El mundo enfrenta el desafío de las necesidades energéticas (equilibrar la oferta y la demanda, los costos y el impacto ambiental) y una posible solución a este problema es el hidrógeno.
El hidrógeno es prometedor como fuente de combustible para motores de combustión, pilas de combustible y como alternativa a la calefacción de gas natural. El único remanente de su combustión es agua y hay varias formas de producir el gas sin la amenaza de las emisiones de carbono.
Sin embargo, el gas de hidrógeno puro es costoso de producir de manera sostenible y aún más costoso de almacenar y transportar en comparación con los combustibles fósiles tradicionales. Los investigadores de energía han estado tratando de encontrar las mejores formas de obtener hidrógeno, así como los métodos más prácticos para su transporte para que sea un verdadero competidor con el gas natural o los productos petroquímicos. Hay algunas maneras de abordar este problema, obtenga más información a continuación.
Para todos sus usos, el hidrógeno diatómico puro tiene limitaciones que le impiden ser práctico a escalas más grandes. La producción de combustible de hidrógeno no está estrictamente libre de gases de efecto invernadero, y existen tanto sostenibles como no sostenibles. métodos de producción que hay que tener en cuenta. Actualmente, el más prometedor es el desdoblamiento electrolítico del agua (utilizando energías renovables), que produce como resultado gases de hidrógeno y oxígeno.
Una vez resuelto el problema de la producción, se materializa la cuestión de la eficiencia: a presión y temperatura ambiente, simplemente no hay suficiente energía por unidad de volumen de gas de hidrógeno para proporcionar una medida comparable con los combustibles fósiles. La densidad de energía del hidrógeno gaseoso por kilogramo es casi tres veces mayor que la de los combustibles tradicionales, sin embargo, la capacidad energética realista por litro es órdenes de magnitud menor.
Si bien el gas de hidrógeno se puede comprimir a alta presión, esto requiere un equipo especializado, así como incluso más energía para hacerlo, y solo se puede lograr alrededor del 5 % de hidrógeno por unidad de peso (donde el 95 % restante es el peso del recipiente presurizado). ). Lo mismo puede decirse del hidrógeno licuado, que requiere una temperatura de –253 °C o menos, lo que requiere equipo de refrigeración y energía adicional.
La mejor solución para el uso y el transporte eficientes del hidrógeno que han encontrado los científicos no es en realidad hidrógeno puro. Hay alternativas que tienen mucho potencial, a saber, el almacenamiento químico y el almacenamiento físico.
El almacenamiento químico es donde los átomos de hidrógeno se almacenan dentro de las moléculas a través de enlaces químicos, solo para liberarse después de que se lleva a cabo una reacción química. Existen muchas opciones potenciales para los transportadores químicos de hidrógeno, como hidruros metálicos o moléculas orgánicas (p. ej., alcoholes, carbohidratos).
Para ser más eficaz, un material debe tener una capacidad de hidrógeno de al menos un 7 % en peso y tener una temperatura de trabajo entre 0 y 100 °C. Muchos hidruros metálicos requieren una temperatura de al menos 200°C para liberar hidrógeno. Los hidrocarburos orgánicos se encuentran en una posición similar, con el inconveniente añadido de emitir CO2 como producto de reacción.
Las opciones de almacenamiento físico permiten que el hidrógeno se absorba en la superficie de un material en cantidades mucho mayores que dejar el gas contenido por sí mismo. Los más comunes son los materiales esponjosos altamente porosos, como el carbón activado o las estructuras metalorgánicas (MOF). Se encontró que un MOF informado en 2020 logró una capacidad de hidrógeno sobresaliente del 14% en peso. Sin embargo, la limitación de muchos MOF es que realizan la adsorción mejor a temperaturas muy bajas (muchas alrededor de –200 °C) y pierden eficacia a medida que aumenta la temperatura.
El amoníaco ya se ha ganado un nombre por sí mismo como un componente vital de los fertilizantes, con una producción anual global superior a 200 millones de toneladas en 2021. También ha generado inspiración como método de almacenamiento químico de hidrógeno.
El método actual de producción de amoníaco no es ecológico: el proceso Haber implica hacer reaccionar gas nitrógeno e hidrógeno a altas temperaturas y presiones, donde el hidrógeno en cuestión se obtiene con mayor frecuencia de combustibles fósiles. Sin embargo, los científicos de la energía están avanzando con métodos de producción alternativos, como las celdas de combustible y los reactores de membrana, que pueden dar al amoníaco una huella más ecológica para combustibles, fertilizantes y más.
El amoníaco es una molécula inorgánica, formada por un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno. Esta densidad de hidrógeno lo convierte en un atractivo portador químico de hidrógeno con fines energéticos, como una alternativa al transporte de hidrógeno líquido puro. En lugar de requerir temperaturas inferiores a -253 °C, el amoníaco es un líquido a solo -77 °C a presión atmosférica, o hasta -10 °C bajo presiones ligeramente más altas. Además, el amoníaco no contiene carbono, por lo que tiene un gran potencial como fuente de combustible neutral en carbono. Se puede dividir en gases de hidrógeno y nitrógeno en una celda de combustible inversa, donde el nitrógeno diatómico puede simplemente volver a unirse a la atmósfera sin perjudicar el medio ambiente.
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