Cómo se producen los combustibles criogénicos

Los combustibles criogénicos han cobrado protagonismo en los últimos años gracias a su papel esencial en la exploración espacial y su potencial para transformar sectores como el transporte y la generación de energía. Pero ¿qué son exactamente estos combustibles? ¿Cómo se producen? ¿Y por qué son tan importantes?

¿Qué son los combustibles criogénicos?

Los combustibles criogénicos son sustancias, generalmente gases licuados, que se mantienen en estado líquido a temperaturas extremadamente bajas (por debajo de -150 °C) para facilitar su almacenamiento y uso como fuente de energía. Los más comunes son:

-Hidrógeno líquido (LH₂)

-Oxígeno líquido (LOX)

-Metano líquido (LCH₄)

-Nitrógeno líquido (LN₂) (para usos no combustibles)

Estos combustibles son ampliamente utilizados en cohetes espaciales, como los de SpaceX, NASA o ESA, debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para generar un gran empuje con poco peso.

(Foto: NASA)

Producción de combustibles criogénicos: paso a paso

1. Obtención del gas base

Todo comienza con la extracción o síntesis del gas deseado. Por ejemplo:

-Hidrógeno se obtiene generalmente por electrólisis del agua (H₂O), un proceso que separa el hidrógeno del oxígeno usando electricidad.

-Metano puede producirse mediante reformado de gas natural o biogás.

-Oxígeno se extrae del aire mediante separación criogénica.

2. Purificación

Los gases obtenidos contienen impurezas que deben eliminarse. Esto se hace mediante adsorción, filtración y procesos químicos, garantizando que el combustible cumpla con los estándares requeridos para uso aeroespacial o industrial.

3. Enfriamiento progresivo

Aquí es donde comienza la magia de la criogenia. Para licuar el gas, es necesario reducir su temperatura por debajo de su punto de ebullición a presión atmosférica. Esto se logra usando ciclos de refrigeración en varias etapas:

-Compresión del gas, que eleva su temperatura.

-Enfriamiento mediante intercambiadores de calor.

-Expansión rápida, que reduce la temperatura (efecto Joule-Thomson).

-Repetición del ciclo hasta alcanzar el punto de licuefacción.

Por ejemplo, el hidrógeno se licúa a -253 °C, mientras que el oxígeno lo hace a -183 °C.

4. Almacenamiento en tanques criogénicos

Una vez licuado, el combustible se almacena en tanques aislados térmicamente para minimizar la evaporación y mantener su estado líquido. Estos tanques suelen tener doble pared, vacío interno y materiales altamente reflectantes.

Aplicaciones clave

Exploración espacial

Los lanzadores modernos, como el SLS de la NASA, utilizan combinaciones de hidrógeno y oxígeno líquidos por su alta eficiencia (alto impulso específico). Además, empresas como SpaceX están apostando por metano líquido como alternativa reutilizable y más limpia.

Movilidad sostenible

El hidrógeno líquido es un prometedor combustible para vehículos pesados y trenes, gracias a su alta densidad energética y cero emisiones de carbono al ser usado en celdas de combustible.

Almacenamiento energético

Los combustibles criogénicos permiten almacenar excedentes de energía renovable en forma química, contribuyendo a la estabilización de la red eléctrica.

Perspectivas

Aunque los combustibles criogénicos son muy prometedores, presentan inconvenientes:

-Altos costos energéticos en su producción.

-Pérdidas por evaporación (boil-off).

-Infraestructura especializada necesaria para su manejo.

Sin embargo, la investigación avanza rápidamente. Tecnologías como la licuefacción por energías renovables, los materiales superconductores y el uso de combustibles criogénicos en la Luna o Marte (ISRU: utilización de recursos in situ) abren un abanico de posibilidades.