Los tipos de almacenamiento de hidrógeno en materiales
Los investigadores mantienen una carrera intelectual para alcanzar la mejor técnica de almacenamiento de hidrógeno en materiales. A día de hoy, los principales métodos son los siguientes:
Almacenamiento en materiales sólidos
Hay dos materiales destacados en este tipo, que son los hidruros metálicos y los nanomateriales.
Los hidruros metálicos almacenan hidrógeno a través de la formación de compuestos químicos entre el hidrógeno y un metal o aleación. El hidrógeno se adsorbe en el material y forma hidruros. Los materiales más comunes son: aleaciones como el LaNi5, TiFe, Mg2Ni, y TiV.
Sus ventajas son: alta densidad volumétrica de almacenamiento y seguridad. Por otro lado, sus inconvenientes habituales son: su peso elevado, ciclo de vida limitado debido a la degradación de los materiales, y temperatura de operación relativamente alta para liberar el hidrógeno.
Por otro lado, los nanomateriales almacenan hidrógeno mediante adsorción física o química en sus superficies porosas. El hidrógeno se mantiene en los poros del material por fuerzas de Van der Waals. Los materiales habituales empleados son: el grafeno, los nanotubos de carbono, los materiales organometálicos (MOFs), y las zeolitas.
Sus caracteristicas favorables son: su alta área superficial y capacidad de almacenamiento ajustable. Sin emabargo, los desafios para su desarrollo son las dificultades economicas y la escalabilidad.
Almacenamiento de hidrógeno en materiales líquidos
Cuando tratamos el tema del almacenamiento de hidrógeno en materiales líquidos, hay dos componentes que destacan sobre el resto. Se trata de los hidrocarburos y líquidos iónicos.
Los hidrocarburos almacenan hidrógeno químicamente en sus enlaces C-H. El hidrógeno se libera mediante procesos de descomposición química, como el reformado con vapor. Dentro de los hidrocarburos empleados para almacenar hidrógeno en materiales líquidos destacan el metanol, etanol, amoniaco.
A favor tienen su alta densidad energética y facilidad de manejo y transporte. Sin embargo, las barreras que impiden su desarrollo son las emisiones de CO2, excepto el amoniaco verde de cero emisiones. También, requiere infraestructuras complejas para el reformado y la purificación del hidrógeno.
Los líquidos iónicos y los combustibles líquidos orgánicos (LOHCs) almacenan hidrógeno a través de reacciones químicas reversibles. El hidrógeno se adsorbe en el líquido y puede ser liberado mediante catalizadores. Los compuestos líquidos más usados son: bencina, tolueno, metilciclohexano. Como aspectos favorables presentan: facilidad de transporte y almacenamiento a temperatura y presión ambientales. Mientras que en aspectos a mejorar está su baja eficiencia y la disponibilidad de materiales.
La investigación de almacenamiento de hidrógeno en materiales
El profesor Hyunchul Oh ha logrado avances en el campo del almacenamiento de hidrógeno en materiales. Su equipo pertenece al Departamento de Química en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) en Corea del Sur. Su aportación al almacenamiento de hidrógeno en materiales se basa en la aplicación de una tecnología de adsorción de alta densidad para la creación de un hidruro complejo nanoporoso.
Este hidruro es fruto de la innovadora investigación. Exhibe la capacidad no solo de almacenar hidrógeno, sino de hacerlo de manera excepcionalmente eficiente, superando las expectativas previas. La estructura tridimensional única del hidruro permite alojar hasta cinco moléculas de hidrógeno, estableciendo un nivel sin precedentes de almacenamiento de alta densidad. Un avance que puede revolucionar la industria de electrolizadores.
La búsqueda de nuevos materiales
La investigación se enfoca en la exploración de materiales nanoporosos. Este tipo de material está caracterizados por la presencia de diminutos agujeros. Esta propiedad es idonea para el almacenamiento de gases. Aunque existe un interés significativo en estos materiales, el desafío reside en lograr almacenar grandes cantidades de gas en un espacio reducido. El equipo de investigadores empleó varios métodos científicos para analizar un material particular compuesto de magnesio y boro, conocido por sus pequeños agujeros y una superficie interior con carga negativa, capaz de atraer y retener gases como el hidrógeno y el nitrógeno.
Este material reveló la capacidad de contener 2,33 moléculas de hidrógeno y 0,66 moléculas de nitrógeno por cada molécula del propio material. Las moléculas de hidrógeno, notablemente compactas, alcanzan una densidad aproximadamente el doble de la del hidrógeno en estado líquido. Este estudio demuestra la posibilidad de «empaquetar» el vector de forma extraordinariamente compacta en estos materiales nanoporosos, incluso a presiones normales, lo que podría tener implicaciones cruciales para el almacenamiento eficiente de gases en el futuro.
«Nuestro innovador material representa un cambio de paradigma en el ámbito del almacenamiento de hidrógeno y ofrece una alternativa convincente a los enfoques tradicionales», dijo el profesor Oh. Según los autores, el impacto de esta investigación es más evidente en sus implicaciones para el transporte público. «Con soluciones de almacenamiento más compactas, los autobuses, trenes y otros medios de transporte colectivo podrían aprovechar la energía del hidrógeno y reducir las emisiones».
Fuente consultada: Nature
