Materiales de almacenamiento de hidrógeno a partir de residuos industriales
Las aleaciones metálicas recicladas permiten una economía circular para el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido
No sólo la producción de hidrógeno verde, sino también su almacenamiento seguro y compacto es un reto importante para la transición energética. Los hidruros metálicos podrían ser una buena solución: pueden almacenar grandes cantidades de hidrógeno en un espacio reducido. Sin embargo, la extracción y producción de los materiales de alta pureza que se requieren hasta ahora emiten grandes cantidades de dióxido de carbono. Los investigadores del Helmholtz-Zentrum Hereon han demostrado ahora que los materiales de almacenamiento de hidrógeno también pueden producirse a partir de residuos industriales reciclados. El resultado: una producción de materiales de almacenamiento de hidrógeno mucho más respetuosa con el clima.
Tanques de almacenamiento de hidruros metálicos
Hereon/ Christian Schmid
Ya se trate de coches, energía o teléfonos móviles: la sociedad moderna está construida sobre metales y nuestro futuro también depende en gran medida de estos materiales. Almacenar el hidrógeno de forma segura, compacta y respetuosa con el medio ambiente sigue siendo un gran reto. Los hidruros metálicos podrían ser una solución atractiva, sobre todo para aquellas aplicaciones en las que el volumen y la seguridad del sistema de almacenamiento son un problema -por ejemplo, en los almacenes fijos, en las estaciones de recarga de hidrógeno o en los barcos-, ya que pueden proporcionar una densidad de almacenamiento muy alta. Para producir estos materiales de almacenamiento se suelen utilizar metales de gran pureza. A pesar de sus ventajas, la extracción y producción a gran escala de estos materiales supone una pesada carga para el medio ambiente, ya que emiten grandes cantidades de gases de efecto invernadero, por no hablar del impacto de la extracción de las materias primas en el propio paisaje. Los investigadores del Instituto de Tecnología del Hidrógeno de Hereon han demostrado ahora que también se pueden producir materiales de almacenamiento de hidrógeno de alta calidad a partir de residuos metálicos industriales menos puros. Estos hallazgos permiten por primera vez utilizar una estrategia de economía circular para producir hidruros metálicos. Como resultado, su producción es mucho más respetuosa con el medio ambiente.
"La utilización de enfoques de economía circular para la producción de materiales de almacenamiento de hidrógeno nos permite afrontar los retos energéticos que los tiempos modernos plantean a nuestra sociedad de una manera más sostenible", afirma el Dr. Claudio Pistidda, científico del Instituto de Tecnología del Hidrógeno de Hereon.
Cada año se generan millones de toneladas de residuos metálicos. El reciclaje de estos materiales es crucial para mitigar la amenaza que la creciente demanda de metal supone para el crecimiento económico de muchos países. Aunque para la mayoría de las aleaciones metálicas utilizadas en la industria existen metodologías de reciclaje satisfactorias, todavía se pierde una cantidad importante de ellas. La producción de hidruros metálicos a partir de materiales que de otro modo no serían reciclables podría capturar grandes cantidades de estos residuos industriales, como demostraron los científicos de Hereon. Los hidruros metálicos parecen ser bastante insensibles a la composición exacta de la aleación, en contraste con las aleaciones metálicas, por ejemplo, para fines de construcción de alto rendimiento.
"Nuestra investigación abre una nueva vía para el desarrollo de materiales respetuosos con el medio ambiente para aplicaciones de almacenamiento de hidrógeno de alto rendimiento", afirma el Dr. Claudio Pistidda.
Antecedentes
En comparación con los depósitos comunes de hidrógeno presurizado o líquido, los hidruros metálicos son una solución atractiva para almacenar hidrógeno a bajas presiones y temperaturas moderadas de forma segura y compacta. Los compuestos metálicos molidos en polvos finos tienen una gran afinidad por el hidrógeno. Una vez expuestos a él, la alta afinidad conduce a la ruptura de los enlaces entre los dos átomos de hidrógeno de la molécula de hidrógeno (H2). Después, los metales se unen a los átomos de hidrógeno individuales dando lugar a especies de hidruros. Este proceso puede invertirse fácilmente disminuyendo la presión de hidrógeno aplicada anteriormente para crear los hidruros metálicos o aumentando la temperatura. Así que, al igual que una esponja con agua, los hidruros metálicos pueden fijar el hidrógeno en cantidades asombrosas y volver a liberarlo rápidamente. En el Instituto Hereon de Tecnología del Hidrógeno, los científicos están creando materiales nanoestructurados para el almacenamiento de hidrógeno, estudiando métodos de producción sostenibles a gran escala y evaluando estos materiales en entornos reales.
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Publicación original
Yuanyuan Shan et al.; Sustainable NaAlH4 production from recycled automotive Al alloy; Green Chem., 2022, 24, 4153-4163.
M. Passing et al.; Development and experimental validation of kinetic models for the hydrogenation/dehydrogenation of Mg/Al based metal waste for energy storage; Journal of Magnesium and Alloys; 2022.
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