Celda de combustible de metanol reformada

Los sistemas de celdas de combustible de metanol reformado ( RMFC ) o celdas de combustible de metanol indirecto ( IMFC ) son una subcategoría de celdas de combustible de intercambio de protones donde el combustible, metanol (CH ₃ OH), se reforma antes de ser introducido en la celda de combustible .

Los sistemas RMFC ofrecen ventajas sobre los sistemas de pilas de combustible de metanol directo (DMFC), entre las que se incluyen una mayor eficiencia, pilas de celdas más pequeñas, menores requisitos de pureza del metanol, ausencia de gestión del agua, mejor funcionamiento a bajas temperaturas y almacenamiento a temperaturas bajo cero, ya que el metanol es líquido entre -97,0 y 64,7 °C (-142,6 y 148,5 °F) y no existe una mezcla líquida de metanol y agua en las celdas que pueda dañar la membrana de las DMFC en caso de heladas.  

La razón de la alta eficiencia de las RMFC, en contraste con las DMFC, radica en que se alimenta la pila de combustible con hidrógeno en lugar de metanol, y la sobretensión (pérdida de potencia por conversión catalítica) en el ánodo es mucho menor para el hidrógeno que para el metanol. La desventaja es que los sistemas RMFC operan a temperaturas más elevadas y, por lo tanto, requieren una gestión térmica 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 ( portador de hidrógeno ) y puede reformarse con vapor para obtener hidrógeno a bajas temperaturas, en comparación con otros combustibles de hidrocarburos . Además, el metanol es de origen natural, biodegradable y de alta densidad energética.

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 balance de planta ). ^{[ 2 ]}

El cartucho de combustible almacena el metanol . Dependiendo del diseño del sistema, se suele utilizar metanol puro (estándar industrial IMPCA) o una mezcla de metanol con hasta un 40 % de agua como combustible para el sistema RMFC. El metanol puro reduce el consumo de combustible en comparación con la mezcla de agua y metanol (premezcla), pero aumenta la complejidad del sistema de la pila de combustible debido a la condensación de la humedad del cátodo.

Los costos de combustible para las pilas de combustible de metanol renovable (RMFC) suelen ser de entre 0,4 y 1,1 USD/kWh (metanol convencional) o de entre 0,45 y 1,3 USD/kWh ( metanol renovable producido a partir de residuos municipales o electricidad renovable). En comparación, para una pila de combustible PEM de baja temperatura alimentada con hidrógeno, los costos del hidrógeno convencional (en paquetes de botellas) son de entre 4,5 y 10 USD/kWh.

Metanol → Oxidación parcial (POX)/ Reformado autotérmico (ATR) → Reacción de desplazamiento del gas de 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 a 300  °C.

→El conjunto de electrodos de membrana (MEA) de la pila de combustible produce electricidad en una reacción que combina H₂ ₍ reformado a partir de metanol en el procesador de combustible) y O₂ _y produce agua (H₂O ₎ como subproducto. Generalmente se utiliza una pila de combustible de membrana de intercambio de protones de baja temperatura (LT-PEMFC) o una pila de combustible de membrana de intercambio de protones de alta temperatura (HT-PEMFC) para las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (RMFC).

combustor de gases de cola (TGC) postquemador de combustión catalítica o ( combustión catalítica ) con un catalizador ^de platino - alúmina (Pt– _Al₂O₃ ) ^{[ 3 ] [} ₄ ^{] [ 5 ]} → condensador

El sistema auxiliar (BOP, por sus siglas en inglés) incluye las bombas de combustible , los compresores de aire y los ventiladores necesarios para la circulación del gas y el líquido en el sistema. Además, suele ser necesario un sistema de control para el funcionamiento y la monitorización del 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,, ha cumplido con los objetivos de tolerancia ambiental , seguridad y rendimiento establecidos por el Centro de Investigación, Desarrollo e Ingeniería de Comunicaciones y Electrónica del Ejército de los Estados Unidos y está disponible comercialmente.

También se encuentran disponibles sistemas de mayor potencia, de 350 W a 8 MW, para diversas aplicaciones, como la generación de energía en centrales eléctricas, la generación de energía de respaldo, el suministro de energía de emergencia , la unidad de potencia auxiliar (APU) y la extensión de la autonomía 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 del motor. Por ello, el uso de RMFC en aplicaciones fuera de la red (por ejemplo, mantenimiento de carreteras) y en zonas remotas (por ejemplo, telecomunicaciones, zonas montañosas) suele preferirse a los grupos electrógenos diésel .

Asimismo, se consideran ventajosas otras características como la biodegradabilidad del metanol, la posibilidad de utilizar metanol renovable, los bajos costes de combustible, la ausencia de emisión de partículas/NOx, el bajo nivel de ruido y el bajo consumo de combustible (largo intervalo entre repostajes).

El deportivo eléctrico Gumpert Nathalie incorpora tecnología RMFC.

La empresa danesa Blue World Technologies está construyendo la planta más grande del mundo para producir pilas de combustible de metanol indirecto para aplicaciones automotrices.

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