Nuestro próximo paso en el avance de la tecnología de células de combustible

Las células de combustible han recorrido un largo camino desde que fueron demostradas por primera vez con éxito a principios del siglo 19 por Humphry Davy. Fueron usados por primera vez para misiones espaciales, incluyendo el vuelo del Apolo 11 en 1969, el cual no solo llevó al primer hombre a la luna sino también a tres pilas de pila para alimentar a todos los equipos en el módulo espacial.

Cada década desde entonces ha visto avanzar las células de combustible, a medida que se acelera la comercialización en una variedad de aplicaciones. El nuevo milenio también vio un resurgimiento del interés en las capacidades de las células de combustible debido a la mayor preocupación por las emisiones de dióxido de carbono (CO2) de la producción de energía tradicional.

Cummins lleva mucho tiempo al frente de las tecnologías bajas en carbono con el objetivo de reducir las emisiones, y llevamos más de 20 años investigando las células de combustible. Además de ofrecer células de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) y tecnología de electrozer, también estamos trabajando en el próximo paso hacia fuentes de energía limpias y confiables con células de combustible de óxido de sólido (SOFCs).

¿Para qué industrias son más adecuados los SOFCs?

Las células de combustible de óxido sólido (SOFCs) son adecuadas para una variedad de industrias que podrían desear generar energía en el lugar para lograr una mayor resiliencia energética y emisiones más bajas. Estos incluyen instalaciones comerciales, industriales e institucionales (es decir, centros de datos, supermercados y universidades, etc.). Los SOFCs también se pueden centralizar como plantas de energía de células de combustible donde los servicios públicos venden la energía a los clientes finales como parte de su cartera de generación de energía.

¿Por qué un cliente escogería SOFCs con respecto a otras tecnologías?

En general, los SOFCs son una opción más eficiente en cuanto a energía en comparación con las fuentes de producción de energía tradicionales y ofrecen mayor flexibilidad en el tipo de combustible que se puede usar. Una serie de opciones de combustible incluyen gas natural, propano, amoníaco, hidrógeno, gas mezclado con hidrógeno y biogás. Incluso cuando se usa un combustible con base de carbono como el gas natural, los SOFCs producen niveles más bajos de dióxido de carbono en comparación con los generadores tradicionales. Esto se debe a la falta de combustión. La falta de piezas en movimiento también permite que el sistema de células de combustible opere de forma más silenciosa con mayor confiabilidad, lo que hace que el SOFCs sea una fuente de energía deseable para centros urbanos ocupados.

Se pueden combinar varias pilas de combustible, o "apiladas", para lograr una alta potencia de kW de un solo módulo de pila de combustible. Una sola célula de combustible tiene el grosor aproximado de un borrador de lápiz núm. 2 (5 mm) y produce una cantidad limitada de energía (unos pocos vatios). Debido a que se pueden combinar varios módulos de pilas de combustible, su diseño modular ofrece mayor flexibilidad para la capacidad de generación de edificios.

Más allá de las ventajas de eficiencia y confiabilidad de las pilas de combustible, un número cada vez mayor de países y regiones también ofrecen incentivos para que las empresas inviertan en celdas de combustible. Por ejemplo, EE. UU. tiene una larga historia en cuanto a respaldar la infraestructura energética a través del código tributario de EE. UU. y ofrece el de crédito tributario por las inversiones de células de combustible (ITC) federales .

¿Qué papel desempeñan los SOFCs en la transición energética?

Cummins está usando la tecnología SOFC como base para el trabajo de desarrollo continuo en la actualidad. Dentro del espacio de las células de combustible de SOFC y PEM, Cummins también está trabajando para aprovechar la tecnología de células de combustible para la electrólisis para producir combustibles ecológicos, como el hidrógeno y los combustibles sintéticos. Estas tecnologías forman parte de la cartera de producción de energía más amplia de Cummins, incluidos los generadores de combustión tradicionales, los electrolitos, las baterías de iones de litio y las pilas de combustible PEM.

