Compresor de hidrógeno con hidruros metálicos

Contents show

Los esfuerzos por encontrar las formas más eficaces y sostenibles de almacenar hidrógeno han impulsado el uso de compresores. Una de estas opciones es la compresión de hidrógeno gaseoso mediante hidruros metálicos, también conocida como compresión con hidruros metálicos. Al aprovechar las propiedades de estos materiales, esta tecnología no solo simplifica el proceso de elevar la presión, sino que también mejora considerablemente la seguridad, la eficiencia de las aplicaciones y su alcance. Esta introducción destaca la importancia de considerar estas tecnologías recientes en los sistemas de infraestructura de hidrógeno, así como el funcionamiento, las ventajas y las aplicaciones específicas de estos compresores frente a los compresores convencionales. Científicos, ingenieros y entusiastas de la energía: examinemos en detalle cómo se utilizan los hidruros metálicos y cómo su estructura en un compresor de hidrógeno ayuda a explicar por qué su desarrollo debería ser una práctica habitual en los esfuerzos actuales por mejorar el medioambiente.

Sección 01

Entender los hidruros metálicos

Los hidruros metálicos son un tipo especial de compuesto formado por la combinación de hidrógeno y metales. Debido a su sensibilidad a la temperatura y la presión, son una opción muy conveniente para almacenar hidrógeno en estado sólido. Muchos de estos materiales atraen el hidrógeno gaseoso hacia su estructura y luego lo retienen. Son especialmente útiles para distribuir hidrógeno gaseoso y ofrecen ventajas como la reducción de la energía necesaria para comprimirlo. Entre los más destacados se encuentran las aleaciones metálicas, como los hidruros de titanio y hierro, y los hidruros a base de magnesio, que interactúan bien con el hidrógeno gracias a su resistencia y durabilidad en sistemas de hidrógeno.

¿Qué son los hidruros metálicos?

En los últimos años, los hidruros metálicos se han convertido en un elemento esencial de muchas tecnologías avanzadas, ya que son muy eficaces para absorber, almacenar y liberar hidrógeno. Se utilizan principalmente en el sector de las energías renovables, donde el hidrógeno suele emplearse como fuente de energía respetuosa con el medioambiente. En los sistemas de almacenamiento de energía de hidrógeno, se usan en celdas de combustible para almacenar hidrógeno de forma segura y garantizar una producción de energía continua y confiable. También se utilizan en unidades de almacenamiento de energía térmica que emplean el hidrógeno almacenado en hidruros metálicos como portador de energía.

El transporte ofrece otra perspectiva sobre el uso de los hidruros. Se ha investigado ampliamente el desarrollo de hidruros metálicos para vehículos propulsados por hidrógeno, con diseños más compactos y menos peso que los sistemas de alta presión. La búsqueda de cavidades de almacenamiento más amplias y la necesidad de reducir las temperaturas máximas de operación impulsan la fabricación de compuestos químicos especiales, incluidos hidruros de magnesio e hidruros complejos sensibles al calor que contienen alanatos.

Propiedades de los hidruros metálicos

Los hidruros metálicos tienen características interesantes que los hacen importantes para el almacenamiento de hidrógeno, las baterías y los sistemas térmicos. Una de las más destacadas es que estos materiales pueden absorber y liberar hidrógeno de forma reversible dentro de un intervalo de operación determinado. Esta capacidad depende, sobre todo, de las propiedades termodinámicas y cinéticas del material. Por ejemplo, la relación entre la tasa de absorción y desorción de hidrógeno y la presión depende de los cambios de temperatura y se rige por la ecuación de Van’t Hoff. Los hidruros que funcionan a bajas temperaturas, como LaNi₅ y las aleaciones de Ti, absorben y liberan hidrógeno eficazmente en condiciones ambientales moderadas y a presión ambiente.

