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Fraunhofer IFAM
Investigadores en Alemania pueden haber resuelto finalmente un cuello de botella que ha detenido el progreso de la tecnología de energía de hidrógeno durante años. En lugar de almacenar hidrógeno en tanques voluminosos, los investigadores propusieron utilizar una pasta a base de magnesio que puede almacenar energía de hidrógeno a 10 veces la densidad de una batería de litio.
La adopción de vehículos eléctricos está creciendo a un ritmo vertiginoso y creo que todos estamos muy contentos de ver finalmente esta transición lejos de los combustibles fósiles. Lamentablemente, no se puede decir lo mismo de los vehículos impulsados por hidrógeno.
A principios de la década de 2000, muchas empresas e instituciones, particularmente en los EE. UU. respaldadas por la administración Bush, eran muy optimistas sobre la inminente revolución del hidrógeno. Pronto quedó claro, después de miles de millones en inversiones fallidas, que la disrupción del hidrógeno en el sector del transporte no era tan sencilla como algunos podrían haber esperado.
El desafío principal es el almacenamiento de hidrógeno dentro de las limitaciones vehiculares de peso, volumen, eficiencia, seguridad y costo. Si bien el gas de hidrógeno en sí es liviano (es el elemento más liviano del universo) y tiene una densidad de energía fenomenal, ambas cualidades ideales que desea ver en un combustible de transporte que contiene el gas requieren un almacenamiento a granel costoso.
El peso y el volumen de los sistemas necesarios para almacenar hidrógeno son difíciles de diseñar de tal manera que permitan un alcance superior a 300 millas. También es difícil lograr un tiempo de reabastecimiento de combustible de menos de 5 a 10 minutos.
Imagínese que si un coche de pila de combustible utilizara la presión atmosférica para almacenar 1 kg de hidrógeno necesario para conducir 100 km, el depósito de combustible tendría que tener un tamaño de 11 metros cúbicos. Así que los coches de pila de combustible de hoy en día utilizan gas de hidrógeno comprimido, apretando alrededor de 5 kg en un tanque reforzado con fibra de carbono de 700 bar.
Aunque están hechos de fibra de carbono, estos tanques siguen siendo pesados. Si hubiera una manera de almacenar hidrógeno de manera más compacta, el hidrógeno podría despegar en el espacio del transporte, tal vez incluso superando a los vehículos eléctricos.
Investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM en Dresde están proponiendo un medio de almacenamiento alternativo para el hidrógeno.
Aunque parece un material de construcción pegajoso, la pasta similar a lodo es de hecho un combustible de hidrógeno de alta densidad. Los investigadores combinaron magnesio e hidrógeno a alrededor de 350 C (662 F) y de cinco a seis veces la presión atmosférica para formar hidruro de magnesio. Luego agregaron un éster y una sal de metal para formar una sustancia pegajosa conocida como Powerpaste.
Según los investigadores, la pasta se puede cargar en cartuchos que se pueden reemplazar fácil y rápidamente para restaurar la energía. La pasta es estable a temperaturas de hasta 250 C (482 F) y puede transportar mucha más energía que un tanque de hidrógeno convencional del mismo peso. Como tal, un vehículo que funciona con Powerpaste podría esperar alcanzar una autonomía comparable, quizás incluso mayor, a la de un vehículo a gasolina.
Los investigadores demostraron el Powerpaste con un cartucho y una pila de combustible de 100 vatios. Crédito: Fraunhofer IFAM.
El hidrógeno se libera del cartucho cuando la pasta se coloca en una cámara donde reacciona con el agua a un ritmo controlado. La mitad del hidrógeno que finalmente llega a la pila de combustible proviene del agua con la que reacciona la pasta, lo que explica en parte la alta densidad energética de este sistema.
POWERPASTE tiene una gran densidad de almacenamiento de energía, dice Marcus Vogt, investigador asociado de Fraunhofer IFAM. Es sustancialmente más alto que el de un tanque de alta presión de 700 bar. Y en comparación con las baterías, tiene diez veces más densidad de almacenamiento de energía.
Los investigadores en Alemania prevén el primer uso de Powerpaste como combustible para scooters eléctricos, para los cuales los tanques de hidrógeno son totalmente poco prácticos. Del mismo modo, también podría extender el tiempo de vuelo de los drones grandes, que podrían operar durante horas en lugar de 20 minutos según las limitaciones actuales.
Por supuesto, la pasta también es una opción atractiva para los automóviles porque no necesita una infraestructura de hidrógeno dedicada para recargar. En lugares que carecen de infraestructura de hidrógeno, las estaciones de recarga podrían vender cartuchos o botes de Powerpaste. Dado que la pasta es fluida y bombeable, puede ser suministrada por una línea de llenado estándar utilizando materiales baratos y fácilmente disponibles.
Fraunhofer IFAM está desarrollando actualmente una planta de producción piloto para Powerpaste. El instituto de investigación alemán espera que el proyecto comience la producción en 2021, con un rendimiento estimado de cuatro toneladas de Powerpaste por año.
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