El hidrógeno verde se presenta como una opción prometedora para combatir el cambio climático, ya que permite generar energía sin emitir gases contaminantes, sustituyendo así la energía producida a partir de combustibles fósiles. El proceso de producción del hidrógeno verde comienza con el uso de energías renovables, como la solar o la eólica, para generar electricidad. Esta electricidad se emplea en un proceso conocido como electrólisis, que descompone el agua (H₂O) en sus dos componentes principales: oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂), ambos en forma gaseosa. El hidrógeno obtenido se almacena en tanques y/o se transporta para su posterior uso como fuente de energía.
Este hidrógeno verde es una tecnología de almacenamiento de energía eléctrica que permite resolver la intermitencia de las energías renovables. En concreto, la energía solar depende de la cantidad de luz disponible y la eólica de la velocidad del viento, lo que significa que la producción de electricidad no siempre es constante. El hidrógeno puede transformarse en calor al ser utilizado como combustible o electricidad al utilizarlo como reactante en celdas de combustible, que constituyen el proceso inverso a la electrólisis y permiten generar energía eléctrica a partir de hidrógeno y oxígeno.
La producción de hidrógeno verde aún enfrenta desafíos importantes para competir con otras fuentes de energía contaminantes, especialmente en términos de almacenamiento y transporte. Aunque 1 kg de hidrógeno gaseoso a presión atmosférica genera tres veces más energía que 1 kg de gasolina, su volumen es 8.000 veces mayor, lo que plantea una barrera significativa.
Hoy en día, este problema se aborda principalmente mediante el uso de tanques a presión, pero el hidrógeno al ser la molécula más pequeña que existe presenta también desafíos técnicos para mantenerlo encerrado en el tanque. En ese sentido se han desarrollado nuevos tanques de almacenamiento específicos al hidrogeno, pero su elevado costo hace que sea difícil escalar esta tecnología. En este contexto, un equipo de investigadores liderado por Elodie Blanco y Felipe Huerta trabaja en una solución innovadora para mejorar el almacenamiento del hidrógeno verde. Su propuesta consiste en utilizar tanques tradicionales rellenos de carbón activado, un material obtenido a partir de residuos carbonizados de la industria forestal y agrícola. Este carbón es altamente poroso y tiene la capacidad de retener el hidrógeno en su superficie mediante un fenómeno conocido como adsorción, lo que permite almacenar grandes cantidades de gas. Además, el carbón activado es de bajo costo y fácil de conseguir, lo que podría hacer viable su uso en aplicaciones a gran escala.
El carbón activado puede atraer y retener el hidrógeno en su amplia superficie como si fuera un imán. A esto se le denomina “adsorción”.
Sin embargo, las potencialidades de un tanque con carbón activado también conllevan ciertos desafíos. El proceso de adsorción de las moléculas de hidrógeno en el carbón genera calor dentro del tanque, lo que provoca un aumento en la temperatura y, en consecuencia, en la presión del hidrógeno que aún no ha sido adsorbido. En estas condiciones, el carbón encuentra más dificultades para retener nuevas moléculas de hidrógeno, lo que hace que el proceso se vuelva progresivamente menos eficiente.
Con esto en mente, los investigadores están trabajando en el diseño de un tanque capaz de disipar el calor generado durante el proceso de adsorción, de manera que el carbón conserve su capacidad de almacenar hidrógeno de forma óptima. Una de las características más innovadoras de este diseño es la incorporación de superficies extendidas, que incrementan el contacto entre el tanque y el ambiente exterior, mejorando así la transferencia de calor. Este enfoque se ilustra en la siguiente imagen:
Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos
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El modelo matemático que respalda este tanque, junto con el prototipo de diseño actualmente en desarrollo, ya anticipa resultados prometedores. Los experimentos han demostrado que un tanque con carbón activado es más económico y eficiente que los tanques a presión tradicionales. Además, al mejorar la transferencia de calor desde su interior, este diseño permite almacenar el hidrógeno a temperaturas y presiones más bajas, lo que no solo aumenta su eficiencia, sino que también lo hace más seguro para su transporte, por ejemplo, en camiones.
La optimización y escalamiento de este tanque representaría un avance significativo en la transición global hacia energías renovables, haciendo que el hidrógeno verde sea más competitivo frente a los combustibles fósiles. En este contexto, Chile posee un notable potencial de desarrollo, gracias a su geografía: la gran cantidad de energía eólica y solar que puede generar podría convertirse en una fuente valiosa de hidrógeno verde.
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