Erregai-pila: berrikuspenen arteko aldeak
Ezabatutako edukia Gehitutako edukia
iragarpenaren tamainaz harrituta, Ingeles Wikipedian begiratu, eta gaizki zegoen itzulita |
zuzentzailea pasatzea |
||
2. lerroa:
[[Image:Fuel cell NASA p48600ac.jpg|thumb|[[Metanol]]ezko erregai-pila ([[NASA]])|301x301px]]'''Erregai-pila''', '''erregai-zelula''' edo '''erregai-gelaxka''', [[Energia kimiko|energia kimikoa]] [[Energia elektriko|energia elektrikoan]] eraldatzen duen gailua da; gailu [[Elektrokimika|elektrokimikoa]], alegia. Pilaren barruan, erregaiz eta [[Oxidatzaile|oxidatzailez]] osaturiko fluxu jarraituak kontrolpeko erreakzio kimikoa pairatzen du; fenomeno horren ondorioz sortutako produktuek kanpo-zirkuitua korronte elektrikoz hornitzen dute.
[[Bateria elektriko|Bateriaren]] tankerako energia-bihurgailu elektrokimikoa da erregai-pila. Ezberdintasun nagusia, kontsumitutako [[Erreaktibo|erreaktiboen]] hornikuntza jarraian aurkitzen da. Hau da, [[elektrizitatea]] sortzeko erregaiz eta oxigenoz<ref>{{Erreferentzia | izena=Karl-Heinz | abizena=Dietsche | izenburua=Manual de la técnica del automóvil | argitaletxea=Reverte | hizkuntza=es | data=2005 | url=https://books.google.es/books?id=lvDitKKl1SAC&pg=PA732&lpg=PA732&dq=Pila+de+combustible&source=bl&ots=FeQfPUy3VK&sig=uBqOMkVt6fUiklt4-ukFxR-mFvo&hl=es&sa=X&ei=Qa47UPKYN6ek0QWB6YHwDQ#v=onepage&q=Pila%20de%20combustible&f=false
Gertatzen den prozesu elektrokimikoak efizientzia altua eta ingurumen-inpaktu urria du. Izan ere, erregai-pilen energia lorpenak ez du inolako prozesu termiko edo mekanikorik behar. Normalean, erregai-pilaren [[efizientzia energetikoa]] %
Garrantzitsua da [[pila]] konbentzionalen eta erregai-pilen arteko oinarrizko ezberdintasunak ezartzea. Pila konbentzionalak energia metatzeko gailuak dira: erregaia estrukturaren barnean dago eta kontsumitu arte energia ekoizten dute. Aldiz, erregai-pilan erreaktiboak kanpotik datorren fluxu jarraitutik hornitzen dira eta horri esker energia etengabe sortzen da.
16. lerroa:
== Historia ==
[[Fitxategi:Grove's Gaseous Voltaic Battery.png|thumb|229x229px|William R. Groveren gailuaren konfigurazioa, "On the Gas Voltaic Battery" (1839).]]
Erregai-pilen historia XIX. mendean hasi zen, eta 1838an lehenengo ikerketak egin ziren. Alde batetik, [[Christian Friedrich Schönbein]] zientzialariak Suitzan egindako probekin eta bestaldetik, [[William Robert Grove|Sir William Grove]] fisikariak gas bateriekin egindako ikerketekin.
Gaur egun, aplikazio anitz dituzte zelula horiek, batez ere garraioaren esparruan. Halere, pilaren garapenak hainbat periodo zail pairatu ditu denboran zehar, elektrizitatea lortzeko beste metodo batzuek baino zailtasun gehiago dituztelako. Erregai-zelularen gaineko interesa, eta ondorioz bere garapena, baliabide energetikoen urritasunarekin batera etorri da beti. Adibidez, 1973ko petrolio-krisian energia ekoizteko ordezko teknologiak garatu ziren eta beraien artean erregai-pila zegoen.