Desde el punto de vista cinético, factores como el tamaño de las partículas, el estado superficial de los sitios de captura, la composición de la aleación y la pureza de los reactivos pueden afectar directamente la velocidad de hidrogenación y deshidrogenación. Por ejemplo, los hidruros nanoestructurados o catalizados, como los de paladio, presentan velocidades de reacción varios órdenes de magnitud mayores. Además, la capacidad de almacenamiento de hidrógeno de los distintos hidruros metálicos se expresa en porcentaje en peso (wt%); en condiciones muy favorables, algunos superan 5 wt%.

Aplicaciones de los hidruros metálicos en la energía de hidrógeno

01
Sistemas de almacenamiento de hidrógeno
Gracias a su alta capacidad para absorber hidrógeno, los hidruros metálicos se utilizan ampliamente en celdas de combustible para producir energía. Pueden someterse a ciclos mediante cambios de temperatura y presión, según las condiciones de operación, lo que facilita su uso. Por ejemplo, se ha demostrado que los hidruros de magnesio (MgH₂) pueden alcanzar una capacidad teórica de almacenamiento de hidrógeno de hasta 7.6 wt%, lo que resulta prometedor para el almacenamiento de energía a largo plazo.
02
Tecnologías de celdas de combustible
En las celdas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM), los hidruros metálicos sirven como fuentes de hidrógeno y lo suministran según la demanda, controlando el caudal necesario. Los hidruros de aleaciones más recientes, como las de titanio y hierro (TiFe), se adaptan bien a los requisitos de los vehículos híbridos con celdas de combustible, pues funcionan a temperaturas intermedias y ofrecen otras características convenientes.
03
Almacenamiento de energía térmica
Algunos hidruros metálicos, en particular el hidruro de aluminio y sodio (NaAlH₄), experimentan transformaciones exotérmicas y endotérmicas durante la absorción y desorción de hidrógeno, por lo que son adecuados para su uso en tanques de energía. Estas transformaciones endotérmicas pueden servir para acumular o transferir calor en instalaciones industriales donde es fundamental controlar el balance térmico.
04
Compresión de hidrógeno
La tecnología de compresión de hidrógeno basada en hidruros metálicos funciona mediante ciclos de absorción y desorción a diferentes temperaturas y presiones. LaNi₅ y sus aleaciones se utilizan para elevar la presión del hidrógeno gaseoso desde baja hasta alta presión. Esto reduce el consumo de energía frente al de los compresores mecánicos convencionales.
05
Separación y purificación de hidrógeno
Además de mejorar los sistemas de almacenamiento de hidrógeno, los hidruros metálicos se usan en sistemas de purificación. Al emplear hidruros dopados con paladio, se puede absorber selectivamente parte del hidrógeno presente en mezclas de gases. Así se obtiene hidrógeno de alta pureza para usos especializados, como los semiconductores o los analizadores de laboratorio.
06
Almacenamiento de energía a escala de red
El uso de hidruros metálicos en sistemas de generación de energía renovable a gran escala es una opción económicamente viable. Se investiga la viabilidad de almacenar hidrógeno a escala de red con materiales como los alanatos (por ejemplo, NaAlH₄) y los borohidruros (por ejemplo, LiBH₄). Esto ayuda a equilibrar el suministro de energía y a suavizar los picos y valles del consumo.

Sección 02

Introducción a los compresores de hidrógeno con hidruros metálicos

Los hidruros metálicos pueden absorber y liberar hidrógeno bajo condiciones controladas de presión y temperatura. Esta característica se aprovecha para diseñar compresores de hidrógeno que alternan entre estados de baja y alta concentración de hidrógeno en el material, comprimiendo así el gas. El sistema realiza esta tarea sin piezas mecánicas móviles. Gracias a sus ventajas estructurales, la tecnología permite saturar los hidruros con hidrógeno para comprimirlo y luego calentarlos para liberar el gas durante la operación. Una mayor eficiencia energética, menos necesidades de mantenimiento y una confiabilidad superior son algunas de sus ventajas, que los convierten en una alternativa para los sistemas de producción, almacenamiento y distribución de hidrógeno.

