Almacenar más hidrógeno en menos espacio, la clave de su éxito en el transporte

Una celda de combustible de hidrógeno es como si se cruzara una batería eléctrica y un tanque de gasolina, es decir, que tiene emisiones cero durante su uso pero es tan efectivo como el combustible fósil tradicional. Emplear hidrógeno como combustible y aprovechar la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno para producir electricidad, cuya única “emisión” es el agua, es la combinación perfecta para aplicarlo en el transporte, especialmente el marítimo, que permite almacenar baterías de grandes dimensiones.

Pero esos tamaños son en realidad una limitación de esta tecnología. La capacidad de almacenar cantidades suficientes de hidrógeno a bordo se vuelve cada vez más necesario si se quiere extender su uso. Investigadores de la Universidad de Michigan, EEUU, han identificado formas de acumular más hidrógeno que nunca en pequeñas estructuras de almacenamiento llamadas “estructuras de metal orgánico”, aumentando la densidad de energía y, como resultado, el rango de conducción proyectado en un vehículo con pilas de combustible.

Los armazones orgánicos metálicos, o MOF, son materiales de diseño compuestos de iones metálicos acoplados con moléculas orgánicas. Su naturaleza porosa hace que algunos MOFs se encuentren entre las formas más prometedoras para almacenar hidrógeno.

Los investigadores recopilaron información sobre todos los MOF disponibles, tanto los construidos anteriormente como los que siguen siendo hipotéticos, en una base de datos. Luego, utilizaron simulaciones con ordenadores de alto rendimiento para rastrear el banco de datos y el resultado fueron casi 500.000 MOF con capacidades prometedoras.

Aún así siguieron cribando todos los armazones orgánicos metálicos posibles de entre ese medio millón y finalmente identificaron tres candidatos que podrían superar los registros anteriores para el almacenamiento del hidrógeno. Por último, los investigadores sintetizaron estos materiales y demostraron su rendimiento.

“Estamos demostrando un almacenamiento de mayor densidad energética que los que ha habido anteriormente”, ha dicho Don Siegel, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Michigan, “podría describirlo como el más eficiente, porque permite incorporar más energía en un espacio más pequeño y en un paquete más liviano”.

Los investigadores llamaron a estos tres MOF resultantes, SNU-70, UMCM-9 y PCN-610 / NU-100. Cada uno superó los estándares de IRMOF-20, un MOF que el equipo identificó en 2017.

“Estos materiales establecen un nuevo récord para la capacidad que podría tener el hidrógeno de almacenarse en espacios cada vez más pequeños gracias a poder utilizar estas combinaciones”, señala el estudio.

Pero ¿qué es lo que está comprimiendo el hidrógeno? Las celdas de combustible de hidrógeno son desde hace mucho tiempo la promesa de una energía sin emisiones para los vehículos eléctricos y para el transporte en general. Sin embargo, se han quedado en un segundo plano, siendo las baterías de ión litio las grandes protagonistas de la revolución de la movilidad sostenible. De hecho, actualmente la mayoría de los dispositivos electrónicos portátiles que se producen, desde teléfonos moviles y tabletas hasta cámaras digitales y vehículos eléctricos dependen del blanco mineral.

Pero las pilas de combustible de hidrógeno tienen varias ventajas respecto a las baterías de iones de litio. La primera es que es el elemento más abundante en el universo, el hidrógeno es mucho más común que el litio, por lo que hay pocas posibilidades de que haya un problema de suministro.

Y un vehículo de pila de combustible de hidrógeno puede recargarse en una estación en unos pocos minutos, casi al mismo tiempo que se tarda en llenar un tanque de gasolina. En contraste, los tiempos de carga completos para los vehículos eléctricos se miden en horas.

Toca pues luchar contra los inconvenientes que han limitado la adopción del hidrógeno por parte de la industria automotriz. Por ejemplo, producir hidrógeno es actualmente mucho más caro que extraer y refinar petróleo.

El transporte de combustible de hidrógeno es otro tema. Al ser un gas, es difícil mover y almacenar grandes cantidades de hidrógeno de manera eficiente, lo que genera dudas sobre si es necesario transformarlo en forma líquida o transportarlo a través de tuberías como un gas.

Pero el atractivo de lo que potencialmente el hidrógeno podría significar para los vehículos y el medio ambiente ha mantenido a los principales fabricantes de automóviles como Ford, Hyundai, Toyota, Honda y GM involucrados en su desarrollo.

Los diseñadores de vehículos eléctricos buscan constantemente disminuir el tamaño de las baterías para aumentar la eficiencia. Y es ahí donde el hidrógeno puede ganarle la partida. Al aumentar la cantidad de hidrógeno que se puede almacenar con un adsorbente de MOF, ha añadido Siegel, se puede reducir la presión necesaria para almacenarlo, así como su tamaño.

“Queremos eliminar el problema de almacenamiento de energía para los vehículos con celdas de combustible de hidrógeno, y esta investigación dice que es posible”, ha concluido el investigador.