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Desarrollando alternativas a los combustibles fósiles

Un nuevo enfoque: bolas de litio para conservar moléculas de hidrógeno en grandes cantidades y operar bajo temperaturas y presiones moderadas

Investigadores de la Universidad Virginia Commonwealth desarrollaron un nuevo sistema de almacenamiento para acumular grandes cantidades de combustible de hidrógeno que algún día podrá darle energía a los autos en una manera más económica y amigable a los consumidores.

Esta investigación teórica lleva a los científicos un paso más cerca en la exploración de fuentes de combustible alternativas y métodos para almacenar el combustible hidrógeno.

“Enfrentaremos una crisis energética en algún momento en el futuro. No es una cuestión de si, pero de cuando. Hay una alta demanda de petróleo, particularmente debida a un crecimiento de la población mundial,” dijo el autor principal Puru Jena, Ph.D., un profesor de física en la UVC.

“Necesitamos una fuente de energía que sea efectiva, económica y renovable, se queme limpio y no polucione. Hoy, aproximadamente el 75% del petróleo disponible se utiliza para el transporte solamente. Cualquier solución para la crisis energética debe tener en cuenta la cantidad de energía que gastamos en transporte.”

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo y considerado como un medio de transporte de la energía ideal. Cuando el hidrógeno se quema, produce sólo agua y por eso no poluciona la atmósfera. Por esta razón, se considera una alternativa ideal cuando se discuten teóricamente las alternativas a los combustibles fósiles.

En el “Journal of the American Chemical Society”, publicado online el 6 de Julio, Jena y su equipo describen la composición teórica del material –una bola hueca recubierta de litio- que puede tener el potencial de servir como medio de almacenamiento de los átomos de hidrógeno. Una bola hueca es una partícula con forma de balón de fútbol conteniente 60 átomos de carbono. Esencialmente, las bolas de litio absorben el hidrógeno, lo que significa que un átomo de litio puede almacenar cinco moléculas de hidrógeno. Según Jena, las bolas huecas teóricas, que fueron diseñadas usando modelos de ordenador, tienen 12 átomos de litio y puede almacenar 60 moléculas de hidrógeno.

“La mayor dificultad en la economía del hidrógeno es encontrar materiales para almacenarlo,” dijo Jena. “Los materiales de almacenamiento en cuestión necesitan tener la capacidad de contener hidrógeno y permitirnos extraerlo, lo que significa que el sistema debe ser reversible y operable bajo temperaturas y presiones moderadas.”

El trabajo teórico y experimental por otros investigadores propuso bolas huecas recubiertas de titanio para el almacenamiento de hidrógeno. Sin embargo, estos investigadores observaron que los átomos de titanio tienen una tendencia a reaccionar entre ellos y formar cúmulos en la superficie de la bola. Una vez que la acumulación tiene lugar, las propiedades de la bola hueca ya no son efectivas para el almacenaje del hidrógeno en grandes cantidades.

Los estándares de la industria requieren materiales que almacenen hidrógeno tengan una alta densidad gravimétrica del 9% del peso y una alta densidad volumétrica de 70 gramos/litro.

“El material que nosotros diseñamos es capaz de almacenar hidrógeno a una densidad gravimétrica del 13% del peso –es decir excede el objetivo de la industria. Además, la densidad volumétrica es aproximadamente el doble de la del hidrógeno líquido. Este trabajo teórico es promitente, suponiendo que se puedan fabricar cantidades lo suficientemente grandes,” dijo Jena.