¿Qué es un compresor de hidrógeno con hidruros metálicos?

El compresor de hidrógeno que utiliza hidruros metálicos también se conoce como compresor de hidrógeno con hidruros metálicos (MHHC). Funciona según el principio de absorción y liberación reversible de gas por un material. En particular, esta tecnología emplea hidruros metálicos especializados que absorben hidrógeno a baja presión y lo liberan a temperaturas más altas. El proceso funciona de la siguiente manera: el hidrógeno entra en el equipo y se enlaza químicamente con el hidruro para formar un compuesto. Al calentar el hidruro, el hidrógeno unido químicamente al metal se libera y sale a alta presión, lo que permite comprimirlo sin los componentes mecánicos tradicionales.

Los MHHC son especialmente útiles en aplicaciones donde la confiabilidad y la eficiencia energética son fundamentales. Al funcionar mediante un ciclo termodinámico en lugar de un sistema de compresión mecánica, pueden reducir la contaminación acústica en parques y otros entornos. La tecnología moderna también aprovecha materiales avanzados, incluidas nuevas aleaciones metálicas, para maximizar la capacidad, enfriar o calentar el tanque y mantener una presión segura al recargar hidrógeno, incluso a presiones extremas de hasta 1,000 bars. Esto hace que estos compresores sean adecuados para sectores que trabajan con hidrógeno y contribuyan al avance de su uso como fuente de energía, especialmente ante la disponibilidad actual de fuentes no renovables.

La importancia de la compresión de hidrógeno

La compresión de hidrógeno es fundamental para almacenarlo, transportarlo y utilizarlo con diferentes equipos de generación de energía. El hidrógeno tiene una densidad digital aceptable, pero ocupa mucho volumen; por eso, se debe comprimir para almacenarlo de forma compacta y con alta densidad energética en sistemas fijos y móviles. Los compresores de hidrógeno de alta presión son esenciales para los sistemas avanzados de celdas de combustible, que requieren un suministro de combustible a la presión adecuada y de manera repetida para funcionar según lo previsto. Por ejemplo, los compresores de uso industrial pueden alcanzar presiones superiores a 700 bar, lo que permite utilizar tanques de alta presión en vehículos propulsados por hidrógeno y sistemas de tuberías.

La transición mundial hacia las fuentes de energía renovables exige optimizar la producción y el uso de hidrógeno limpio. Esto ha hecho posible que hoy exista un mercado de gases puros. Las máquinas modernas, como los compresores de diafragma y los compresores reciprocantes, reducen al mínimo la contaminación del gas y permiten aprovechar mejor el combustible de hidrógeno en los sectores del transporte, la energía y la industria. Aumentar la capacidad de compresión de hidrógeno contribuiría a las iniciativas de descarbonización industrial y permitiría integrar este gas en los sistemas energéticos actuales y futuros.

Comparación de los compresores de hidrógeno con hidruros metálicos y otros compresores

