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Miércoles, 2 noviembre 2011
Ciencia de los Materiales

Carbón activo como medio de almacenamiento de hidrógeno para automóviles

El hidrógeno se considera una alternativa muy prometedora a los combustibles fósiles para energizar automóviles y otros vehículos. Pero el principal reto es diseñar un depósito liviano, robusto y barato para almacenar el gas, tan volátil que puede escapar con facilidad de muchas clases de contenedores.

Una nueva investigación realizada por un equipo del MIT y otras instituciones analiza la eficiencia de una clase de materiales considerada como prometedora para el desarrollo de ese tipo de almacenamiento, y que permitiría evitar el costo y peso asociados al almacenamiento convencional de hidrógeno. Los métodos actuales o licúan el gas, necesitando sistemas con alto consumo de energía y un aislamiento muy bueno para mantener una temperatura de 253 grados centígrados bajo cero, o bien lo almacenan a gran presión, lo cual requiere de potentes bombas y de tanques que resistan presiones altísimas.

Hacer que el hidrógeno se adhiera a un material muy poroso, similar a una esponja, como el carbón activo, permitiría poder usar tanques de almacenamiento a presión atmosférica y a temperatura ambiente, que serían mucho más ligeros, baratos y seguros.

La parte difícil de diseñar estos sistemas es encontrar un medio de almacenamiento que mantenga los átomos de hidrógeno lo bastante adheridos como para que no se escapen, pero no tanto como para que no puedan ser liberados cuando se les necesite. Hay que poder bombear el gas hacia el depósito a temperatura ambiente, y poder liberarlo de modo controlado a medida que se vaya necesitando utilizarlo.

Un sistema de almacenamiento como ese puede resultar crucial para llevar a la práctica de forma amplia los automóviles con motor de hidrógeno y hacerlos económicamente viables. El combustible de hidrógeno puede ser obtenido descomponiendo el agua. Luego, las células de combustible "queman" el combustible y emiten sólo vapor de agua.

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Ya se había propuesto al carbón activo como un posible medio de almacenamiento, pero anteriormente no había un buen modo de analizar el comportamiento del material y optimizar su capacidad de almacenamiento.

Ahora, ese método ha sido demostrado por un equipo dirigido por Sow-Hsin Chen (MIT), Yun Liu (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología), Cheng-Si Tsao (Instituto de Investigación de Energía Nuclear de Taiwán) y especialistas de la Universidad Nacional Tsinghua en Taiwán y la Universidad Estatal de Pensilvania en Estados Unidos.

El equipo analizó el almacenamiento de hidrógeno en el carbón activo usando una técnica especial de dispersión de neutrones, que es capaz de determinar si el hidrógeno en la muestra está en la forma de átomos individuales o en la de moléculas H2 (hidrógeno molecular). Este método también puede evaluar la interacción del gas con el material de almacenamiento.

Usando este método, los investigadores han obtenido por vez primera evidencias sólidas de que el hidrógeno penetra en el material como resultado de un fenómeno en el que las moléculas son dividas en átomos (gracias a la presencia de partículas de platino que actúan como catalizador) y estos se diseminan a través del carbón activo, donde se adhieren a las superficies.

Todo hace suponer que el nuevo método de análisis permitirá ajustar con precisión las propiedades de los materiales de carbón activo para aumentar su capacidad de almacenamiento. La clave está en encontrar las concentraciones y tamaños óptimos de las partículas de platino y de carbón activo. Los investigadores también esperan identificar un catalizador más abundante y menos caro que el platino.

Este sistema de almacenamiento, una vez que sea ajustado para conseguir la capacidad deseada, deberá poder almacenar hidrógeno a una presión moderada.


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