26. lerroa:
Ludwig Mondek eta Charles Langerrek "erregai-pila" terminoa erabili zuten lehenengo aldiz mota honetako gailuak aipatzeko garaian. 1889. urtean, bi zientzialari horiek sekulako aurrerapena egin zuten, [[elektrolito]] likidoan murgildutako elektrodoen inguruko problemari irtenbidea aurkituz. Beraien prototipoa [[Platino|platinozko]] edo [[Urre|urrezko]] geruza finaz estalita zegoen; era horretan, elektrolitoa matrize solido isolatzaile batean manten zezakeen.<ref>{{Erreferentzia|izenburua=Fuel cell technology handbook|argitaletxea=CRC Press|data=2003|url=https://www.worldcat.org/oclc/51520031|isbn=142004155X}}</ref>
XX. mendearen erdialdean, gailu horiek egundoko aurrerapausoa eman zuten garapen teknologikoari dagokionez. 1954an, [[Francis Thomas Bacon]] zientzialari ingelesak 5
1959an, Harry Ihrigen gidaritzapean zegoen taldeak 15
[[General Electric|General Electricek]] protoien trukaketarako mintza duen lehenengo pila (PEMFC) garatu zuen [[NASA|NASAko]] ''Gemini'' misio espazialetarako. PEFC teknologia Gemini V. misioan erabili zen lehendabiziko aldiz. Haatik, ''[[Apollo programa|Apolo]]'' Programako misioetan eta bere ondorengoetan, Baconen diseinuan oinarrituriko erregai-gelaxkak erabili ziren, Pratt & Whitney Aircraftek garatuak.<ref>''Morrill, C.C., Apollo fuel cell system, Proceedings of the 19th Annual Power Sources Conference, New Jersey, 18–20 May, 1965, pp. 38–41''</ref> 1960. urtetik aurrera, erregai-pilak hegaldi espazial eskifaietan erabili ziren. Gaur egun, oraindik ere aplikazio aeroespazialetan erabiltzen dira.
1970 eta 1980 artean, petrolio-krisia eta energia lortzeko ordezko teknologien bilaketaren ondorioz, erregai-pilen
1980ko hamarkadan, erregai-zelulen erabilera probatu zen zerbitzu publikoetan; horrez gain, ibilgailuen fabrikazioan txertatzen saiatu ziren. 1990eko hamarkadan, lokal komertzial eta industrialentzako erregai-zelula egonkorrak garatu ziren.
44. lerroa:
== Teknologia ==
Erregai-pilaren funtzionamendua ohiko bateriaren antzekoa da. Elektrizitatea lortzeko, sustantzia kimiko ezberdinen erreakzioa gertatzea ezinbestekoa da. Alabaina, baterien ahalmenak limite bat du. Erregai-pilak, aldiz, erreaktiboen hornidura jarraitua ahalbidetzen du.
[[Fitxategi:Fuel cell ES.svg|thumb|418x418px|Erregai-pila baten funtzionamenduaren eskema.]]
Erregai-pila mota ezberdinak daudenez, PEM (ingeleseko ''Proton Exchange Membrane'') motakoa erabiltzen da beraien oinarrizko funtzionamendua azaltzeko. Pila mota honen oinarrizko eskema eskuineko irudian ikus daiteke. Bere osaerari erreparatuz, bi elektrodoz eratuta dago: anodoa (non erregaia oxidatzen den) eta katodoa (non oxidatzailea erreduzitzen den). Elektrolitoak, berriz, hiru funtzio betetzen ditu: isolatzaile elektrikoarena, eroale protonikoarena eta erreakzioen banatzailearena. Azken funtzio hori dela eta, elektroiak anodotik katodora bidaiatzeko, kanpo zirkuitu batez baliatzen dira. Era horretan, korronte elektriko bat sortzen dute. Protoiak, aldiz, anodotik katodora joateko elektrolitoa zeharkatzen dute. Katodoan, elektroiak, protoiak eta erregaia erreduzitzen dira, emaitza gisa produktuak sortuz. Erreakzio hori exotermikoa da, eta espontaneoa den arren, katalizatzaile gabe gertatzeko mantsoegia izaten da. Izan ere, normalean elektrodoak katalizatzaile moduan erabiltzen dira. Pila mota honetan, hidrogenoa erreduktorea izaten da eta oxigenoa oxidatzailea.
69 ⟶ 71 lerroa:
== Erregai-pila motak ==
Gaur egun, erregai-pila mota ugari daude, zeinak garapen etapa ezberdinetan dauden. Hori dela eta, beren ezaugarrien arabera sailka daitezke, eta honako hauek dira arruntenak:<ref>{{en}} ''Fuel Cell HandBook'', Seventh Edition, EG&G Technical Services, Inc., 2004.
# Erregai eta oxidatzaile konbinazio motaren arabera.
# Erabilitako elektrolito motaren arabera.
84 ⟶ 86 lerroa:
* '''Katalizatzailea:''' platinoa
* '''Operazio tenperatura:''' 80-95ºC inguru
* '''Efizientzia elektrikoa:''' %
PEM pilek tenperatura baxuetan operatzen dute eta potentzia-dentsitate oso altua dute. Gainera, oso azkar alda dezakete beraien irteerako potentzia eskari energetikora egokitzeko. Izan ere, beraien potentzia watt gutxi batzuetatik kilowattetara aldatzen dituzten PEM pilak garatu dira, sistema ezberdin anitzetan erabil daitezkeenak.