Parámetro	Hidruro metálico	Reciprocante	Centrífugo	De diafragma
Mecanismo de compresión	Absorción y desorción en hidruros	Compresión mecánica accionada por pistón	Fuerza centrífuga de los impulsores	Diafragma flexible para la compresión
Eficiencia	Alta en intervalos de presión específicos	Eficiencia moderada	Alta eficiencia con caudales elevados	Eficiencia de moderada a alta
Contaminación del gas	Prácticamente nula	Mínima	Posible contaminación	Extremadamente baja
Mantenimiento	Bajo, debido a la menor cantidad de piezas móviles	Medio; requiere mantenimiento periódico	Alto, debido a los componentes internos complejos	Bajo; requiere un mantenimiento sencillo
Durabilidad	Larga vida útil en aplicaciones de hidrógeno	Buena durabilidad; desgaste habitual de las piezas	Buena, aunque las vibraciones pueden afectarla	Excelente; minimiza el desgaste mecánico
Presión de operación	Adecuado para aplicaciones de presión moderada	Amplio intervalo de presión	Más adecuado para baja presión	Admite aplicaciones de alta presión
Consumo de energía	Consumo moderado de energía	Alto consumo de energía	Menor consumo de energía a velocidades constantes	Consumo moderado de energía
Costo	Alto costo inicial y bajos costos de operación	Costo inicial moderado y costos más altos con el tiempo	Alto costo inicial; varía con el tiempo	Alto costo inicial; rentable a largo plazo
Escalabilidad	Adecuado para sistemas específicos de menor tamaño	Escalable para distintas capacidades	Ideal para aplicaciones a gran escala	Escalabilidad limitada
Seguridad	Estable, con bajo riesgo de fallas mecánicas	Riesgo de fugas o sobrecalentamiento	Riesgos moderados a altas velocidades	Muy seguro; funcionamiento robusto

↔ Deslice horizontalmente en la pantalla del celular para ver la tabla comparativa completa

Sección 03

La ciencia detrás de la compresión de hidrógeno con hidruros metálicos

La compresión de hidrógeno con hidruros metálicos aprovecha una propiedad poco común de ciertos metales y algunas de sus aleaciones: pueden absorber hidrógeno gaseoso bajo determinadas condiciones y luego liberarlo. El metal se satura de hidrógeno a una temperatura y presión específicas. En ese proceso, se hidrura y el hidrógeno se incorpora a su estructura. Al aplicar calor, el gas almacenado se libera a una presión ligeramente superior a la necesaria para absorberlo.

El diseño favorece la seguridad, ya que el sistema funciona a bajas temperaturas y presiones, sin movimientos críticos en el equipo. Además, las temperaturas y presiones elevadas no provocan daños irreversibles en la tecnología, que puede utilizarse repetidamente. El reajuste de presión en aplicaciones que requieren un control preciso genera muy pocas emisiones. Estos compresores también pueden utilizarse para almacenar hidrógeno y en tecnologías de celdas de combustible.

Mecanismo de absorción y desorción de hidrógeno

Cuando el hidrógeno gaseoso entra en contacto con un material de hidruro metálico, comienza la absorción. El enlace inicialmente débil de la molécula diatómica de hidrógeno (H2) se rompe en la superficie del metal y forma hidrógeno atómico (H). Esta disociación suele ocurrir en los sitios catalíticos de la superficie del material, que reducen la energía de activación necesaria para separar la molécula de hidrógeno. Luego, los átomos de hidrógeno se difunden hacia los sitios intersticiales de la red cristalina del metal anfitrión y se combinan con ella para formar un complejo de hidruro metálico estable. Sin embargo, la absorción libera calor, que debe controlarse para que el proceso sea eficaz.

A la inversa, la desorción es el proceso por el que los átomos de hidrógeno vuelven del hidruro metálico a su forma gaseosa. Normalmente, se aplica calor para aportar la energía que requiere este proceso endotérmico y se extrae el gas a presión para facilitar la liberación del hidrógeno. El equilibrio entre absorción y desorción depende de varios factores, como la temperatura, la presión y las propiedades termodinámicas de los hidruros metálicos utilizados. Actualmente, los sistemas avanzados, como las aleaciones de aluminio activadas y los nanomateriales, son cada vez más importantes para desarrollar tecnologías eficaces de generación y almacenamiento de hidrógeno.

Función de las aleaciones en los compresores de hidruros metálicos

Las aleaciones son fundamentales para optimizar el desempeño y la eficiencia de los compresores de hidruros metálicos, pues afectan significativamente la absorción y desorción de hidrógeno. Por ejemplo, se sabe que varias aleaciones, como LaNi₅, TiFe y los compuestos a base de magnesio, tienen propiedades termodinámicas que determinan si pueden utilizarse en ciertos equipos. Las aleaciones a base de LaNi₅ suelen usarse porque operan a presiones y temperaturas moderadas, donde es posible realizar ciclos eficaces de absorción y desorción. En cambio, las aleaciones a base de magnesio permiten almacenar más hidrógeno sin recurrir a altas presiones, pero requieren temperaturas elevadas para hacerlo. Por eso, son adecuadas para aplicaciones que necesitan una alta capacidad o altas temperaturas.

