Un material nanoporoso que retenga hidrógeno al doble de la densidad del líquido criogénico H2 podría abordar los desafíos del almacenamiento de hidrógeno a gran escala que han frenado este combustible limpio. De hecho, almacena más hidrógeno en volumen que el propio hidrógeno sólido.
El hidrógeno está encontrando muchas aplicaciones como combustible limpio: en camiones y vehículos comerciales, en la aviación y el transporte marítimo de corto alcance, por ejemplo, donde transporta considerablemente más energía por peso y volumen que las baterías de litio y puede ofrecer cifras de autonomía superiores y un repostaje rápido. Puedes quemarlo más o menos como gasolina, o pasarlo por una celda de combustible para generar energía eléctrica.
tiene el Mayor energía por masa de cualquier combustible., pero es complicado almacenarlo. Guárdelo en tanques de gasolina y necesitará una compresión de unas 700 atmósferas. Manténgalo en forma líquida y deberá mantener temperaturas criogénicas a solo 20 grados por encima del cero absoluto. E incluso cuando se lo aplasta en un líquido sobreenfriado, puede que sea liviano, pero ocupa una cantidad de volumen sorprendente e inconveniente, lo que hace que consuma mucha energía y sea difícil de empaquetar cuando el espacio es un problema.
Ahora, investigadores coreanos dicen que han creado un material que almacena hidrógeno con el doble de densidad que su forma líquida criogénica. «Nuestro material innovador representa un cambio de paradigma en el ámbito del almacenamiento de hidrógeno, ofreciendo una alternativa convincente a los enfoques tradicionales», dijo Hyunchul Oh, del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), autor principal de esta nueva investigación.
Como molécula, el hidrógeno puede adsorberse físicamente en un material poroso en un proceso llamado fisisorción. Los materiales altamente porosos han demostrado previamente la capacidad de almacenar una gran cantidad de hidrógeno por unidad de masa, pero han tenido dificultades para almacenar mucha energía en un volumen pequeño.
Hasta ahora. El equipo sintetizó borohidruro de magnesio nanoporoso (Mg(BH4)2), una estructura con átomos de hidrógeno parcialmente cargados negativamente que forman la superficie interna del nanoporo, lo que permite la absorción de hidrógeno y nitrógeno. Aunque tanto el nitrógeno como el hidrógeno pueden entrar en los poros, los investigadores descubrieron que la absorción de gas del hidrógeno era tres veces mayor, ya que ambos ocupan diferentes sitios de adsorción en los poros.
Los investigadores observaron que la alta densidad de hidrógeno en los poros pequeños se debía a la forma anisotrópica (dependiente de la dirección) de las moléculas de hidrógeno que normalmente se ven como esferoides muy compactos a presiones cercanas a la ambiental. El material almacenó un grupo de cinco moléculas de hidrógeno en una disposición tridimensional, mejorando la capacidad volumétrica.
Descubrieron que Mg(BH4)2 podría almacenar una cantidad sin precedentes de 144 g de hidrógeno por litro de volumen de poros, en comparación con los 70,8 g/l logrados por el H2 líquido criogénico, o incluso los 86 g/l que se obtienen con el hidrógeno sólido.
Los investigadores dicen que sus hallazgos abordan desafíos críticos en el almacenamiento de hidrógeno a gran escala y mejoran la eficiencia y la viabilidad económica del hidrógeno.
¿Será ésta la solución para los aviones propulsados por hidrógeno? Posiblemente no. Como Val Miftakhov de ZeroAvia nos lo explicó Hace varios años, los sistemas de H2 líquido en un entorno de aviación podían alcanzar una fracción de masa de hidrógeno de alrededor del 30%, y el otro 70% del peso lo agregaban los tanques y el equipo de crioenfriamiento. Este material de almacenamiento de nanoporos, según el estudio, ofrece una fracción de masa del 21,7%, por lo que transporta el doble de energía por peso que el H2 gaseoso en los tanques, pero un sistema líquido criogénico será más ligero.
Por otro lado, definitivamente podría desempeñar un papel en el transporte marítimo o por carretera de larga distancia, donde el peso es un problema menor y el volumen es más importante. Y ciertamente, parece el mejor método hasta el momento para situaciones de almacenamiento de energía estática, en las que el hidrógeno podría usarse más o menos como una batería.
Nos gustaría saber más sobre cómo se libera, bajo qué tipo de temperaturas y presiones funciona, y cuál podría ser la pérdida de energía de ida y vuelta al almacenar hidrógeno de esta manera, pero ciertamente parece un desarrollo innovador en el campo.
El estudio fue publicado en la revista Química de la naturaleza.
Fuente: UNISTA