Almacenamiento de hidrogeno

El hidrógeno es un compuesto simple, formado por un protón y un electrón, este gas es inoloro, incoloro y no tóxico. Es el elemento químico más ligero, siendo 15 veces más ligero que el aire.
A pesar de ser el elemento más abundante en el universo, dado que es tan ligero no se encuentra en la corteza terrestre, ya que la fuerza gravitatoria no puede retener un elemento de masa tan insignificante, por lo que de estar en contacto con la superficie terrestre se escaparía rápidamente hacia la atmósfera.
¿Entonces donde podemos obtenerlo?

La forma más obvia es a través del agua, por medio de la electrólisis. El problema es que éste método consume mucha electricidad, por lo que es más eficiente obtenerlo a partir de la extracción de gas natural, utilizando el proceso de reformado con vapor de agua, que es el método más usado a nivel mundial.
A pesar que esta segunda opción presenta contaminantes como el CO2 (a diferencia de la electrólisis que no produce ningún contaminante) es la forma menos contaminante a partir de combustibles fósiles que tenemos actualmente.

Otro posible método de extracción de hidrógeno es a partir de la combustión de carbono, que es un método que se utiliza por la gran cantidad de carbono presente en el planeta, aunque es un método poco recomendable dada la gran contaminación que precede.

En la industria, al hidrógeno se lo conoce comúnmente como un vector energético, siendo un almacén de energía que puede ser transportada y liberada de forma controlada. Este es un gran combustible, presentando una muy eficiente densidad de energía másica, siendo casi 3 veces mayor que la de la gasolina (1 kg de hidrógeno produce tanta energía como 2,78 kg de gasolina) y su combustión es limpia, ya que al combustionar solo libera energía y vapor de agua, mientras que otros combustibles liberan dióxido de carbono

A pesar del gran rendimiento másico que nos presenta el hidrógeno como fuente energética, existe un gran problema a la hora de almacenarlo, dado que al ser un gas tan liviano, su densidad de energía volumétrica es diminuta (12 Mj/m^3), por lo que no nos rinde almacenarlo en estado natural. Como un ejemplo para que se pueda entender a que nos referimos, un tanque esférico que pueda almacenar 4kg de hidrógeno necesitaría un diámetro de 5 metros.

Esto nos genera un gran problema y es ¿Cómo almacenarlo?
para almacenarlo tenemos varias formas que iremos detallando a lo largo de la presentación.

Comenzaremos con la forma más sencilla de imaginar, como un gas comprimido.

El hidrógeno comprimido se almacena normalmente entre los 200 y los 700 bar de presión, 4 kg de hidrógeno a 200 bar de presión ocuparán un recipiente de 250 litros, nos resulta obvio decir que al aumentar la presión también aumentará la cantidad de hidrógeno que se podrá almacenar, por lo que requeriremos contenedores que soporten esa fuerza, los cuales son equipos costosos y se presenta un considerable gasto de energía el llevarlos a esa presión.
Actualmente los tanques de almacenamiento de gas a alta presión consisten en un revestimiento interior hecho de un polímero como una malla de polietileno o nylon cubierta con una fibra continua de grafito y una capa de reforzamiento epoxy. En este equipo el hidrógeno tiene una tasa de permeabilidad, por lo que se generan pérdidas en la presión y puede producir la filtración del hidrógeno, lo que genera daños en la capa de reforzamiento, generando una fatiga cíclica u otros fallos en el tanque.  Como solución se dispone de una barrera de difusión de hidrógeno aplicada en el revestimiento interior.
Esta barrera deberá contar con lo siguiente:

1. Baja permeabilidad al hidrógeno.
2. Buena adhesión al revestimiento polimérico.
3. La rigidez de la capa deberá ser igual a la del polímero para evitar la rotura cuando se presuriza el tanque.
4. El método de aplicación deberá permitir por la capa interior que un tanque con un cuello pequeño resultara en capas herméticas desprovistas de agujeros.
5. El material y el método de cobertura no deberá contribuir una cantidad apreciable ni del coste total ni del peso total del tanque.
   

Otra forma de almacenar el hidrógeno es de forma líquida, siendo una forma espacialmente más eficaz en comparación al método anterior de gas comprimido, pero con condiciones más específicas, siendo la temperatura necesaria menor a los -235°C para que se mantenga líquido.

El hidrógeno líquido (o criogénico) se obtiene a partir de la licuación del mismo. La licuación consiste en el pasaje de un componente del estado gaseoso al líquido por medio de modificaciones a su presión y temperatura.

El proceso necesario para licuar al hidrógeno es complejo y laborioso, precisando de una combinación de compresores, intercambiadores de calor y válvulas de expansión para lograr el enfriamiento deseado. Existen muchos métodos de licuación del hidrógeno, el más común es el ciclo de Linde o ciclo de Expansión Joule-Thompson:
Primero sufre una compresión isotérmica  a temperatura ambiente, luego sufre un enfriamiento a presión constante en un intercambiador de calor, finalmente una expansión isoentálpica. En el último proceso parte del gas se licúa y el resto se recircula por un intercambiador de calor, volviendo al compresor y terminando el ciclo.

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