Los estudios actuales se centran en modificar las aleaciones para mejorar la velocidad de reacción y la vida útil de los polvos. Se esperan nuevos avances, especialmente en nanoestructuras, donde las reacciones superficiales se catalizan con materiales recubiertos de metal o con partículas pequeñas de paladio o titanio. Otra posibilidad interesante es sustituir ciertos elementos de la aleación para ajustar sus propiedades a la presión y la temperatura requeridas, y así adaptarla a motores específicos. La mejora de estos productos especializados impulsa el avance del sector de las energías renovables, pues amplía el alcance de las aplicaciones de los sistemas propulsados por hidrógeno y mejora su desempeño y confiabilidad.

Transferencia de calor en sistemas de hidruros metálicos

Una transferencia de calor eficiente es fundamental para que el hidruro metálico interactúe de manera óptima con los demás componentes del sistema, ya que determina las velocidades de absorción y liberación de hidrógeno. Durante la hidrogenación, el hidruro metálico saturado absorbe o libera hidrógeno mediante una reacción exotérmica, que desprende energía. En este caso, el calor debe disiparse rápidamente; de lo contrario, el sistema se sobrecalentará. Por otro lado, es necesario suministrar calor a la temperatura adecuada al sistema de deshidrogenación para superar la barrera térmica de la reacción.

Los diseños modernos suelen incorporar materiales de alta conductividad térmica, como aluminio o cobre, en la construcción de disipadores para acelerar la extracción de calor. En algunos casos, los reactores de hidruros metálicos pueden incluir estructuras para transferir calor, disipadores convectivos o incluso sistemas híbridos de enfriamiento por aire para mejorar la transferencia térmica. La bibliografía disponible también señala que mejorar la transferencia de calor en estos equipos puede reducir considerablemente el consumo de energía y la duración del ciclo, y aumentar así el desempeño de los procesos de almacenamiento y recuperación de hidrógeno con hidruros.

Sección 04

Aplicaciones de los compresores de hidrógeno con hidruros metálicos

Los compresores de hidrógeno con hidruros metálicos ofrecen ventajas importantes y son útiles en diversos procesos industriales que implican el almacenamiento y transporte de hidrógeno. Aunque son especialmente eficaces en la fabricación de productos, también tienen otras aplicaciones destacadas, como el reformado de hidrocarburos y el control de tuberías, que requieren una regulación de presión muy precisa. Además, los compresores de hidrógeno permiten impulsar tecnologías de celdas de combustible y avanzar en el suministro de energía limpia para aplicaciones móviles y estacionarias. Como funcionan a temperaturas más bajas que los compresores mecánicos, también son convenientes en situaciones donde el calor de proceso es un factor crítico, por ejemplo, en instalaciones de energía renovable y plantas químicas.

Aplicaciones de los compresores de hidruros metálicos en la economía del hidrógeno

