El hidrógeno es crucial para la descarbonización, tanto en la industria química como en los países desarrollados. Sin embargo, aunque es relativamente fácil y barato de producir, el H2 puro es notoriamente difícil de transportar y almacenar. La mayoría de los métodos requieren elevados costes operativos y/o energéticos.
El hidrógeno es el elemento químico con la masa más baja de todos los elementos conocidos, y la molécula de H2 es la más ligera de todas. Por lo tanto, el hidrógeno tiene una densidad extremadamente baja a presión atmosférica. Para almacenarlo y transportarlo eficazmente, primero hay que condensarlo. Los métodos convencionales incluyen:
- Compresión a alta presión – para el H2 en estado gaseoso, presiones de 350 a 700 bar (5.000 a 10.000 psi) o superiores.
- Licuefacción criogénica – para el H2 en estado líquido, enfriándolo por debajo de su punto de ebullición de -253 °C (-423 °F, 20,28 K).
- Almacenamiento en estado sólido – adsorción para el almacenamiento de hidrógeno en la superficie de los sólidos y dentro de la estructura reticular de los mismos.
Los tres enfoques conllevan elevados costes operativos y/o energéticos (Rao & Yoon, 2020):
- Los tanques capaces de soportar presiones tan elevadas requieren el uso de materiales compuestos costo
- La licuefacción del hidrógeno requiere un proceso de enfriamiento en varias etapas y un gasto equivalente a cerca del 40% de su contenido energético.
- Desventajas del almacenamiento en fase sólida:
- baja capacidad gravimétrica de <5,5 wt% (el DOE tiene come objetivo el 6 wt%)
- reversibilidad limitada a presiones y temperaturas óptimas
- inestabilidad de los materiales de almacenamiento
- necesidad de bajas temperaturas (-196°C/-321°F).
Estos costes, especialmente en términos de energía, repercuten negativamente en el potencial net-zero del uso del hidrógeno, sobre todo si la energía necesaria procede de fuentes no renovables. A este problema se añaden los costes energéticos del transporte del hidrógeno a grandes distancias y de su almacenamiento durante largos periodos.
Actualmente, los investigadores están experimentando con diferentes compuestos ricos y pobres en hidrógeno para ver cuáles ofrecen más aspectos positivos y menos negativos. Estos pares incluyen metilciclohexano (MCH)/tolueno, y perhidro-dibenciltolueno/dibenciltolueno, decalina/naftaleno.
Sistemas LOHC: muchos aspectos positivos (y algunos negativos)
Como su nombre indica, los portadores orgánicos líquidos de hidrógeno son compuestos de carbono-hidrógeno o carbono-carbono que permanecen líquidos a temperatura y presión ambiente. Para transportar hidrógeno, los LOHC reaccionan con el hidrógeno en una reacción catalítica exotérmica a altas presiones (435-725 psi / 30-50 bar) y altas temperaturas (150-200°C / 302-392°F). Una vez saturados, los LOHC almacenan hidrógeno de forma relativamente segura en condiciones ambientales. Cuando se necesita hidrógeno, los LOHC ricos en hidrógeno lo liberan en una reacción catalítica endotérmica a temperaturas más altas (250-320°C / 482-608°F). Este proceso de hidrogenación/deshidrogenación es más fácil y barato que la compresión o la licuefacción del hidrógeno y tiene una mayor capacidad de transporte que el almacenamiento en fase sólida.
Los investigadores experimentan actualmente con distintos compuestos ricos y pobres en hidrógeno para ver cuáles ofrecen más ventajas y menos inconvenientes. Entre estos pares se encuentran el metilciclohexano (MCH)/tolueno, y el perhidrodibenciltolueno/dibenciltolueno, decalina/naftaleno.
Los sistemas LOHC son objeto de mucha atención porque, en principio, permiten almacenar y transportar cantidades masivas de hidrógeno durante un tiempo casi ilimitado, sin riesgo de fugas de hidrógeno. De hecho, las únicas limitaciones en cuanto a cantidad y duración dependen del tamaño del depósito y de las características técnicas del compuesto LOHC. Además, a diferencia de otros conceptos Power-to-X*, los sistemas LOHC permiten almacenar energía sin liberar CO2 o N2 a la atmósfera. Por lo tanto, este tipo de almacenamiento de hidrógeno es un paso positivo hacia la realización del potencial del H2 como combustible respetuoso con el clima.
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* Power-to-X se refiere a las rutas que convierten, almacenan y reconvierten el exceso de electricidad generada a partir de fuentes solares, eólicas y otras fuentes renovables (energía) en una amplia gama de productos (X), como combustibles para el transporte, productos químicos y calor. Utilizado sobre todo en el norte de Europa, este término genérico es una abreviatura de la conversión de energía verde en combustible verde.