Descubren dos formas diferentes de almacenar hidrógeno en baterías sólidas

La fabricación de baterías para almacenar hidrógeno verde en estado sólido, y no líquido o gaseoso como hasta ahora, está dando sus primeros resultados. En un intento por popularizar está energía, investigadores de todo el planeta se han puesto manos a la obra para ver qué material podría almacenar el elemento químico más común del planeta para generar energía. La respuesta a ese reto mayúsculo se ha encontrado en el magnesio y, en paralelo, en el carbón.

El hidrógeno verde es una de las fuentes de energía más prometedoras en el mundo de las renovables. Además de ser el elemento químico con más disponibilidad en la naturaleza, no provoca emisiones de CO2 ni de otros gases de efecto invernadero. Además, muestra múltiples posibilidades de uso tanto para el sector del transporte como para el energético o el industrial.

Sin embargo, su uso nunca ha llegado a echar raíces en la sociedad por los muchos límites que supone su almacenamiento. Para poder aprovecharlo, hasta ahora se ha tratado de conservar esta energía en forma líquida y gaseosa. Sin embargo, conservarla en ese estado es costoso y poco eficiente; por eso, el futuro de las baterías de hidrógeno están en conseguir conservarla en estado sólido. Una fórmula que, tras décadas de investigación, empieza a dar sus primeros frutos.

Magnesio y grafito

Hay dos posibilidades, hasta ahora inexploradas, que podrían cambiar el devenir de esta energía renovable. En Europa, un equipo de investigadores franceses ha conseguido desarrollar un modelo de batería creado a partir de una aleación de magnesio y grafito.

El novedoso sistema de almacenamiento, que les ha merecido ser galardonados con el Premio al Inventor Europeo 2023, demanda menos energía, es seguro y se puede colocar sobre cualquier superficie sin que el hidrógeno reaccione con el aire circundante.

El sistema, que se materializa con la peculiar forma de un disco de vinilo, absorbe y almacena hidrógeno en forma sólida gracias al magnesio. Este material absorbe muy bien el hidrogeno mediante el uso de hidruro de magnesio (MgH2). Pero, además, en combinación con grafito expandido, es capaz de controlar la liberación de calor durante la liberación del hidrógeno.

El proceso de desarrollo de estos discos de hidrógeno comenzó hace más de 20 años en el Instituto Néel de Grenoble (Francia), y ya ha conseguido comercializarse en países como Italia y Japón. Además, los productores ya han empezado a entablar conversaciones avanzadas en Noruega para adaptar el sistema a los transbordadores, el transporte marítimo y las grandes industrias químicas.

Segunda vida para el carbón

La investigación para almacenar el hidrógeno sólido, sin embargo, tiene muchas líneas abiertas. En la Universidad de Pensilvania se han decantado por el carbón. Y es que este material, que ha sido responsable de emitir grandes cantidades de CO2 a la atmósfera, también podría ayudar a combatir el cambio climático.

"El carbón puede ser una batería geológica de hidrógeno", explica Shimin Liu, ingeniero de energía y minerales de la Universidad de Pensilvania (EEUU). "Podrías inyectar y almacenar la energía del hidrógeno y tenerla allí cuando necesites usarla", reseña.

Pese a la imagen que suele primar en el imaginario colectivo, el carbón no es una roca. Más bien es "un polímero", como destaca Liu. "Tiene un alto contenido de carbono con muchos poros pequeños que pueden almacenar mucho más gas. Es como una esponja, y puede contener más moléculas de hidrógeno que otros materiales", reseña el investigador.

Para poner a prueba su potencial, los científicos analizaron ocho tipos de carbón que se encuentran en minas repartidas por todo Estados Unidos. El objetivo era corroborar si eran capaces de almacenar hidrógeno y en qué medida lo harían.

No falló ni uno. Los ocho carbones mostraron propiedades de absorción considerables.

Este potencial se había visto en el metano, pero jamás con el hidrógeno. Al igual que hace con ese gas, al inyectar hidrógeno en el material, se adhiere al carbón. Como, además, estás formaciones geológicas a menudo cuentan con una capa de esquisto o lutita en la parte superior, el hidrógeno queda sellado en su interior, lo que permite su uso a demanda.

"El carbón supera a otros minerales porque puede contener más hidrógeno", reseña el científico, que añade dos beneficios más: está bien estudiado, se ha explotado anteriormente y por tanto existe infraestructura para su extracción, y cuenta con una amplia disponibilidad. "Lo entendemos y tenemos la infraestructura. Por eso el carbón sería el material lógico donde almacenar hidrógeno geológico", concretó.

Según sus resultados, los científicos determinaron que los carbones de antracita y semiantracita son los mejores candidatos para el almacenamiento de hidrógeno.

Como recuerda Lui, las comunidades que aprovechan el carbón, van a ser unas de las más afectadas por la transición energética, dado que perderán su principal sustento de vida. Sin embargo, esto puede ser una alternativa y una oportunidad para ellos. "Ya tienen la experiencia, ingenieros y las habilidades adecuadas. Si podemos construir una infraestructura y darles una segunda oportunidad, creo que eso es algo que deberíamos considerar", sentencia Liu.

Estudios de referencia:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261923001101?via%3Dihub

https://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/materiaux/ces-galettes-permettent-de-stocker-de-l-hydrogene-sous-forme-solide_171270

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