01
Sistemas de almacenamiento de hidrógeno
El método de almacenamiento de hidrógeno utilizado en el proceso ahorra espacio y garantiza que los gases se almacenen de forma segura y eficaz. Por ejemplo, ciertas aleaciones, como LaNi₅ y las basadas en TiFe, entre otras, pueden realizar procesos reversibles de hidrogenación y deshidrogenación en intervalos específicos de presión y temperatura, y almacenar hidrógeno de forma segura incluso a presiones de volatilización como 200 bar.
02
Infraestructura de abastecimiento para vehículos de hidrógeno
El principio de funcionamiento de los MHC en las estaciones de recarga de hidrógeno se basa en comprimir según la demanda. Su alta eficiencia y baja fricción permiten un funcionamiento sin desgaste en vehículos eléctricos de celda de combustible de hidrógeno. En la recarga de hidrógeno se manejan presiones más altas: los vehículos de celda de combustible estándar suelen operar por encima de 350 bar y, en particular, los sistemas de recarga que suministran a 700 bar requieren alta presión.
03
Suministro industrial de hidrógeno
Algunas operaciones industriales, como la producción química y el procesamiento de metales, requieren hidrógeno puro para llevarse a cabo correctamente. Además, los compresores de hidruros metálicos, como tecnologías de conexión, pueden suministrar hidrógeno de alta pureza a alta presión, conforme a las exigencias industriales. Actualmente, al seleccionar hidruros metálicos con características termodinámicas adecuadas, estos sistemas pueden comprimir hidrógeno hasta en condiciones un 85% más eficaces durante el proceso.
04
Integración de energías renovables
La producción y el almacenamiento de hidrógeno son procesos esenciales en diversos sectores de energías renovables, y representan una aplicación idónea para los MHC. Esto significa que los compresores capaces de comprimir el hidrógeno producido mediante electrólisis con energía renovable, como la solar o la eólica, pueden integrarse en la red energética actual. Las investigaciones sobre el uso de absorbentes metálicos y electrolizadores de acero PEM para comprimir hidrógeno han demostrado que se pueden alcanzar presiones de entre 100 y 150 bar con pérdidas de energía insignificantes.
05
Aplicaciones de laboratorio e investigación
Por la calidad de su construcción y su larga vida útil, los concentradores de hidrógeno de membrana se utilizan ampliamente en laboratorios para controlar el suministro de gas hidrógeno. Así, pueden proporcionar el hidrógeno con la presión y pureza necesarias para determinados experimentos, incluso en instalaciones experimentales más pequeñas. En pruebas y experimentos de laboratorio, se ha informado de un rendimiento superior al 90%.

Ventajas frente a los compresores de hidrógeno tradicionales

►
Mayor eficiencia energética
Los compresores de hidruros metálicos, conocidos comúnmente como MHC por sus siglas, ofrecen un potencial energético muy superior al de los compresores mecánicos tradicionales. En los compresores mecánicos tradicionales de gas hidrógeno de alta presión, la eficiencia de la turbina es de 40-60%, y las MEA pueden alcanzar una eficiencia de hasta 90% en condiciones óptimas de proceso.
►
Menores requisitos de mantenimiento
Los MHC tienen muchos menos componentes móviles, para gran satisfacción de quienes los operan, y están construidos con componentes menos convencionales que la mayoría de las máquinas, lo que prolonga su vida útil. Por ello, su mantenimiento no se realiza con frecuencia ni resulta costoso. Además, es fácil entender que los MHC requieren poca lubricación, lo que facilita las reparaciones.
►
Mayor seguridad operativa
Las medidas integradas en los MHC ofrecen condiciones más seguras, ya que funcionan a presiones y temperaturas mucho menores que sus equivalentes orientales. Los compresores tradicionales suelen superar los 200 bars durante el funcionamiento; sin embargo, los MHC con hidruros reversibles de rendimiento equivalente operan a presiones varias veces inferiores incluso a las presiones de control para la formación reversible del hidruro.
►
Mayor pureza del hidrógeno
Se sabe que los MHC son útiles para purificar el gas hidrógeno, ya que absorben el hidrógeno y luego lo liberan. Sin embargo, cabe mencionar que, por lo general, las demás impurezas presentes en el hidrógeno, como nitrógeno, oxígeno e hidrocarburos, no son absorbidas por los hidruros metálicos.
►
Diseño compacto y modular
Los MHC están diseñados para ocupar muy poco espacio, por lo que son adecuados para instalaciones con limitaciones de espacio en ambos lados o para instalaciones móviles. Además, su escalabilidad permite diseñar y ampliar el sistema según los requisitos de capacidad.
►
Reducción del ruido y las vibraciones
Las bombas de calor magnéticas funcionan prácticamente sin ruido, a diferencia de los compresores mecánicos que utilizan pistones o diafragmas y pueden producir mucho ruido y vibraciones. Esto ofrece numerosas ventajas para estas máquinas en establecimientos e industrias que requieren un entorno silencioso, como los laboratorios y las ciudades donde el suministro de hidrógeno para recarga se realiza mediante bombas robóticas.

