Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos
Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción, Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos
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.
El hidrógeno verde juega un papel crucial en resolver los problemas de intermitencia de las fuentes de energía renovables. La producción de energía solar es variable, ya que depende de la luz disponible, mientras que la energía eólica depende de la velocidad del viento. Esto significa que la producción de electricidad no siempre es estable. El hidrógeno ofrece una solución: se puede convertir en calor cuando se usa como combustible o en electricidad cuando se utiliza en celdas de combustible. Estas celdas funcionan de manera inversa a la electrólisis, generando energía eléctrica a partir de hidrógeno y oxígeno.
Desafíos en el Almacenamiento y Transporte del Hidrógeno Verde
A pesar de su gran potencial, el hidrógeno verde todavía enfrenta importantes desafíos, especialmente en su almacenamiento y transporte. Si bien solo un kilogramo de hidrógeno gas a presión atmosférica puede generar tres veces más energía que la misma cantidad de gasolina, su volumen es 8,000 veces mayor. Esto presenta una barrera significativa para su uso práctico. Actualmente, este desafío se aborda principalmente mediante el uso de tanques a presión. Sin embargo, el hidrógeno, siendo la molécula más pequeña, presenta dificultades técnicas para mantenerlo contenido de manera segura. Se han desarrollado tanques especializados para almacenar hidrógeno, pero su alto costo dificulta la adopción a gran escala.
En respuesta, un equipo de investigadores liderado por Elodie Blanco y Felipe Huerta está explorando una solución innovadora para mejorar el almacenamiento de hidrógeno verde. Su enfoque consiste en llenar tanques tradicionales con carbón activado, un material derivado de desechos carbonizados de la industria forestal y agrícola. El carbón activado es altamente poroso y puede retener grandes cantidades de hidrógeno a través de un proceso conocido como adsorción. Este método ofrece una forma eficiente y rentable de almacenar hidrógeno, y dado que el carbón activado es barato y fácilmente disponible, podría aplicarse 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”.
¿Cómo Funciona el Carbón Activado?
El carbón activado puede atraer y atrapar hidrógeno en su amplia superficie, similar a cómo un imán atrae metales. Este fenómeno, conocido como adsorción, permite almacenar grandes volúmenes de hidrógeno de manera eficiente. Sin embargo, a medida que las moléculas de hidrógeno se adsorben, se genera calor dentro del tanque. Este aumento en la temperatura y presión hace más difícil que el carbono adsorba moléculas adicionales de hidrógeno, lo que reduce la eficiencia general del proceso.
Innovaciones para Mejorar el Rendimiento
Para abordar este problema, los investigadores están desarrollando un tanque diseñado para disipar el calor generado durante la adsorción, de manera que el carbono mantenga su capacidad óptima para almacenar hidrógeno. Uno de los aspectos más innovadores de este diseño es la incorporación de superficies extendidas, que aumentan el área de contacto entre el tanque y su entorno exterior, mejorando la transferencia de calor. Este avance se ilustra en la siguiente imagen:
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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.
Resultados Prometedores y Potencial Futuro
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