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Los sistemas de pilas de combustible de metanol reformadas ( RMFC ) o pilas de combustible de metanol indirectas (IMFC) son una subcategoría de pilas de combustible de intercambio de protones donde el combustible, metanol (CH 3 OH), se reforma antes de introducirse en la pila de combustible .
Los sistemas RMFC ofrecen ventajas sobre los sistemas de celdas de combustible de metanol directo (DMFC), que incluyen mayor eficiencia, pilas de celdas más pequeñas, menos requisitos de pureza del metanol, ausencia de gestión del agua, mejor funcionamiento a bajas temperaturas y almacenamiento a temperaturas bajo cero porque el metanol es un líquido de -97,0 a 64,7 °C (-142,6 a 148,5 °F) y no hay una mezcla líquida de metanol y agua en las células que pueda destruir la membrana de DMFC en caso de heladas.
La razón de la alta eficiencia del RMFC en comparación con el DMFC es que el gas que contiene hidrógeno se alimenta a la pila de combustible en lugar de metanol y el sobrepotencial (pérdida de energía para la conversión catalítica) en el ánodo es mucho menor para el hidrógeno que para el metanol. La desventaja es que los sistemas RMFC funcionan a temperaturas más altas y, por lo tanto, necesitan una gestión del calor y un aislamiento más avanzados. Los productos de desecho de este tipo de pilas de combustible son dióxido de carbono y agua.
El metanol se utiliza como combustible porque es naturalmente denso en hidrógeno (un portador de hidrógeno ) y puede reformarse con vapor en hidrógeno a bajas temperaturas en comparación con otros combustibles de hidrocarburos . Además, el metanol es natural, biodegradable y denso en energía.
Los sistemas RMFC constan de un sistema de procesamiento de combustible (FPS), [1] una celda de combustible , un cartucho de combustible y el BOP (el equilibrio de la planta ). [2]
El cartucho de combustible almacena el combustible de metanol . Dependiendo del diseño del sistema, normalmente se utiliza como combustible para el sistema RMFC 100% metanol (estándar industrial IMPCA) o una mezcla de metanol con hasta un 40% en volumen de agua. El 100 % de metanol produce un menor consumo de combustible que la mezcla de agua y metanol (Premix), pero conlleva una mayor complejidad del sistema de pila de combustible para la condensación de la humedad del cátodo.
Los costos de combustible para RMFC suelen ser de aproximadamente 0,4 a 1,1 USD/kWh [ cita necesaria ] (metanol convencional) resp. 0,45-1,3 USD/kWh [ cita necesaria ] ( metanol renovable producido a partir de residuos municipales o electricidad renovable). En comparación, los costos de una celda de combustible PEM de baja temperatura alimentada con hidrógeno para el hidrógeno convencional (en un paquete de botellas) son de aproximadamente 4,5 a 10 USD/kWh.
Metanol → Oxidación parcial (POX)/ Reformado autotérmico (ATR) → Reacción de desplazamiento de gas agua (WGS) → oxidación preferencial (PROX) El reformador de metanol convierte el metanol en H 2 y CO 2 , una reacción que ocurre a temperaturas de 250 °C para 300°C.
→La pila de celda de combustible del conjunto de electrodos de membrana (MEA) produce electricidad en una reacción que combina H 2 (reformado a partir de metanol en el procesador de combustible) y O 2 y produce agua (H 2 O) como subproducto. Por lo general , para RMFC se utiliza una celda de combustible de membrana de intercambio de protones de baja temperatura (LT-PEMFC) o una celda de combustible de membrana de intercambio de protones de alta temperatura (HT-PEMFC).
→Postquemador de combustión catalítica con cámara de combustión de gas de cola (TGC) o ( combustión catalítica ) con catalizador de platino - alúmina (Pt–Al2O3) [3] [4] [5] → condensador
El equilibrio de la planta (BOP) consta de las bombas de combustible , compresores de aire y ventiladores necesarios para hacer circular el gas y el líquido en el sistema. A menudo también se necesita un sistema de control para operar y monitorear el RMFC.
Los sistemas RMFC han alcanzado una etapa avanzada de desarrollo. Por ejemplo, un pequeño sistema desarrollado por Ultracell para el ejército de los Estados Unidos, [1], ha cumplido con los objetivos de tolerancia ambiental, seguridad y rendimiento establecidos por el Centro de Ingeniería, Desarrollo e Investigación Electrónica y Comunicaciones del Ejército de los Estados Unidos , y está disponible comercialmente.
También están disponibles sistemas más grandes, de 350 W a 8 MW, para múltiples aplicaciones, como generación de plantas de energía, generación de energía de respaldo, suministro de energía de emergencia , unidad de energía auxiliar (APU) y extensión del alcance de la batería (vehículos eléctricos, barcos).
A diferencia de los generadores diésel o de gasolina, el intervalo de mantenimiento de los sistemas RMFC suele ser significativamente más largo ya que no es necesario cambiar los filtros de aceite ni otras piezas de servicio del motor. Por lo tanto, el uso de RMFC en aplicaciones fuera de la red (por ejemplo, mantenimiento de carreteras) y áreas remotas (por ejemplo, telecomunicaciones, montañas) suele preferirse a los grupos electrógenos diésel .
También se consideran ventajosas otras características como la biodegradabilidad del metanol, la posibilidad de utilizar metanol renovable, los bajos costes del combustible, la ausencia de emisiones de partículas/NOx, el bajo ruido y el bajo consumo de combustible (intervalos largos de suministro de combustible).
El vehículo deportivo eléctrico Gumpert Nathalie contiene tecnología RMFC.
La empresa danesa Blue World Technologies está construyendo la planta más grande del mundo para producir pilas de combustible indirectas de metanol para aplicaciones automotrices. [2]