Sección 05

Tendencias futuras en la compresión de hidrógeno con hidruros metálicos

Es fundamental mejorar los hidruros metálicos como posible solución técnica para optimizar la compresión de hidrógeno. Actualmente, varios institutos trabajan en el desarrollo de nuevas aleaciones para aumentar la capacidad de almacenamiento y la actividad catalítica. También crece la integración de fuentes de energía renovable, como las células fotovoltaicas solares y las turbinas eólicas, con el objetivo de hacer más sostenible la compresión de hidrógeno. Se investiga cómo adaptar con mayor facilidad los sistemas actuales a diferentes tamaños y transportar hidrógeno a los lugares donde se necesita mediante más tanques de almacenamiento. La estrategia de diseño pasivo sigue expandiéndose en las tecnologías de próxima generación: eliminar los equipos de control térmico permite ahorrar aún más energía y aumentar la eficiencia energética regulatoria.

Enfoques innovadores y modelado numérico

El modelado computacional es fundamental para optimizar los sistemas de compresión de hidrógeno con hidruros metálicos, ya que permite estudiar la transferencia de calor, la cinética de reacción y los mecanismos de difusión del hidrógeno. Métodos más especializados, como la dinámica de fluidos computacional (CFD) y el análisis de elementos finitos (FEA), facilitan el diseño de simulaciones más sofisticadas que permiten investigar en detalle las propiedades termodinámicas y mecánicas en diferentes modos de operación. Estos modelos cuantitativos estiman variables medibles importantes, como el grado de compresión, la estabilidad del ciclo y la eficiencia térmica, que son fundamentales para desarrollar y mejorar los sistemas.

Los nuevos métodos de investigación integran la simulación computacional y la experimentación en un mismo sistema, lo que permite modificar la estructura del modelo a partir de datos reales recopilados en línea. Este método permite predecir el funcionamiento correcto del sistema durante un periodo determinado. También ayuda a abordar problemas específicos, como determinar cómo mejorar la eficacia del disipador de calor o evitar el deterioro del material. En línea con esta tendencia, el desarrollo de sistemas de hidruros metálicos que aplican aprendizaje automático es otra herramienta útil para mejorar el rendimiento y reducir el esfuerzo. Es un concepto innovador en el sector energético que promete reducir el consumo energético de los dispositivos de hidruros metálicos durante su implementación.

Perspectivas futuras de la energía del hidrógeno

La energía del hidrógeno tiene un gran potencial de desarrollo gracias a la combinación de una producción ecológica de hidrógeno y los avances en la tecnología de celdas de combustible. Entre los posibles avances en este campo está el hidrógeno «verde», cuya producción con energía eólica, entre otras fuentes, según afirman varias iniciativas industriales, ha reducido las emisiones de carbono. Actualmente, la investigación se centra en desarrollar electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM) para mejorar su eficiencia y, con ello, la capacidad total de producción de hidrógeno.

Se han logrado avances considerables en el uso de celdas de combustible en automóviles. Los sectores del transporte y automotriz han demostrado que se necesita otra fuente de energía para las celdas de combustible. Se han registrado avances en la fabricación de celdas de combustible ligeras y de mejor rendimiento. Estas mejoras de producción y funcionamiento son de gran interés para la tecnología de vehículos propulsados por hidrógeno, sobre todo por su eficiencia energética y autonomía. También surge una tendencia a desarrollar diseños de celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), que se consideran aptos para operar a temperaturas más altas. Esto abre la posibilidad de utilizar celdas de combustible en aplicaciones estacionarias, además del transporte.

