Análisis de ciclo de vida de ánodos de óxido de cobre y ceria dopada con molibdeno para celdas de combustible de óxido sólido

Abstract

El aumento en la demanda y generación de energía es uno de los desafíos más importantes que ha enfrentado la humanidad en los últimos años. Esto ha traído consigo un incremento en el uso de combustibles fósiles, lo que ha repercutido negativamente en el medio ambiente.Debido a esto, es que las celdas de combustible aparecen como una alternativa atractiva para reducir el impacto ambiental. El presente trabajo, tuvo como objetivo evaluar el impacto ambiental asociado a la producción de un ánodo de cermet de óxido de cobre (CuO), ceria dopada con molibdeno (CMO) y circona dopada con itria (YSZ), el cual tiene aplicaciones en celdas de combustible de óxido sólido. Esta evaluación se llevó a cabo utilizando la herramienta de análisis de ciclo de vida y se cuantificó el impacto ambiental mediante el indicador de Potencial de Calentamiento Global (PCG). Se realizó una revisión bibliográfica para de-terminar las materias primas y operaciones unitarias a considerar. El ánodo fabricado es de naturaleza cerámica, por lo que se evaluó una ruta productiva para este tipo de materiales.Se designó como unidad funcional, un ánodo de 100 cm2 de área y 0,05 cm de grosor, donde todos los flujos fueron calculados en función de esta unidad.Se obtuvo que la fabricación del ánodo estudiado, posee un PCG de 0,480 kg de CO2 eq, teniendo que la fabricación de CMO y YSZ abarcan más del 80 % de las emisiones totales del proceso. Desglosando el impacto relacionado al CMO, se obtuvo que la producción de trióxido de molibdeno, una de las materias primas del CMO, es la fuente que más emisiones genera a nivel global, contribuyendo con cerca del 20 % de las emisiones totales. Debido a esto es que se realizó un análisis de sensibilidad, variando el porcentaje másico de dopaje de molibdeno, el cual inicialmente era del 10 % en peso, a 7 % y 5 %. Se logró una reducción en las emisiones, teniendo un PCG de 0,457 kg de CO2 eq y 0,442 kg de CO2 eq, respectivamente, para cada caso.Para el caso más favorable, que corresponde al del 5 % en peso de molibdeno, se consiguió una disminución de un 9 % en las emisiones con respecto al caso base. Se comparó el impacto ambiental de este ánodo con su competencia directa, el cual corresponde a un ánodo de CuO y ceria dopada con gadolinio (GDC), donde se obtuvo que el de CuO-CMO-YSZ genera menores emisiones, para los casos del 5 % y 7 % en peso, que el de CuO-GDC.Finalmente, se recomienda disminuir el porcentaje de dopaje de molibdeno en el CMO,a niveles inferiores al 9 %, esto asegura menores emisiones asociadas a su fabricación en comparación al ánodo de CuO-GDC. Siguiendo esta misma linea, se propone el aumento en la cantidad de CuO en el sustrato a porcentajes superiores al 5 % en peso. Finalmente, como recomendación final, se sugiere realizar un mayor número de pruebas de desempeño energético para el ánodo estudiado, considerando la variación en las cantidades de CMOy CuO mencionadas anteriormente, con el fin de obtener un rendimiento similar al de su competencia directa, para así poder concluir que este es más amigable al medio ambiente.