Actualmente, el gas natural es el combustible más adecuado para alimentar las células de combustible debido a la infraestructura de distribución (sitios de pozos, plantas de procesamiento y oleoductos para mover el gas) y el hecho de que ofrece emisiones más bajas que otros combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón. A medida que avanza la producción de energía con emisiones de carbono cero, el objetivo es alimentar a los SOFCs con hidrógeno u otros combustibles con cero emisiones de carbono. Cuando los SOFCs funcionan con combustibles que no tienen carbono, se convierten en una fuente de energía de emisiones cero.

Cummins continúa siendo líder en la transición energética a nivel mundial a través de nuestra participación en conversaciones sobre innovación y el liderazgo de una serie de proyectos del Departamento de energía de los EE. UU. (DOE) relacionados con tecnologías de hidrógeno y células de combustible. Estas iniciativas se alinean con la estrategia de sostenibilidad ambiental más amplia de la compañía, PLANET 2050 . Aún hay más avances en el espacio de las células de combustible, y Cummins está avanzando para liberar todo el potencial de las células de combustible de óxido sólido.

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Cummins Inc.

Cummins es un líder mundial en energía que diseña, fabrica, vende y ofrece servicios de diésel y motores de combustible alternativo de 2,8 a 95 litros, diésel y grupos electrógenos eléctricos con combustibles alternativos de 2,5 a 3, 500 kW, además de componentes y tecnología relacionados. Cummins atiende a sus clientes a través de su red de 600 instalaciones de distribuidores independientes y propiedad de la compañía y más de 7, 200 centros de distribuidores en más de 190 países y territorios.

Cummins New Power President emphasizes decarbonizing now at The New York Times Climate Hub

Cummins New Power President emphasizes decarbonizing now at The New York Times Climate Hub

Amy Davis, Vicepresidenta y Presidenta de New Power, pintó una imagen de un sector de transporte descarbonizado con la ayuda de baterías eléctricas y de hidrógeno en el centro climático del New York Times en Glasgow, Escocia, a principios de este mes. Y aunque el debate entre varias soluciones de bajo y cero emisiones de carbono continúa en todo el mundo, instó a los gobiernos y las corporaciones a comenzar a hacer algo ahora, porque el carbono que sacó hoy, mañana y la próxima semana no se puede volver a tomar.

Cummins tiene más de 100 años de antigüedad y hemos estado impulsando todo tipo de aplicaciones comerciales. Una de las cosas que sabemos es que [transporte] es muy diversa, y creemos que no va a tomar una sola solución [para descarbonizarlo] "-Amy Davis, Presidenta de New Power

Paralelamente a la 2021 Conferencia de las Naciones Unidas sobre el cambio climático, COP26, el Climate Hub acogió su programa el foro. Durante más de nueve días, personas de todo el mundo sintonizaron 45 discusiones en vivo, debates y talleres que abordaron la creciente amenaza del cambio climático y qué medidas se pueden tomar para detenerlo.

La presencia de Davis en el foro fue solo uno de los numerosos compromisos e iniciativas que ocurrieron en Glasgow esa semana. El Presidente y CEO de Cummins, Tom Linebarger, también asistió a COP26, reuniéndose con gobiernos, líderes de la industria y medios de comunicación para abogar por el cambio de los combustibles fósiles a soluciones bajas y sin emisiones de carbono y demostrando cómo Cummins será parte de la transición energética.

Durante los días que condujeron a COP26 y al foro, Cummins fue aceptada en dos grupos influyentes que abogaban por la de acción climática.

El consenso a través de las conversaciones fue que es esencial avanzar hacia un mundo libre de carbono, pero ¿es más fácil decirlo que hacerlo? ¿Cómo hacemos que ocurra la descarbonización? ¿A qué se parece la descarbonización?

Durante el panel de transporte y movilidad tiempo y espacio: moviendo personas y bienes en un mundo libre de emisiones de carbono , Davis participó junto a Avinoash Rugoobur, Presidente de llegada; Laura Lane, Directora de asuntos corporativos de UPS; y Peter Vanacker, Presidente y CEO de Neste, todas las compañías de transporte y tecnología que mueven la industria hacia un futuro más limpio y más ecológico.

