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Almacenamiento
La forma en que el hidrógeno y cualquier vector energético es almacenado, está muy influenciada por su contenido energético, el cual está determinado por el poder calorífico superior e inferior. Estos valores son una cantidad específica basados usualmente en la masa de la fuente energética, estableciéndose, por ejemplo, en MJ/kg o kWh/kg. Usando la densidad (kg/l), es posible expresar el contenido energético como densidad de energía volumétrica, en MJ/l o kWh/l.
Hidrógeno comprimido
El método más utilizado para almacenar hidrógeno es comprimirlo a altas presiones, ya que, permite disminuir su volumen, aumentado así la densidad energética de este.
El aumento de la presión del hidrógeno requiere tanques que cumplan exigencias mayores, asegurando la integridad estructural de estos, su seguridad, que eviten fenómenos como el Blistering o Embrittlement y que no comprometan la masa total del sistema de almacenamiento.
Tipos de tanques de hidrógeno
Existen cinco tipos de tanques utilizados para almacenar hidrógeno comprimido, donde sus especificaciones varían en función de los materiales utilizados en su construcción y las presiones admisibles por estos. El porcentaje de energía especifica, indica cuanta energía por unidad de masa se tiene con el sistema completo de almacenamiento (masa hidrógeno comprimido más masa del tanque) en función de la energía especifica propia del hidrógeno.
Tipo de Tanque
Presión máxima [bar]
Construcción
W%
Aplicaciones
Tipo I
300
Completamente de acero o aluminio
<2
Aplicaciones estacionarias como laboratorios o uso en industria química.
Tipo II
200
Aluminio recubierto parcialmente con capa fibra de vidrio
<3
Aplicaciones estacionarias como hidrogeneras
Tipo III
700
Aluminio recubierto completamente con fibra de vidrio o carbono
<5
Aplicaciones móviles como vehículos con celdas de combustible
Tipo IV
700
Fibra de carbono con revestimiento polimérico
<10
Aplicaciones móviles como vehículos con celdas de combustible
Tipo V
1000
Únicamente fibra de carbono
-10
Investigación, industria aeroespacial
(Tabla con distintos tipos de tanques y/o gráfico, de acuerdo con ASME Boiler and Pressure Vessel Code)
La estructura de un tanque tipo IV se muestra a continuación, donde se tiene una delgada capa de polímero de alta densidad y una capa de fibra de carbono capaz de soportar todo el estrés del hidrógeno presurizado.
Hidrógeno líquido
El estado líquido del hidrógeno se consigue a −252.87 °C, también es conocido como hidrógeno criogénico. En este estado, aumenta su densidad energética sin necesidad de aumentar su presión, a 1 atm, el hidrógeno líquido es 850 veces más denso que el hidrógeno gaseoso, por esto, es utilizado en aplicaciones de Electromovilidad y exportación de hidrógeno en largas distancias.
Se necesitan aproximadamente 13.2 kWh para disminuir la temperatura de 1 kg de hidrógeno y 3.3kWh para mantenerlo en este estado, cerca del 50% de la energía obtenible en 1 kg de hidrógeno.
Los tanques de hidrógeno líquido deben minimizar la transferencia de calor, para evitar su cambio de estado, estos tanques consisten en dos cilindros concéntricos separado por una capa de vacío y múltiples capas aislantes, debido a la inevitable evaporación de hidrógeno, también cuentan con un sistema de liberación de presión del gas y en aplicaciones que se transporte el hidrógeno líquido se incorpora un sistema de refrigeración con nitrógeno.
Amoniaco
Exportar grandes cantidades de hidrógeno es complejo desde el punto de vista técnico y económico, el amoniaco (NH3) es un gas incoloro que se puede utilizar como Carrier de hidrógeno, también llamada “molécula almacén”.
Los tanques utilizados para transportar amoniaco son menos restrictivos que los tanques de hidrógeno líquido o comprimido necesitan menores presiones de operación y temperaturas cercanas a -10°C.
El amoniaco, luego de ser transportado, se puede descomponer para obtener nuevamente hidrógeno o utilizar en otras industrias.
Adsorbentes químicos
El amoniaco forma parte del grupo de adsorbentes químicos, donde el hidrógeno se integra a la estructura química de distintos materiales, existen en este grupo el hidruro de magnesio (MgH2), Borohidruro de Litio (LiBH4), este tipo de materiales todavía sigue en investigación y no existen soluciones comerciales disponibles.
Otra opción es utilizar portadores de hidrógeno orgánico liquido (LOHC), que aplica el concepto de hidrogenación y deshidrogenación de compuestos, como el tolueno, para almacenar hidrógeno. Este sistema de almacenamiento es atractivo porque es sencillo de utilizarse en condiciones ambientales, por esto, su uso está enfocado en transporte de largas distancias.
Almacenamiento subterráneo (cavernas)
Es posible almacenar hidrógeno gaseoso en cavernas de sal subterráneas, lo que permite tener un gran reservorio de hidrógeno, este tipo de almacenamiento ya es utilizado y es proyectado como fuente de almacenamiento de energía para los sistemas eléctricos de potencia en un futuro cercano. Para que sea adecuado, se debe tener presente la permeabilidad de las paredes de la caverna, ya que el hidrógeno al ser una molécula muy pequeña puede permear fácilmente en gran cantidad de materiales.
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