Funtzionamendu erantzun azkarra behar duten aplikazioetan PEM pilez osatutako sistemak erabiltzen dira. Hortaz, telekomunikazio eta ibilgailuen merkatuetan zentratzen dira. Aplikazio mota horietarako, erregai hauek erabili ohi dituzte: hidrogenoa, metanola edo eraldaturiko erregaiak.
PEM piletako elektrolitoa polimero solidoko mintz bat da. Mintz honek, azido sulfoniko perfluoratuak ditu eta protoien eroapen egokia bermatzeko hidratatua mantendu behar da. Etengabeko hidratazio horren ondorioz, operazio tenperatura 100ºC-tik behera mantentzen da eta efizientzia hobetzen. Gainera, erabilitako likido bakarra ura denez, [[korrosio]] arazoak minimoak dira.<ref name=":0">{{Erreferentzia | izenburua=APPICE
Gaur egun, pila honen garapenak dituen erronka nagusiak hauek dira:
=== Metanolezko erregai-pila (DMFC) ===
98 ⟶ 100 lerroa:
* '''Katalizatzailea:''' platinoa
* '''Operazio tenperatura:''' 50-120ºC inguru
* '''Efizientzia elektrikoa:''' %
PEM pilen antzera, DMFC pilek polimerozko mintz bat erabiltzen dute elektrolito gisa. Haatik, DMFC sistemetan erregaia ez da eraldatzaile batetik pasarazten; izan ere, anodo katalizatzaileak berak, metanol likidotik ateratzen du hidrogenoa. Pila mota honen operazio-tenperatura baxua dela eta, tamaina txikiko aplikazioetarako erabil daiteke. Adibidez, telefono mugikorretan, ordenagailu eramangarrietan eta gailu elektronikoentzako bateria kargadoreetan.<ref>{{Erreferentzia |
DMFCek duten erronkarik handiena mintz berri bat aurkitzean datza. Mintz honek, 130ºC-tik gorako tenperaturetan lan egiteko ahalmena eduki behar du inolako arazorik eman gabe. Bestalde, metanolaren oxidaziorako katalizatzaile hobearen bilaketan ere murgildu dira zientzialariak.<ref name=":0" />
108 ⟶ 110 lerroa:
* '''Katalizatzailea:''' metal ez preziatuak
* '''Operazio tenperatura:''' 105-245ºC inguru
* '''Efizientzia elektrikoa:''' %
AFCetan erabiltzen diren erregaiak hidrogeno eta oxigeno puruak izan behar dira. Izan ere, CO2ak (edo COak) eta KOHak erreakzionatzen dutenean, karbonato potasikoa sortzen da eta honek efizientzia izugarri murrizten du. Kontzentrazio txikiak (10-100 ppm) izan arren, pilaren "pozoidura" gertatzen da CO2aren (edo COaren) erruz.<ref>
Pila mota honen errendimendua besteena baino altuagoa da. Hori dela eta, esplorazio espazialetan erabili ohi dira; izan ere, NASAk 1960. urtetik aurrera hidrogenoz elikaturiko AFC pilak erabili ditu bere misioetan, ura eta elektrizitatea lortzeko baliabide bikaina baitira.<ref>
=== Azido fosforikozko erregai-pilak (PAFC) ===
[[Fitxategi:PAFC.atc.jpg|thumb|PAFC motako erregai-pila baten diagrama.|197x197px]]
* '''Elektrolitoa:''' azido fosforiko likidoa
119 ⟶ 121 lerroa:
* '''Katalizatzailea:''' platinoa (karbonozko basearen gainean)
* '''Operazio tenperatura:''' 180-205ºC inguru
* '''Efizientzia elektrikoa:''' %
PAFC motako pilek hidrokarburoak edo biogasak erabiltzen dituzte erregai gisa. Katodoan eta anodoan emandako erreakzioak PEM pilek pairatzen dituztenen antzekoak dira; halere, PAFCen operazio tenperatura altuagoa da eta erregaien ezpurutasunak hobeto toleratzen dituzte. Gaur egun, PAFCen komertzializazioa kogenerazioaren esparruan oso zabalduta dago.
127 ⟶ 129 lerroa:
[[Fitxategi:MCFC.atc.jpg|thumb|MCFC motako erregai-pila baten diagrama.|207x207px]]
* '''Elektrolitoa:''' karbonato alkalinoak (zeramikazko matrize baten gainean)
* '''Katalizatzailea:''' elektrodoena (platinoa ez)
* '''Operazio tenperatura:''' 650ºC inguru
* '''Efizientzia elektrikoa:''' %
Erregai-pila mota honen operazio tenperatura altuak direla eta, pilaren barnean bihurtzen da erregaia hidrogeno. MCFCak normalean ez dutenez kutsadurarik sortzen (CO edo CO2), karbonotik eratorritako gasekin elika daitezke. Beraien aplikazioak kogenerazioarekin erlazionatuak daude batik bat.