Vea la discusión completa a continuación como el reportero de clima de New York Times y moderador de panel, Brad Plumer, abre el piso a Davis para discutir por qué Cummins está alcanzando la descarbonización más allá de la mera electrificación, cómo los desafíos de infraestructura han influido en el hidrógeno en la movilidad y cómo los períodos transitorios conducen a la innovación en las soluciones del mercado de repuestos.

Mire el panel completo:

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¿Qué es una pila de combustible?

Las células de combustible son una tecnología clave para liberar nuestro futuro neutral en carbono

Las pilas de combustible no son nuevas. De hecho, la primera referencia a las células de combustible de hidrógeno aparece en 1838 en el número de diciembre de la revista filosófica de Londres y Edimburgo y Journal of Science . Casi 200 años después, el mundo está reconociendo las células de combustible como una tecnología clave para liberar un futuro neutral en cuanto al carbono.

Esto es lo que son, cómo funcionan y dos tipos de células de combustible en las que Cummins está invirtiendo.

¿Qué es una pila de combustible en términos simples?

Al igual que las baterías, las pilas de combustible son convertidores de energía, usan una reacción electroquímica para tomar la energía química almacenada en una fuente de combustible y convertirla en electricidad. A diferencia de las baterías, que contienen un suministro fijo de energía, las pilas de combustible no requieren recarga. Siempre que se suministre combustible continuamente a la célula de combustible, se producirá electricidad, agua y calor.

¿Cómo funciona una célula de combustible?

Una pila de combustible se compone de dos electrodos y una membrana electroelectrolítica. Los electrodos se denominan cátodo y un ánodo, y emparedan la membrana electrolito entre ellos. Dentro de ese sistema, se producen una serie de reacciones químicas para separar los electrones de las moléculas de combustible para crear energía.

El combustible, típicamente hidrógeno, se alimenta en el ánodo de un lado mientras que el oxígeno se alimenta al cátodo por el otro. En el ánodo, las moléculas de combustible de hidrógeno se separan en protones y electrones que viajarán por diferentes caminos hacia el cátodo. Los electrones atraviesan el circuito eléctrico, lo que crea el flujo de electricidad. Los protones viajan a través del electrolito al cátodo. Una vez en el cátodo, las moléculas de oxígeno reaccionan con los electrones y con los protones para crear moléculas de agua.

Una pila de combustible es una fuente de energía limpia con los únicos subproductos que son la electricidad (energía), el calor y el agua. Una sola célula de combustible solo produce unos pocos vatios de energía; por lo tanto, varias pilas de combustible se pueden apilar juntas para crear una pila de pilas de combustible. Cuando se combina en pilas, la salida de las células de combustible puede variar considerablemente, desde unos pocos kilovatios de potencia hasta instalaciones de múltiples megavatios.

¿Qué combustibles se pueden usar en las pilas de combustible?

Las pilas de combustible ofrecen flexibilidad en el tipo de combustible que se puede utilizar. Si bien el hidrógeno es la fuente de combustible más común para las células de combustible (de ahí el nombre común, las células de combustible de hidrógeno), los combustibles ricos en hidrógeno, como el gas natural y el amoníaco, también son fuentes de combustible viables.

hidrógeno: Cuando se fabrica con electricidad renovable, como el solar, el viento y la hidroenergía, el hidrógeno es completamente descarbonizado y produce cero emisiones. Las células de combustible de hidrógeno (es decir, las células de combustible que son alimentadas por hidrógeno) producen energía, calor y agua y liberan dióxido de carbono u otros contaminantes en el aire.

gas natural: A medida que la producción generalizada de hidrógeno verde sigue en curso, el gas natural es actualmente el combustible más usado para alimentar las células de combustible. En este caso, las pilas de combustible no son completamente libres de emisiones, pero sí ofrecen emisiones significativamente más bajas que otros combustibles, como el petróleo y el carbón.

amoníaco: El amoníaco se usa más en la agricultura como fertilizante. Sin embargo, en los últimos años, varias compañías han estado trabajando para desarrollar de amoníaco ecológico. El amoníaco verde está hecho con hidrógeno que proviene de electrólisis de agua alimentada por energía alternativa, lo que lo convierte en otra opción para un combustible con bajo contenido de carbono.

