El hidrógeno presenta problemas desafiantes para su almacenamiento, siendo quizás el mayor obstáculo para el éxito de la economía a gran escala.

Autoras: Lourdes Jara Cobos y Mónica Abril González

Aparato de electrólisis: 1) PDA para registro manual 2) Interruptor para activar el proceso 3) Amperímetro 4) Voltímetro 5) El aparato, lleno con 1/3 SO2H2 y 2/3 H2

6) Fuente de alimentación, estabilizada. https://commons.wikimedia.org

- Electrólisis del agua: En este proceso, el agua es el reactivo que se disocia en hidrógeno y oxígeno bajo la influencia de la corriente continua. Es uno de los métodos más capaces porque utiliza H₂O renovable y produce sólo oxígeno puro como subproducto. Los diferentes sistemas de electrolitos desarrollados incluyen la electrólisis de agua alcalina (AWE), las membranas de intercambio de protones (PEM), las membranas de intercambio de aniones alcalinos (AEM) y la electrólisis de agua de óxido sólido (SOE). Sin embargo, la eficiencia de producción a través de este proceso es muy baja para ser económicamente competitiva debido al alto consumo de energía y la baja tasa de evolución, por lo que en la actualidad solo el 4% del hidrógeno es obtenido por este método (Shiva et al, 2019).

- Termólisis del agua y ciclos termoquímicos: Una tecnología potencialmente competitiva con la electrólisis es la termólisis, que consiste en la descomposición química por calentamiento. La termólisis específica de mayor interés para la producción de hidrógeno es la división termoquímica del agua (TWS), también se puede utilizar para producir hidrógeno a partir de materias primas distintas, por ejemplo, metano. Esta tecnología en general tiene limitaciones debido a sus mayores costos de capital, mayor toxicidad y la posibilidad de corrosión (Boretti 2022). Por otro lado, los llamados ciclos termoquímicos, utilizan múltiples reacciones, cada una de las cuales se ejecuta a diferentes temperaturas que son más bajas que las requeridas para la descomposición térmica del agua.

Almacenamiento de hidrógeno

El hidrógeno, por su naturaleza gaseosa y peso ligero, presenta problemas desafiantes para su almacenamiento, siendo quizás el mayor obstáculo para el éxito de la economía a gran escala. Los materiales utilizados para su almacenamiento no pueden tener una fuerte interacción con el hidrógeno o cualquier reacción, uno de los criterios más importantes en este proceso es la reversibilidad de la absorción y liberación. Los principales métodos de almacenamiento son: Hidrógeno comprimido, Hidrógeno licuado, Hidrógeno criocomprimido, Hidrógeno adsorbido físicamente, Hidruros metálicos, hidruros complejos, Portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC) o hidruros orgánicos líquidos (Usman 2022).

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El hidrógeno comprimido es el método más usado, no solo es una tecnología bien desarrollada, sino que también ofrece altas tasas de llenado y liberación. Debe almacenarse en tanques especialmente diseñados capaces de soportar presiones que oscilan entre 17  MPa y 70 MPa (Sheffield et al, 2014). El hidrógeno licuado requiere un almacenamiento a bajas presiones, por lo que se pueden utilizar tanques delgados y económicos. Sin embargo, el costo de la licuefacción es alto, al igual que la energía utilizada para la misma. En la criocompresión se combinan los aspectos tanto del hidrógeno gaseoso comprimido como del hidrógeno criogénico y se almacena a temperaturas criogénicas, bajo una presión mínima de 250–350 bar (Usman 2022), es mucho más costoso y requiere de mayor aporte de energía.

Los hidruros metálicos pueden almacenar hidrógeno a temperatura y presión moderadas, el uso de hidruro metálico es una opción más segura, pero presentan el inconveniente de tener una baja cinética de sorción y desorción, alta temperatura de liberación y formación de gases indeseables durante la descarga del hidrógeno. Los hidruros complejos contienen metal de transición e hidrógeno en su estructura y generalmente ofrecen densidades volumétricas muy altas. Sin embargo, la disociación térmica de estos compuestos requiere temperaturas altas (> 200°C) y no es totalmente reversible. Los sistemas LOHC almacenan hidrógeno mediante ciclos repetidos de hidrogenación y deshidrogenación catalítica, la liberación de hidrógeno en estos sistemas produce hidrógeno puro después de la condensación de los compuestos portadores de alto punto de ebullición (Preuste et al,  2017).

En Portadores de Hidrógeno Orgánico Líquido (LOHC). El distribuidor de Bronkhorst, Wagner Mess- und Regeltechnik 

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Bibliografía:

Boretti, Alberto. 2022. «Which Thermochemical Water-Splitting Cycle Is More Suitable for High-Temperature Concentrated Solar Energy?» International Journal of Hydrogen Energy 47 (47): 20462-74. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.04.159.

Preuster, Patrick, Christian Papp, y Peter Wasserscheid. 2017. «Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs): Toward a Hydrogen-Free Hydrogen Economy». Accounts of Chemical Research 50 (1): 74-85. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6b00474.

Sheffield, J.W., K.B. Martin, y R. Folkson. 2014. «Electricity and Hydrogen as Energy Vectors for Transportation Vehicles». En Alternative Fuels and Advanced Vehicle Technologies for Improved Environmental Performance, 117-37. Elsevier. https://doi.org/10.1533/9780857097422.1.117.

Shiva Kumar, S., y V. Himabindu. 2019. «Hydrogen Production by PEM Water Electrolysis – A Review». Materials Science for Energy Technologies 2 (3): 442-54. https://doi.org/10.1016/j.mset.2019.03.002.

Usman, Muhammad R. 2022. «Hydrogen Storage Methods: Review and Current Status». Renewable and Sustainable Energy Reviews 167 (octubre): 112743. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112743.

Sobre las autoras : 

Grupo de Ingeniería de las Reacciones Químicas, Catálisis y Tecnologías del Medio Ambiente (IRCMA), Departamento de Biociencias, Facultad de Ciencias Químicas.

Crédito imagen de portada: https://www.worldenergytrade.com