Investigadores del Instituto Balseiro y del Centro At贸mico Bariloche trabajan en laboratorio para 鈥渃apturar鈥 hidr贸geno y utilizarlo as铆 como fuente de energ铆a, tanto para generar calor como electricidad.
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El hidr贸geno ha cobrado relevancia a la luz de la producci贸n de biocombustibles dado que es uno de los elementos m谩s abundantes en la naturaleza con capacidad de generar energ铆as limpias. Mediante este proyecto los investigadores trabajan en almacenarlo y en optimizar el dise帽o de los contenedores.
El agotamiento de los combustibles f贸siles y la gran contaminaci贸n ambiental que 茅stos causan hace necesaria la utilizaci贸n de alternativas no contaminantes. En este sentido, el hidr贸geno como vector de energ铆a est谩 situado en un lugar preferencial: es el elemento m谩s abundante en la naturaleza y su combusti贸n con ox铆geno produce agua y gran cantidad de calor, a煤n m谩s que el resto de los combustibles comunes (hidrocarburos, carb贸n, le帽a). Utilizado en celdas de combustible permite obtener energ铆a el茅ctrica con mayor eficiencia que como se hace por combusti贸n en una usina t茅rmica convencional.
Con esta premisa, un equipo de investigadores trabaja en un programa de almacenamiento de hidr贸geno en forma s贸lida para su posterior utilizaci贸n como fuente de energ铆a. 鈥淓l punto clave para la utilizaci贸n del hidr贸geno radica en encontrar una manera pr谩ctica, segura y econ贸mica para su almacenamiento鈥, explica a InfoUniversidades el f铆sico Hern谩n Am茅rico Peretti, director del proyecto. 鈥淯na de las alternativas es aprovechar su capacidad de formar hidruros con otros elementos por medio de una transformaci贸n que permite almacenarlo y que ocupe menos volumen que en estado l铆quido鈥.
Los hidruros met谩licos consisten en un metal puro o en un compuesto de varios metales, tipo aleaci贸n, en los que el hidr贸geno se halla ligado qu铆micamente a los 谩tomos de la red cristalina. 鈥淟os hidruros met谩licos ofrecen esta posibilidad de almacenamiento de hidr贸geno a partir de la fase gaseosa, al tiempo que, en un medio l铆quido alcalino, presentan buenas propiedades electroqu铆micas para acumular energ铆a y conforman el electrodo negativo de bater铆as el茅ctricas recargables鈥, indica Peretti.
Hay dos aplicaciones importantes de los hidruros met谩licos asociadas a la energ铆a: una es el almacenamiento del hidr贸geno para su posterior recuperaci贸n y empleo en forma de gas; la otra es que forme parte del electrodo negativo de una bater铆a el茅ctrica recargable, donde el hidruro tiene que ver con la carga el茅ctrica acumulada en la bater铆a.
A pesar de que el hidr贸geno es un elemento que est谩 naturalmente presente en el ambiente y forma parte de muchos elementos, no se lo encuentra libre (no hay yacimientos), de modo que hay que obtenerlo a partir de sustancias que lo contienen, como por ejemplo, los hidrocarburos. Pero tambi茅n puede ser producido en forma no contaminante por electr贸lisis del agua, usando la energ铆a el茅ctrica de una fuente solar, e贸lica, etc茅tera, y puede ser reconvertido en electricidad mediante celdas de combustible cuando la fuente primaria no est谩 disponible (d铆as nublados o sin viento).
鈥淪in embargo, dada la baj铆sima densidad del hidr贸geno (pues es el elemento m谩s liviano de todos), si se lo envasara a temperatura ambiente y a presi贸n atmosf茅rica deber铆a disponerse de dep贸sitos enormes para contener masas razonables -detalla el investigador-. Esto plantea un problema a煤n mayor si se desea usarlo como combustible vehicular. Resulta entonces fundamental poder 鈥榗ompactar鈥 el hidr贸geno, es decir, aumentar su densidad volum茅trica, sin descuidar la seguridad y los costos鈥.
En su proyecto, el grupo eligi贸 hacerlo con aleaciones met谩licas formadoras de hidruros, que funcionan como almacenadoras de hidr贸geno. En ellas, bajo determinadas condiciones, el hidr贸geno es absorbido al formarse el hidruro, o bien al descomponerse, es liberado el gas, de esta manera se regenera el metal, ya que se trata de una transformaci贸n de fase reversible. 鈥淯na de las ventajas del hidr贸geno almacenado como hidruro met谩lico es que, al estar ligado qu铆micamente al metal y formar parte de un s贸lido, ocupa mucho menos volumen que el hidr贸geno puro en fases l铆quida o s贸lida鈥, dice Peretti.
