Es bien sabido que el mundo se mueve en la dirección de fuentes de energía verde. Se están realizando avances en la investigación en sectores que van más allá de la energía eólica, solar y geotérmica. Recientemente, se han anunciado dos avances en la producción, almacenamiento y transporte del hidrógeno gaseoso.
El uso del hidrógeno como fuente de energía es más favorable que muchas otras fuentes de energía “verde” porque el único subproducto del uso del hidrógeno es el agua. Con los avances en tecnología y en los procesos, el gas hidrógeno podría muy bien ser la energía del futuro.
Los problemas actuales con el almacenamiento y transporte del hidrógeno
Actualmente, el transporte y el almacenamiento de hidrógeno son costosos y peligrosos. Comprimir el gas y convertirlo en líquido para ser transportado requiere mucha energía. Esto ha inhibido el crecimiento de la industria del hidrógeno y hace que el uso del gas en aplicaciones generalizadas, como vehículos, no sea tan amigable con el ambiente, ni tan seguro.
- Existen tres métodos de almacenamiento de hidrógeno
- En tanques de alta presión como gas comprimido
- En dewars o tanques como líquido que debe mantenerse a una temperatura de
-253°C
- Como sólido en metales o compuestos químicos mediante reacciones químicas o absorción
Los métodos tradicionales de transporte de hidrógeno requieren que el gas se comprima hasta convertirse en líquido utilizando equipos criogénicos especializados que son muy costosos y consumen mucha energía. El transporte de hidrógeno líquido también es muy peligroso y requiere costosas medidas de seguridad, lo que impide la viabilidad del uso del gas hidrógeno en numerosas aplicaciones. Normalmente le hidrógeno líquido se transporta por todo el mundo en cargueros criogénicos especialmente construidos.
¿Qué sucedería si dispusiéramos de un método más seguro, eficiente y sencillo para transportar y almacenar no sólo hidrógeno gaseoso, sino también otros gases? Éstas son sólo las ideas de varios investigadores de todo el mundo que han estado trabajando para hacer realidad este concepto. Se están logrando avances significativos, y la investigación está mostrando resultados prometedores y un gran potencial para aplicaciones prácticas cotidianas.
¿Hidrógeno gaseoso en polvo?
Cuando uno piensa en gases, probablemente lo último que se le viene a la cabeza es un polvo. Sin embargo, si encontráramos formas de almacenar el gas hidrógeno en un polvo estable, podríamos crear soluciones prácticas, seguras y energéticamente eficientes para el transporte y el uso del hidrógeno como fuente de energía para todo, desde alimentar nuestros hogares y vehículos hasta proporcionar una fuente de energía a los procesos de fabricación. Esto podría reducir significativamente nuestras emisiones y nuestra huella de carbono en todo el mundo.
En los últimos meses se han anunciado dos avances en el almacenamiento y la producción de hidrógeno gaseoso. El primero es la capacidad de atrapar con éxito el gas hidrógeno en un polvo estable, un proceso desarrollado en la Universidad de Deakin. El otro es un compuesto poroso de silicio llamado Si+ que crea gas hidrógeno mediante una reacción química con el agua. Ambos ofrecen la promesa de un método de generación de hidrógeno gaseoso como fuente de energía.
A continuación discutiremos más sobre estos dos polvos revolucionarios y como están cambiando la industria energética.
Método de la universidad Deakin
Este nuevo e innovador método de almacenamiento fue desarrollado por dos científicos australianos del Instituto de Materiales Fronterizos de la Universidad de Deakin. Estos científicos especializados en nanotecnología crearon un proceso mecano químico con el que pueden conseguir la separación y el almacenamiento de gases mediante un método llamado molienda de bolas, utilizando al mismo tiempo niveles precisos de presión de gases.
En pocas palabras, colocan un polvo, en este caso nitruro de boro, en un cilindro giratorio que contiene bolas de acero. Al introducir el gas de hidrógeno a niveles de presión precisos mientras las bolas de acero y el polvo se hacen girar a través de un proceso de molienda de bolas, consiguieron desencadenar una reacción en la que el polvo absorbe el gas.
Este proceso permite crear un medio de almacenamiento en estado sólido capaz de mantener los gases a temperatura ambiente hasta que se necesiten. Cuando se necesita el gas, basta con calentar el polvo cargado hasta cierto punto para liberar el hidrógeno. El proceso es repetible, y el polvo de nitrito de boro conserva la mayor parte de su capacidad de almacenamiento después de cada uso, lo que hace que el proceso resulte económico.
También pueden utilizarse otros polvos. Según los científicos, el polvo de grafeno también funciona como medio de almacenamiento, y están buscando formas de limpiar los polvos y restaurar su capacidad de absorción. Es posible que otros polvos más abundantes y baratos también funcionen, pero la investigación aún está en sus inicios y todavía queda mucho por aprender.
El punto de vista económico
Este proceso está demostrando su viabilidad para la separación de gases hidrocarburos del petróleo crudo utilizando una fracción de la energía necesaria en el proceso actual. De hecho, podría utilizar menos del 10% de la energía que se necesita actualmente.
Para separar los gases de hidrocarburo del petróleo crudo, la industria petrolera utiliza un proceso de “destilación criogénica”. Este proceso utiliza una enorme cantidad de energía para enfriar los gases hasta convertirlos en líquido y volverlos a calentar lentamente. Como cada gas se evapora a su propia temperatura, se pueden recoger los gases por separado a medida que aumenta gradualmente la temperatura.