En otra escala de mejora, se trabaja para establecer redes de distribución de hidrógeno. La construcción, ampliación y modernización de tuberías, junto con la creación de zonas de hidrógeno en áreas de alta demanda industrial, avanzan con rapidez. Si la evolución continúa como hasta ahora, este tipo de desarrollo permitirá que el hidrógeno forme parte de la solución al problema de las emisiones globales netas cero en un plazo de dos a tres décadas.

Referencias

Fuentes de referencia

- 01
  
  Evaluación del rendimiento de un compresor de hidrógeno con hidruros metálicos
  Leer más →
- 02
  
  Desarrollo de un compresor de hidruros metálicos de alta presión y 700 bar
  Leer más →
- 03
  
  Compresor de hidrógeno

Preguntas frecuentes

¿Cómo funciona el almacenamiento de hidrógeno con compresores de hidrógeno de hidruros metálicos?

El sistema de almacenamiento de hidrógeno basado en hidruros sólidos implica la absorción y desorción reversibles de hidrógeno en las aleaciones, lo que permite almacenar el gas hidrógeno comprimido como material sólido. El compresor de hidrógeno de hidruros funciona de otra manera, ya que comprime sin pistones. El bombeo se realiza mediante compresión accionada térmicamente o mediante compresión basada en hidruros metálicos con rechazo de energía térmica; así se produce hidrógeno a alta presión a partir de calor de baja calidad. Estos sistemas son especialmente útiles para alcanzar relaciones de compresión altas y, en ocasiones, presiones elevadas del gas comprimido, que llegan casi a 70 MPa en aplicaciones de laboratorio.

¿Se puede usar un sistema de hidruros metálicos tipo reactor como compresor de hidrógeno?

Un compresor de hidrógeno puede integrarse en un bloque reactor que utilice hidruros metálicos para aprovechar los ciclos de temperatura y presión. Esto produce absorción y liberación de hidrógeno y elimina la necesidad de componentes mecánicos. Estos sistemas de reactor pueden accionarse térmicamente o funcionar como compresores que combinan principios de hidruros y electromecánicos para aumentar el flujo y la compresibilidad del hidrógeno. También pueden funcionar con energía de baja calidad o residual, en lugar de energía primaria. Esta característica los hace útiles para la generación local de energía.

¿Qué ventajas ofrecen los sistemas de almacenamiento con hidruros metálicos para la compresión de hidrógeno?

Los sistemas de almacenamiento con hidruros metálicos se consideran una de las mejores opciones y, en muchos casos, el método más conveniente para almacenar, comprimir y transportar hidrógeno. Esto se debe a que el hidrógeno se almacena en estado sólido como una fase de metal-hidrógeno dentro del material de los elementos. Además, estos sistemas basados en la tecnología de hidruros metálicos permiten almacenar el hidrógeno de forma más compacta y con menores presiones que las requeridas por los compresores mecánicos de hidrógeno para el almacenamiento de energía. Un nuevo concepto híbrido de compresión, aún en desarrollo, permite utilizar un hidruro metálico que cumple tres funciones diferentes.

¿Cómo permiten la absorción y la desorción de hidrógeno comprimirlo en dispositivos basados en hidruros metálicos?

La absorción y desorción de hidrógeno por un metal de Fischer–Tropsch favorece la descompresión. La absorción ocurre a menor presión, mientras que la desorción se produce cuando se calienta el metal a una presión más alta; así se realiza el bombeo sin necesidad de mover pistones. Este proceso puede perfeccionarse mediante ciertas aleaciones que incorporan hidruros y conservan buenas propiedades termodinámicas para retener hidrógeno, así como mediante el uso de calor residual o procesos electroquímicos para controlar las variaciones de temperatura y mantener una tasa específica de liberación de hidrógeno.