¿En qué tipos de celdas de combustible invierte Cummins?

Hay seis tipos de células de combustible que están en desarrollo, cada una clasificada principalmente por el tipo de electrolito que emplean. Cada tipo de célula de combustible tiene sus propias ventajas, limitaciones y posibles aplicaciones. De los seis, Cummins ha reconocido el potencial en dos tipos de células de combustible: células de combustible de membrana de intercambio de protones y células de combustible de óxido sólido , y ha invertido en el avance de sus tecnologías y su aplicación.

células de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM): También conocido como células de combustible de membrana electroelectrolítica de polímero, este tipo de pila de combustible utiliza un electrolito de polímero y funciona a temperaturas más bajas de alrededor de 80 grados centígrados. Las células de combustible PEM son más adecuadas para aplicaciones de energía móvil y de respaldo debido a su densidad de alta potencia y sus capacidades de arranque rápido.

células de combustible de óxido sólido (SOFCs): Los SOFCs usan un compuesto cerámico duro y no poroso como su electrolito y operan a altas temperaturas, hasta 1, 000 grados Celsius. Este tipo de célula de combustible es la más adecuada para aplicaciones estacionarias porque es altamente eficiente y flexible en cuanto a combustible. Además, el calor residual puede ser aprovechado y reutilizado para aumentar la eficiencia general del sistema.

¿Por qué invertir en pilas de combustible?

Ya son líderes en electrolitos PEM que producen hidrógeno verde a través de la electrólisis, estamos trabajando para hacer que el hidrógeno verde esté más disponible para su uso futuro en pilas de combustible. Cummins recibió una subvención del Departamento de energía de los EE. UU. para el avance de SOFCs y ha visto que nuestras células de combustible respaldan con éxito el funcionamiento de los vehículos eléctricos de la batería.

Las células de combustible pueden antepdar el comienzo de Cummins, pero no perdemos tiempo en descubrir cómo hacer avanzar su tecnología para crear un futuro con cero emisiones.

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Video de estudio de caso: Electrolizador HyLYZER® PEM de Cummins en Bécancour, Quebec

El HyLYZER de Cummins en Bécancour, Quebec, Canadá, es el electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEM) más grande en funcionamiento en el mundo. Un nuevo estudio de caso en video resalta las innovadoras capacidades de producción de hidrógeno ecológico de la instalación, lo que lo convierte en un faro para un futuro con cero emisiones de carbono.

Mire a continuación:

Este sistema de electrolitos de 20 MW, encargado en enero e instalado en el centro de producción de hidrógeno de Air Liquide en Quebec, cuenta con tecnología líder en la industria, incluidos cuatro patines de electrolisis compactos y presurizados que se instalan dentro del edificio existente. Los sistemas son modulares y escalables, perfectos para aplicaciones de servicios públicos a gran escala.

A través de una rampa progresiva, el sistema HyLYZER de Cummins ahora está en pleno funcionamiento y puede producir hasta 8,2 toneladas de hidrógeno con bajo contenido de carbono al día, o casi 3, 000 toneladas de hidrógeno al año. Está alimentado por la red eléctrica de la región, que es abastecida en gran parte por energía hidroeléctrica renovable. Esto significa que el hidrógeno producido en la planta es "verde" y casi totalmente libre de carbono.

A través de esta producción de hidrógeno ecológico, la instalación está previniendo aproximadamente 27, 000 toneladas de emisiones de CO2 por año. Esto equivale a tomar 10, 000 autos alimentados por combustibles fósiles fuera de la carretera.

Desde su puesta en marcha, el sistema en Bécancour ha incrementado la capacidad de producción de hidrógeno de Air Liquide en un 50%, lo que les permite responder a la creciente demanda de combustible con bajo contenido de carbono en el mercado norteamericano para fines industriales y de movilidad.

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