Redfe). En 2009, gracias a la insistencia de distintos investigadores e investigadoras que se encontraban trabajando en la materia, fue posible incluir la tecnología del hidrógeno dentro de la gama de energías limpias y sustentables. Actualmente, dentro de la Redfe, universidades y centros de estudio se encuentran delineando los puntos que contendrá el Plan Nacional del Hidrógeno.
González Huerta subraya que en México existe un interés real por la implementación de las tecnologías del hidrógeno y existe una masa crítica de investigadores que se encuentran promoviendo su desarrollo. En ese sentido, señala que es altamente conveniente utilizar recursos humanos ya formados en el país y el extranjero para el desarrollo de un programa científico-tecnológico que permita continuar investigando este tipo de tecnología.
“Este año se presentó una propuesta para que se reconozca al hidrógeno como un combustible y como un vector energético, ya que no cabe duda de que es una alternativa sustentable para fortalecer el sistema energético de México”, expresa. La investigadora y docente del IPN también resaltó que una de las grandes limitaciones que afronta el impulso de la tecnología del hidrógeno es la falta de presupuesto específico para el desarrollo de proyectos.
Indica que se espera que este tipo de prototipos puedan manufacturarse y comercializarse por empresas nacionales. También detalla que con el Conacyt existe un proyecto de difusión con el objetivo de que la sociedad conozca y acepte este tipo de tecnología.
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