140 ⟶ 141 lerroa:
*'''Katalizatzailea:''' elektrodoena (platinoa ez)
* '''Operazio tenperatura:''' 800-1000ºC inguru
* '''Efizientzia elektrikoa:''' %
SOFCak tenperatura altuetan operatzeko diseinatuak daude; tenperatura horiek direla eta, hidrokarburo arinak eralda ditzakete pilaren barnean. Hortaz, hidrokarburo astunagoak erabili nahi badira, kanpo-eraldatzaile baten laguntza beharrezkoa izango da. Mota honetako pilen formari dagokionez, lauak edo tutu formakoak ikus daitezke. Gainera, SOFCak aplikazio egonkor ugaritan erabiltzen dira mundu osoan zehar.<ref>http://www.fuelcell.no/fuel_cell_types_sofc_es.htm.</ref>
148 ⟶ 149 lerroa:
=== Energia ===
Hainbat aplikazioetan energia-iturri gisa erabili dira erregai-pilak, hala nola, espazio-ontzi, erabilera militar edota landa-eremuetan. Hidrogenoarekin funtzionatzen duten erregai-pilez osatutako sistemak konpaktuak eta arinak izan daitezke. Gainera, ez dute pieza mugikor garrantzitsurik edukitzen, eta horren ondorioz, beren fidagarritasuna %
Hurrengo atalean sakonago azaltzen den kogenerazio aplikazioetan ere erregai-pilak erabiltzen dira. Sistema mota horrek, energia elektrikoa sortzen du era jarraituan (energia-soberakinak sareari salduz), aldi berean, airea eta ura berotzen ditu askatutako beroari esker.
154 ⟶ 155 lerroa:
Landa-eremuetan erabiltzen diren sistemei dagokienez, sistema elektrolizatzaileek ez dutenez erregai-biltegirik, biltegiratzeko kanpo-unitateak erabili ohi dituzte.<ref>http://web.archive.org/web/20110515080800/http://www.fuelcells.org/basics/apps.html.</ref> Kasu honetan, tamaina handiko bateriak erabili behar dira biltegiratzearen eskaria asetzeko; dena den, kanpo-unitateen erabilerak aurrezpen bat suposatzen du dispositibo konbentzionalekin erkatuz.
Washingtonen programa esperimental bat existitzen da,<ref>{{Erreferentzia | hizkuntza=en | izenburua=Stuart Island Energy Initiative | url=http://www.siei.org/ | sartze-data=2017-12-03}}</ref> non ''Stuart Island Energy Initiative'' konpainiak erregai-pila sistema berritzaile bat eraiki duen. Sisteman, plaka [[Eguzki-energia fotovoltaiko|fotovoltaikoek]] sortzen duten korronteari esker, hainbat elektrolizatzaileek hidrogenoa ekoizten dute. Hidrogeno hori 1900 litroko edukiera duen tanke batean biltegiratzen da (10-80 barretako presioan). Azkenik, hidrogenoa erregai gisa erabiltzen da erregai-gelaxka bat funtzionarazteko, eta gelaxka horri esker, irla osoa energia elektrikoz hornitzen da.
Zabortegi edo hondakin-uren tratamendu plantetan agertzen diren gasekin ere erabil daitezke erregai-pilak. Horiek profitatuz, energia sortzen den bitartean, metano emisioak murritz daitezke. Energia sortzera bideratua dagoen eta erregai-pilez baliatzen den munduko plantarik handiena Kalifornian kokatua dago.
165 ⟶ 166 lerroa:
Udan, erregai-piletako hondakin-beroa zuzenean zorura barreia daiteke, hozte gehigarri bat lortuz. Neguan, ordea, eraikina berotzeko helburuarekin, hondakin-beroa eraikinera barreiatzen da. Sistema mota horren [[Patente|patente-eskubideak]] Minesotako Unibertsitateak ditu.<ref>http://www.fchea.org/core/import/PDFs/CHP%20Fact%20Sheet.pdf.</ref><ref>http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-bool.html&r=2&f=G&l=50&co1=AND&d=PTXT&s1=7,334,406&OS=7,334,406&RS=7,334,406.</ref>
Kogenerazio sistemen errendimendua %
=== Erregai-piladun ibilgailuak ===
178 ⟶ 179 lerroa:
Erregai-pilen teknologia erabiltzen duten karga-jasogailuak PEM motako erregai-pilez osatuta daude. Teknologia horri esker, industriako lantegietan materialak jaso eta garraiatzeko erabiltzen dira.
2013. urtean, mota horretako 4.000 karga-jasogailu erabiltzen ziren
==== Itsasontziak ====
| |||