Almacenamiento de hidrógeno

Almacenamiento de hidrógeno

El hidrógeno existe en forma gaseosa en condiciones normales, lo que dificulta su almacenamiento y transporte. Hay tres métodos para almacenar hidrógeno: almacenamiento gaseoso a alta presión, almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura y almacenamiento con hidruro metálico.

1. Almacenamiento gaseoso a alta presión

   El hidrógeno gaseoso puede almacenarse en instalaciones subterráneas o en cilindros de acero. Para reducir el volumen de almacenamiento, es necesario comprimir el gas hidrógeno, lo que requiere una cantidad considerable de energía de compresión. Normalmente, un cilindro de acero a alta presión lleno de hidrógeno a 20 MPa sólo representa el 1,6% del peso total, mientras que los cilindros de titanio utilizados para aplicaciones espaciales sólo almacenan el 5% del peso del hidrógeno.

2. Almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura

   El gas hidrógeno se puede enfriar a -253 °C para volverse líquido y luego almacenarse en contenedores aislados de alto vacío. La tecnología de almacenamiento de hidrógeno líquido se utilizó inicialmente en aplicaciones aeroespaciales y, aunque el coste de almacenamiento es mayor, la tecnología de seguridad es más compleja. Actualmente, la investigación se centra en contenedores de almacenamiento de hidrógeno altamente aislados. Se ha desarrollado un nuevo tipo de recipiente lleno de microesferas porosas intersticiales. Estas microesferas de sílice tienen diámetros que varían de 30 a 150 micrómetros, con centros huecos y paredes de aproximadamente 1 a 5 micrómetros de espesor. Algunas de estas microesferas están recubiertas de aluminio para minimizar la conductividad térmica e inhibir completamente la transferencia de calor por convección entre partículas. La mezcla de algunas microesferas recubiertas de aluminio (normalmente entre un 3% y un 5%) con microesferas no recubiertas bloquea eficazmente la transferencia de calor por radiación. Este nuevo tipo de contenedor de aislamiento térmico, con sus excepcionales propiedades aislantes, supera a los contenedores aislados de alto vacío estándar y se considera un tanque de almacenamiento de hidrógeno líquido ideal. La NASA ha adoptado ampliamente este nuevo tipo de contenedor de almacenamiento de hidrógeno.

3. Almacenamiento de hidruros metálicos.

   Existe una reacción reversible entre el hidrógeno y los hidruros metálicos. Cuando se aplica calor al hidruro metálico desde el exterior, se descompone en metal hidrogenado y libera gas hidrógeno. Por el contrario, cuando el hidrógeno y el metal juntos forman un hidruro, el hidrógeno se almacena en forma sólida en su interior. Los hidruros metálicos utilizados para el almacenamiento de hidrógeno son en su mayoría aleaciones compuestas de múltiples elementos. Se han investigado en todo el mundo varias aleaciones exitosas para el almacenamiento de hidrógeno, que pueden clasificarse en cuatro categorías: en primer lugar, aleaciones de tierras raras de lantano-níquel, que pueden almacenar 153 L de hidrógeno por kilogramo de aleación de lantano-níquel; en segundo lugar, la serie hierro-titanio, que es actualmente el material de almacenamiento de hidrógeno más utilizado, con una gran capacidad de almacenamiento cuatro veces mayor que la anterior, bajo coste, alta reactividad y capacidad de liberar hidrógeno a temperatura y presión ambiente, proporcionando gran comodidad de uso; en tercer lugar, la serie del magnesio, que tiene la mayor capacidad de absorción de hidrógeno entre los elementos metálicos, pero requiere 287°C para liberar hidrógeno y lo absorbe muy lentamente, lo que limita su uso práctico; En cuarto lugar, las series de elementos múltiples como el vanadio, el niobio y el circonio, que son metales preciosos en sí mismos y, por tanto, sólo aptos para determinadas ocasiones especiales. Los principales problemas en el almacenamiento de hidruros metálicos son la baja capacidad de almacenamiento de hidrógeno, los altos costos y las altas temperaturas de liberación de hidrógeno. La investigación adicional sobre las propiedades químicas y físicas de los hidruros metálicos, incluidas las curvas de equilibrio presión-temperatura, las tasas de conversión de reacciones durante la formación y la estabilidad química y mecánica, para buscar mejores materiales de almacenamiento de hidrógeno, es un tema digno de mención en el desarrollo y utilización de la energía del hidrógeno. Los dispositivos de almacenamiento de hidruro metálico están disponibles tanto en forma estacionaria como móvil. Pueden servir como fuente de combustible y materiales de hidrógeno, absorber calor residual, almacenar energía solar y usarse como bombas o compresores de hidrógeno.