Como portador de energía, el hidrógeno presenta múltiples ventajas en comparación con otras opciones como los combustibles fósiles o las baterías. Es una fuente limpia y renovable que puede ser obtenida a partir de diversas sustancias que lo contienen, como el agua, el carbón y el gas natural, lo que lo convierte en un recurso abundante en la naturaleza. Además, al ser quemado, no emite elementos contaminantes en la atmósfera.
Posee una alta eficiencia energética y su elevado poder calorífico puede utilizarse en pilas de combustible y otros sistemas. Su reacción con el oxígeno no genera emisiones contaminantes de CO2, sino agua, por lo que no contamina. Su baja densidad y alta volatilidad, lo hace muy seguro para su uso en espacios abiertos. Por último, una vez almacenado, puede distribuirse fácilmente, lo que facilita su uso en diferentes aplicaciones: tanto en movilidad, en coches eléctricos pequeños, como en camiones y vehículos comerciales, en la aviación y en el transporte marítimo.
El almacenamiento, la piedra en el zapato del hidrógeno
Frente a las baterías eléctricas, el hidrógeno ofrece una ventaja significativa en términos de energía por peso y volumen. El resultado es una mayor autonomía y tiempos de repostaje muy rápidos. Puede ser utilizado de manera similar a la gasolina o convertido en energía eléctrica a través de una celda de combustible.
Pero uno de los mayores inconvenientes del hidrógeno es su almacenamiento. En un tanque, en estado gaseoso, debe comprimirse a 700 atmósferas para reducir su volumen. Si se mantiene en estado líquido, ha de conservarse a temperaturas criogénicas, 20 grados por encima del cero absoluto. Si se comprime en líquido sobreenfriado, es más ligero, pero ocupa un gran volumen. En cualquier caso, los procesos de compresión requieren un alto consumo de energía.
Un hidrógeno que supera todos los inconvenientes
Un equipo de investigadores coreanos ha anunciado el desarrollo de un material capaz de almacenar hidrógeno con el doble de densidad que su forma líquida criogénica. Hyunchul Oh, del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), director de esta investigación, afirma que este nuevo material “representa un cambio de paradigma en el ámbito del almacenamiento de hidrógeno, ofreciendo una alternativa convincente a los enfoques tradicionales".
La molécula de hidrógeno tiene la capacidad de ser absorbida físicamente en un material poroso a través de un proceso conocido como fisisorción. Aunque los materiales altamente porosos han demostrado anteriormente la capacidad de almacenar una gran cantidad de hidrógeno por unidad de masa, tienen dificultades para almacenar tanta energía en un volumen reducido.
El equipo logró sintetizar borohidruro de magnesio nanoporoso (Mg(BH4)2), una estructura caracterizada por átomos de hidrógeno parcialmente cargados negativamente que conforman la superficie interna del nanoporo, lo que facilita la absorción de hidrógeno y nitrógeno.
Aunque tanto el nitrógeno como el hidrógeno pueden ingresar a los poros, los investigadores observaron que la capacidad de absorción de gas del hidrógeno era tres veces mayor, dado que ambos ocupan diferentes sitios de adsorción en ellos.
Los investigadores notaron que la elevada densidad de hidrógeno en los poros de tamaño reducido se atribuía a la forma anisotrópica de las moléculas de hidrógeno, que normalmente se presentan como esferoides muy compactos a presiones cercanas a la ambiental. El material logró almacenar un grupo de cinco moléculas de hidrógeno en una disposición tridimensional, lo que mejoró la capacidad volumétrica.
Los investigadores descubrieron que el (Mg(BH4)2) tiene la capacidad de almacenar 144 g de hidrógeno por litro de volumen de poro, en comparación con los 70,8 g/l obtenidos con el H2 líquido criogénico o. incluso, los 86 g/l logrados con el hidrógeno sólido.
Según los resultados obtenidos, estos descubrimientos abordan los desafíos críticos en el almacenamiento a gran escala de hidrógeno y mejoran significativamente la eficiencia y viabilidad económica del uso de hidrógeno como fuente de energía.
Aplicaciones del hidrógeno ultradenso
Una primera opción es el uso de este almacenamiento en la aviación. Los sistemas de H2 líquido pueden alcanzar una fracción de masa de hidrógeno de aproximadamente el 30%, mientras que el otro 70% del peso se debe a los tanques y el equipo de crioenfriamiento. Según el estudio, este material de almacenamiento en nanoporos ofrece una fracción de masa del 21,7%, lo que significa que transporta el doble de energía por peso que el H2 gaseoso en los tanques. Es decir, no tendría una aplicación práctica porque un sistema líquido criogénico sería más liviano.
Sin embargo, este método podría ser especialmente útil en el transporte marítimo o terrestre de larga distancia, donde el peso es una propiedad menos crítica y el volumen sí es más relevante. Además, por ahora es la opción más prometedora para aplicaciones de almacenamiento de energía estática, donde el hidrógeno podría funcionar de manera similar a una batería.
