Una SOFC, o Celda de Combustible de Óxido Sólido (Solid Oxide Fuel Cell en inglés), es un tipo de celda de combustible que utiliza óxido sólido como electrolito (conductor eléctrico) para facilitar la conversión de energía química en electricidad. Estas celdas de combustible son conocidas por su alta eficiencia y versatilidad. Se utilizan en diversas aplicaciones, desde la generación de energía estacionaria hasta la propulsión de vehículos.
La primera SOFC se desarrolló en la década de 1930 por el científico alemán Walter Nernst, un destacado químico y físico que hizo importantes contribuciones a la termodinámica y la electroquímica. Su trabajo en SOFC sentó las bases para esta tecnología y su comprensión fundamental. Sin embargo, a medida que la tecnología evolucionó, se realizaron mejoras en el diseño. Así como los materiales utilizados en las celdas de combustible de óxido sólido. Esto permitió su uso en una variedad de aplicaciones prácticas.
Sus componentes principales incluyen un electrolito, cátodo, ánodo, interconexión y sellador (componentes de una pila de combustible). Además, utiliza como combustible el hidrógeno por ser el elemento más puro y eficiente para las SOFC.
En el ánodo, el combustible se descompone liberando electrones, que generan electricidad. Mientras que, en el cátodo, los iones de oxígeno se combinan con electrones y oxígeno para formar oxígeno molecular. Liberando calor que puede ser aprovechado para aplicaciones de calefacción o cogeneración, donde se utiliza simultáneamente para calentar agua o espacios mientras se genera electricidad. Esta es una ventaja desde el punto de vista ambiental, ya que no emiten contaminantes atmosféricos durante su funcionamiento.
¿Cuánto dura una de estas pilas? La vida útil de una SOFC varía dependiendo de la calidad de los materiales, el diseño, los ciclos de operación, el control de temperatura, las condiciones de operación y el mantenimiento. Generalmente puede oscilar entre 20,000 y 40,000 horas de operación continua (2 a 4 años). El principal factor y determinante para asegurar un funcionamiento eficiente y duradero de las SOFC es la elección de los materiales adecuados.
Deben seleccionarse aquellos materiales que posean características como resistencia a altas temperatura entre 600 °C a 1000 °C sin deformarse ni deteriorarse. Tener alta conductividad iónica y electrónica, resistencia a la corrosión por la presencia de gases agresivos, conductividad térmica adecuada para permitir la disipación de calor generado durante la operación. Pero lo más importante para implementar la tecnología, es ser asequibles y disponerse de gran cantidad del material para escalar este producto.
La familia de cerámicos avanzados es la que mejor se ha adaptado. Sin embargo, aún son materiales costosos y con métodos de fabricación complejos. A pesar de estos desafíos que aún existen para comercializar más las SOFC a un nivel comunitario, prometen una serie de beneficios y avances en un futuro.
Las SOFC son una tecnología emocionante y prometedora en el campo de la generación de energía reconciliada con el ambiente y la sociedad. Su capacidad para operar de manera eficiente, su baja huella de carbono y su versatilidad las hace candidatas a desempeñar un papel importante en la transición hacia una economía más sostenible.
Por Verónica Cecilia Bringas Rodríguez.
Profesora del Departamento de Ciencias Naturales de la Universidad Católica San Pablo.