Podría abaratar su uso como combustible limpio
Buenos Aires-(Nomyc)-Hace años que el hidrógeno es, para los especialistas una de las alternativas más prometedoras a los combustibles fósiles, ya que cuando se utiliza en una pila de combustible, produce electricidad sin emisiones directas de dióxido de carbono, generando únicamente agua como subproducto, pero sin embargo, uno de los grandes obstáculos para su expansión ha sido siempre el mismo: ¿cómo almacenarlo de forma segura, eficiente y económicamente viable?
Ahora, un equipo de investigadores de varias universidades chinas logró un avance que podría ayudar a resolver parte de este desafío, ya que mediante una innovadora estrategia de nanoingeniería, desarrollaron materiales capaces de almacenar y liberar hidrógeno a temperaturas cercanas a las ambientales, algo que hasta ahora requería condiciones mucho más exigentes y costosas.
El gran problema del hidrógeno no es producirlo, es guardarlo: aunque gran parte del debate público se centra en cómo producir hidrógeno verde mediante energías renovables, el Almacenamiento, representa otro cuello de botella igualmente importante.
El hidrógeno es el elemento más ligero del universo, ocupa mucho volumen y necesita altas presiones o temperaturas extremadamente bajas para almacenarse en cantidades significativas, lo que implica depósitos especiales, elevados costes energéticos y complejos sistemas de seguridad, por lo que numerosos grupos de investigación trabajan desde hace años en los llamados “materiales portadores de hidrógeno”, compuestos capaces de absorberlo, almacenarlo temporalmente y liberarlo cuando sea necesario.
Entre ellos destaca el “borohidruro de litio” o (LiBH₄), un material con una capacidad de almacenamiento muy elevada, aunque el inconveniente es que, una vez libera el hidrógeno, “regenerarlo para volver a utilizarlo suele requerir grandes cantidades de energía”.
Una solución basada en estructuras a escala nanométrica: los investigadores descubrieron que la clave se encuentra en manipular la materia a una escala extremadamente pequeña, ya que a través de simulaciones avanzadas, identificaron ciertos átomos de boro superficiales muy reactivos, denominados por los científicos como “átomos Bspike” que actúan como lugares privilegiados donde el hidrógeno puede volver a unirse al material.
Las simulaciones, revelaron además un dato muy interesante: cuanto más pequeñas son las partículas de boro, mayor es la proporción de estos sitios reactivos, es decir que en otras palabras, reducir el tamaño de las partículas hasta dimensiones nanométricas multiplica las posibilidades de que el hidrógeno vuelva a incorporarse al material de almacenamiento.
El papel fundamental del níquel: para aprovechar este fenómeno, el equipo fabricó un nuevo nanocompuesto formado por dos elementos principales:
La combinación resulta muy eficaz, porque el níquel desempeña dos funciones simultáneas, ya que por una parte, ayuda a romper las moléculas de hidrógeno (H₂) en átomos individuales, lo que facilita su incorporación al material y por otra, modifica las interacciones químicas del boro, haciendo que este sea mucho más receptivo durante el proceso de recarga.
El resultado es un sistema capaz de regenerar el material de almacenamiento a tan solo 30 °C, una temperatura muy cercana a la ambiental, lo que representa un cambio importante para la economía del hidrógeno
La relevancia del hallazgo va más allá del laboratorio: hasta ahora, muchos sistemas de almacenamiento químico de hidrógeno necesitaban temperaturas elevadas para funcionar correctamente y calentar los materiales, supone gastar energía adicional, lo que reduce la eficiencia global del proceso y encarece la operación.
Al permitir la regeneración a temperaturas mucho más bajas, esta tecnología podría reducir de manera significativa los costos asociados al almacenamiento y transporte del hidrógeno, lo que cobra mucha importancia en sectores difíciles de electrificar mediante baterías convencionales, como:
En estos ámbitos, el hidrógeno ofrece ventajas que las baterías actuales todavía tienen dificultades para igualar debido a cuestiones de peso y autonomía y la carrera mundial por mejorar el almacenamiento de hidrógeno: este avance llega en un momento en el que numerosos países están acelerando sus estrategias relacionadas con el hidrógeno.
La Unión Europea, Japón, Corea del Sur, China y Australia han lanzado programas multimillonarios para impulsar tanto la producción como la distribución de hidrógeno de bajas emisiones y de manera paralela, fabricantes de vehículos pesados y empresas energéticas continúan con el desarrollo de infraestructuras específicas para este combustible, ya que a medida que aumenta la producción de hidrógeno procedente de energías renovables, disponer de sistemas de almacenamiento más eficientes se vuelve cada vez más importante, ya que de poco sirve generar grandes cantidades de hidrógeno limpio si después almacenarlo y transportarlo consume demasiada energía, por lo que avances como este son observados con gran interés por la industria energética mundial.
Del laboratorio a las aplicaciones reales: como ocurre con muchas innovaciones científicas, todavía quedan pasos importantes antes de una posible aplicación comercial y
los investigadores deberán demostrar que estos materiales mantienen su rendimiento durante miles de ciclos de carga y descarga, además de validar su fabricación a gran escala y su viabilidad económica y también será necesario evaluar la disponibilidad de materias primas, los costes industriales y la integración con las infraestructuras de hidrógeno ya existentes, pero aun así, el trabajo demuestra que la nanoingeniería sigue ofreciendo nuevas herramientas para resolver algunos de los problemas más complejos de la transición energética.
Potencial: la posibilidad de almacenar hidrógeno de forma más eficiente y regenerar los materiales a temperaturas cercanas a las ambientales podría facilitar una expansión más rápida de las tecnologías basadas en este combustible limpio.
En un escenario con una creciente penetración de energías renovables, sistemas de almacenamiento avanzados permitirían aprovechar mejor los excedentes de electricidad solar y eólica, reduciendo vertidos energéticos y aumentando la flexibilidad de las redes eléctricas.
A medio plazo, este tipo de materiales podría ayudar a impulsar corredores de transporte pesado con hidrógeno, reducir las emisiones industriales y mejorar la seguridad energética al disminuir la dependencia de combustibles fósiles importados.
No resolverá por sí solo los desafíos de la descarbonización, pero sí representa una pieza importante de un puzle cada vez más amplio, donde cada mejora en eficiencia, almacenamiento y transporte acerca un poco más la posibilidad de un sistema energético limpio, resiliente y compatible con los objetivos climáticos globales.
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