El proceso de molienda por bolas podría hacer lo mismo con la misma eficacia, pero sin necesidad de utilizar grandes cantidades de energía. Los científicos de la Universidad de Deakin descubrieron que podía separar distintos gases utilizando diferentes intensidades de molienda, periodo de tiempo y presiones de gas. Básicamente, tienen un conjunto de parámetros que ejecutan para extraer un determinado gas del polvo. A continuación, se retira el polvo, se sustituye y se vuelve a iniciar el proceso con un nuevo conjunto de parámetros que ejecutan para extraer un determinado gas del polvo.
Esencialmente, son capaces de absorber gases uno a uno a partir de una mezcla en polvos estables que pueden mantenerse a temperatura ambiente. No se necesitan peligrosos tanques presurizados ni costosos equipos criogénicos.
Algunos posibles inconvenientes del hidrógeno en polvo
Aunque este proceso puede llevar un poco más de tiempo que los métodos actuales, el ahorro de energía y emisiones hace que valga la pena.
Otro obstáculo es el factor peso/volumen. Actualmente, por cada gramo de polvo, el potencial de almacenamiento de hidrógeno es de 0.0065 gramos, lo que equivale a unos 0.11 litro s de gas hidrógeno comprimido. Además, por cada kilogramo de hidrógeno que se transporte, se necesitarían 14.4 kilogramos de polvo. Este peso es un poco mayor que si se transportara el hidrógeno comprimido, en donde, por cada kilogramo de hidrógeno, se necesitaría un tanque de 9 kilogramos. Además, el polvo necesitaría su propio contenedor y sistema de liberación de calor. Sin embargo, el ahorro energético y de emisiones logrado al principio del proceso sigue haciendo de ésta una solución viable para el almacenamiento y transporte del gas hidrógeno.
Además, si tenemos en cuenta que los buques de carga especializados necesitan transportar hidrógeno líquido, el proceso resulta aún más atractivo. Al tener el hidrógeno gaseoso almacenado en un polvo estable, podríamos transportarlo en un buque de carga tradicional, que ocuparía una fracción del espacio y permitiría transportar otras mercancías al mismo tiempo. Reduciendo aún más las emisiones al ambiente.
El polvo Si+
EPRO Advanced Technology (EAT), una compañía de energía renovable, ha desarrollado un material de silicio poroso denominado Si+. En lugar de almacenar el hidrógeno gaseoso en un polvo, el Si+ puede mezclarse con agua para crear hidrógeno gaseoso en el punto de uso. El polvo Si+ puede crearse a partir de una fuente de energía renovable y silicio de grado metalúrgico que puede obtenerse de la arena o a partir de paneles solares reciclados u otros equipos electrónicos.
Este avance podría ser enorme. No sólo resuelve el problema de producir gas hidrógeno prácticamente sin huella de carbono, sino que también evita que los aparatos electrónicos y los paneles solares lleguen a nuestros vertederos. El polvo de Si+ es seguro y fácil de transportar. Todo lo que hay que hacer es mezclar el polvo con agua a cualquier temperatura superior a 32°F. Lo único que queda después del proceso es dióxido de silicio, que puede utilizarse para fabricar hormigón.
Al igual que el polvo de la Universidad de Deakin, el polvo Si+ pesaría más que los métodos actuales de almacenamiento y transporte de hidrógeno, pero ocuparía mucho menos espacio. Además, el hecho de que todo el proceso, de principio a fin, tenga un potencial de cero residuos y emisiones constituye un argumento importante para generalizar el uso del material.
Pasar el Gas Verde a las generaciones futuras
Aunque estos dos materiales procesados tienen un enorme potencial, aún queda mucho por investigar, afinar y analizar los costes antes de que puedan adoptarse y aplicarse de forma generalizada. Pero se trata de un paso en la dirección correcta para ayudar a reducir nuestro impacto sobre el medio ambiente y, al mismo tiempo, crear un lugar de trabajo más seguro para todos los implicados en la producción y el transporte del gas hidrógeno.
La Agencia Internacional de la Energía (AIE) cree que ha llegado el momento de explorar el potencial del hidrógeno para crear una economía mundial del hidrógeno limpio.
“El hidrógeno goza hoy de un impulso sin precedentes. El mundo no debería perder esta oportunidad única de hacer del hidrógeno una parte importante de nuestro futuro energético limpio y seguro.” Dr. Fatih Birol – Director Ejecutivo de la Agencia Internacional de la Energía.
Con el coste de fuentes de energía renovables como la eólica y los paneles solares (fotovoltaica), la promesa de la producción ecológica de hidrógeno a escala industrial está a la vista. El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) está invirtiendo 100 millones de dólares en investigación y desarrollo de hidrógeno verde y celdas de combustible. Para 2030, la Unión Europea invertirá 430.000 millones de dólares en hidrógeno verde para alcanzar sus objetivos de “Nuevo Acuerdo Verde” en un futuro de energías renovables. Mission Innovation, una iniciativa global que representa más del 90% de las inversiones públicas mundiales en innovación de energía limpia, está invirtiendo en las tecnologías para aumentar la competitividad de costes del hidrógeno limpio con el objetivo de reducir el coste final a 2.00 $/kg para 2030.
Nuestros equipo de expertos de Noah Chemicals conocen los sistemas de transporte portátiles para la generación de hidrógeno. Actualmente estamos colaborando con empresas que investigan métodos nuevos e innovadores para producir cantidades sustanciales de producción de hidrógeno en el punto de uso de forma muy eficiente y ocupando poco espacio.
Esperamos ver más avances en el uso del hidrógeno en polvo y otros métodos para lograr un futuro ecológico y estamos deseosos de facilitar el proceso.
Para obtener más información sobre cómo Noah Chemicals puede ayudarle con las formulaciones e innovaciones de hidrógeno en polvo, póngase en contacto con nuestro equipo de Noah Chemicals Services aquí o llámenos al (888) 291-1186.
