Durante el primer episodio de esta antología del hidrógeno discutimos sobre los distintos métodos de producción, repasando tanto las fuentes no renovables (Reformado de hidrocarburos principalmente) como las renovables (Biomasa y procesos electrolíticos).
Ahora ha llegado el turno de ver qué tecnologías nos permiten su almacenamiento. Y es que si producir hidrógeno vimos que no era ni fácil ni barato, almacenarlo tampoco. Al ser el hidrógeno un elemento tan volátil, mantenerlo “encerrado” en un espacio es bastante complejo. Por ello, la tecnología y el coste implicado en el proceso es muy relevante. Vamos a pasar ahora a presentar las distintas tecnologías disponibles:
- Depósitos a alta presión
- Depósitos de hidrógeno líquido
- Depósito de absorción en aleación
- Depósito híbrido: alta presión y absorción
Depósitos a alta presión
Los depósitos a alta presión son la forma más común a día de hoy de almacenar hidrógeno para aplicaciones automovilísticas. Esto se debe a la simpleza de la estructura y del mecanismo de carga y descarga.
Su principio de funcionamiento es sencillo: dentro del depósito se almacena el hidrógeno a alta presión, debido a esta presión se genera unos esfuerzos en la superficie del depósito que son los que pueden generar la fractura del mismo. A parte tenemos un problema añadido por el hecho de almacenar hidrógeno: el hidrógeno genera fragilidad en los aceros, y sumado a las altas presiones puede hacer fallar los tanques.
Además, a altas presiones (70 MPa, o lo que es lo mismo, presiones de 700 atmósferas) el peso derivado de utilizar acero en los depósitos se vuelve desproporcionado, haciendo necesario el uso de materiales compuestos (lo que hace el depósito todavía más caro si cabe).
Depósitos de hidrógeno líquido
El almacenamiento de hidrógeno de forma líquida viene usandose desde los tiempos de la carrera espacial, donde los tanques de combustible de las lanzaderas Saturno V, al igual que los transbordadores espaciales, se llenaban con oxígeno e hidrógeno líquido, que mezclados en la camara de combustión reaccionan de forma violenta generando una reacción química que impulsa los cohetes hacia el espacio.
Para poder almacenar el hidrógeno de forma líquida, tenemos que mantenerlo a temperaturas criogénicas, ya que debido a su altísima volatilidad no se licua hasta temperaturas de 20K (-253ºC) a presión atmosférica. Debido a esto, los depósitos han de ser construidos con sistemas de aislamiento térmico consistentes en una estructura multicapa con vacío entre medias, para prevenir de esta manera que se caliente el hidrógeno por radiación o por simple convección del líquido.
Debido a que es imposible aislar completamente los tanques, se tienen pérdidas de hidrógeno por vaporización. La cantidad diaria es ínfima, pero puede darse el caso que de dejar felizmente aparcado nuestro coche por varios días o semanas nos encontremos el depósito completamente vacío. A pesar de todas las desventajas, estos depósitos siguen siendo los de mayor densidad de almacenaje disponibles.
Depósitos de absorción en aleaciones
En los depósitos de absorción en aleaciones metálicas el almacenaje se produce por la inclusión de las moléculas de hidrógeno en la aleación metálica, siguiendo el mismo proceso que fragiliza los tanques de acero. A día de hoy, aleaciones metálicas tales como Ti–V–Mn, Ti–V–Cr, Ti–V–Cr–Mn y Ti– Cr (MoRu) se están investigando para mejorar las propiedades de estos depósitos, consiguiendo capacidades de almacenaje de hasta el 2,8% de su peso en hidrógeno.
Esto puede parecer poco, pero las capacidades de almacenaje de estas aleaciones están entre las investigaciones más prometedoras a día de hoy para almacenar el susodicho elemento; pudiendo llegar incluso a alcanzar las densidades de almacenamiento de los depósitos criogénicos. El mayor inconveniente de estos depósitos es la necesidad de refrigeración de los depósitos mientras se carga el hidrógeno así como la dificultad para liberarlo a bajas temperaturas.
Depósitos híbridos de alta presión y absorción
Estos depósitos nacen para mitigar los defectos de ambos sistemas, necesidad de depósitos extremadamente caros en los presurizados y baja liberación de hidrógeno junto con altos tiempos de carga en los de absorción (a presión atmosférica).
Estos depósitos son capaces de almacenar, con la misma presión, hasta 2,5 veces lo que un depósito a presión convencional, llenadose hasta el 80% de su capacidad en 5 minutos y siendo capaces de funcionar a temperaturas exteriores cercanas a -30ºC.
¿Problemas? Para variar los hay, y no es otro que la histéresis que se da en los ciclos de carga y descarga de este tipo de depósitos, haciendo que se requiera más energía para llenarlos de la que se puede sacar después.
Hasta aquí este episodio de esta antología, el próximo capítulo será el uso final del hidrógeno, mediante pilas de combustible y motores de combustión, así como los problemas asociados con los mismos.
Fuente | D. Mori, K. Hirose: Recent challenges of hydrogen storage technologies for fuel cell vehicles
Imágenes | Flickr (I, II, III y V)
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