Avances y desaf铆os
Pese a que constantemente suma nuevos interrogantes y nuevas l铆neas de investigaci贸n, el grupo ha obtenido avances importantes. Por una parte, se ha elaborado y caracterizado una aleaci贸n del tipo Lantano – N铆quel adecuada para almacenar hidr贸geno, y se ha optimizado el dise帽o del contenedor del hidruro, lo que permite disminuir los tiempos de carga y descarga del almacenador; y por otra parte, en relaci贸n con los electrodos de bater铆as recargables, se ha profundizado y avanzado en el papel que juegan ciertas fases secundarias en mejorar el comportamiento de una aleaci贸n de circonio, n铆quel y cromo utilizada como electrodo.
En ambos casos, tanto la construcci贸n de dispositivos almacenadores como el electrodo de las bater铆as recargables, los investigadores lograron capturar hidr贸geno, porque queda 鈥渁trapado鈥 y forma un hidruro met谩lico. Y eso les permite no s贸lo almacenar, sino tambi茅n recuperar al momento deseado la energ铆a transportada por el hidr贸geno, mediante una reacci贸n inversa al proceso de formaci贸n del hidruro: 鈥淓n el caso de la bater铆a, se reconvierte parte de la energ铆a el茅ctrica acumulada durante la carga, mientras que en los almacenadores se recupera el hidr贸geno gaseoso previamente absorbido, que a su vez se puede transformar en energ铆a cal贸rica (combusti贸n directa) o en electricidad, aplic谩ndolo a una celda combustible鈥, completa Peretti.
C贸mo se forma un hidruro met谩lico
Un hidruro met谩lico es un compuesto qu铆mico formado por hidr贸geno y un metal o aleaci贸n. El proceso por el cual el 谩tomo de hidr贸geno se incorpora al metal para formar la fase hidruro presenta varias etapas: primero, la mol茅cula di-at贸mica del gas hidr贸geno tiene que disociarse en la superficie del metal en dos 谩tomos separados para poder penetrar en la red cristalina. Dado el peque帽o tama帽o del 谩tomo de hidr贸geno, 茅ste difunde libremente entre los 谩tomos del metal y permanece disuelto en la red cristalina. Se dice entonces que se forma una 鈥渟oluci贸n s贸lida鈥 llamada fase alfa, caracterizada por la concentraci贸n de hidr贸geno incorporado.
A medida que se van incorporando m谩s 谩tomos de hidr贸geno, el lugar disponible para el hidr贸geno en soluci贸n disminuye y se llega a lo que se llama 鈥渓铆mite de solubilidad鈥, que normalmente es peque帽o, dado que la cantidad de hidr贸geno incorporado hasta all铆 en general es baja. Comienza entonces a haber 谩tomos de hidr贸geno ligados qu铆micamente a 谩tomos de la red met谩lica (por enlace de tipo met谩lico), lo que da lugar a la aparici贸n del hidruro, que se llama fase beta.
Ambas fases, alfa y beta, coexisten y a medida que se incorpora m谩s hidr贸geno, la fase alfa disminuye y la beta aumenta, lleg谩ndose finalmente a tener todo en fase beta, es decir el material completamente hidrurado, con lo que se tiene la absorci贸n m谩xima de hidr贸geno en forma de hidruro. La cantidad de hidr贸geno incorporada en fase beta es en general mucho mayor que la incorporada en soluci贸n s贸lida en fase alfa.
Si se siguiesen incorporando 谩tomos de hidr贸geno al material, 茅stos entrar铆an en soluci贸n s贸lida dentro de la fase beta, o sea en el hidruro, donde la solubilidad vuelve a ser baja. Por lo tanto, a los efectos pr谩cticos, es la fase beta la que sirve para almacenar el hidr贸geno.
Leonardo Oliva
[email protected]
Direcci贸n de Prensa
Universidad Nacional de Cuyo
Fuente: InfoUniversidades
http://infouniversidades.siu.edu.ar/noticia.php?titulo=hidrogeno:_avances_en_su_aplicacion_como_combustible&id=1278
