ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
TECNOLOGÍAS DISPONIBLES- Almacenamiento a alta presión
– Hidrógeno líquido
– Hidrocarburos
– Hidruros metálicos
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
ALMACENAMIENTO A ALTA PRESIÓN
– Presiones de trabajo 200-250 bar
– Nuevos desarrollos 400-700 bar
– Materiales compuestos de
fibra de carbono y polímeros
– Aluminio reforzado con
fibra de carbono
– Inconvenientes
– Densidad energética por
unidad de volumen baja.
– Tecnología cuestionada debido a aspectos de seguridad.
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
Proyectos europeos: CUTE, ECTOS
– 30 autobuses provistos de pilas de combustible (PC) alimentados con hidrógeno en 10 ciudades europeas (2002-2005)
– Convergencia de los costes
(autobuses diesel y autobuses con PC)
con el escalado de la producción
(Datos USA, Thomas y col. 2001)
Citaro (Daimler-Chrysler)
Diesel
FC
100.000
FC
10.000
FC
1.000
Coste (0000£)
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
HIDRÓGENO LICUADO – Ventajas
– Aceptable autonomía y tiempo de operación
– Densidad del hidrógeno licuado 71 Kg/m3
– Inconvenientes
– El proceso de licuado consume el 30-40 % de la
energía
– Aplicaciones en tecnología espacial y de defensa
– Lanzadera espacial y Arianne
– Avión supersónico Tupolev
HIDRÓGENO LICUADO PRESURIZADO
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
HIDRUROS METÁLICOS – AB5 (LaNi5) Excelente comportamiento a Tª ambiente pero baja
capacidad de almacenamiento (1-1,5 % peso). Sufren decrepitación
y/o desproporcionación después de sucesivos ciclos de hidrogenación.- AB2 La capacidad es >1,8 % peso. Requieren anelado a Tª elevada
para activar la sorción de H2.- Los hidruros metálicos basados en Mg y Mg2Ni tienen excelente
capacidad de almacenamiento de H2 (7 %) pero una cinética
inaceptablemente lenta incluso después de la activación a 400ºC.
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
– HIDRUROS DE ALTA TEMPERATURA. – Tª desorción varía entre 150-300ºC.
– Hidruro se enlaza a través de enlaces covalentes.
– HIDRUROS DE BAJA TEMPERATURA
– Tª desorción varía entre 20-90ºC.
– Hidruro se enlaza a través de enlaces iónicos.
– Rango presión para la adsorción 30-55 bar
Rango presión para la desorción 0,7-10 bar
– La deshidrogenación requiere aporte de calor.
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
Barreras de activación Mg:
– Disociación 0,5 eV
– Transferencia 0,4 eV
– Difusión 0,1 eV
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO
– CARACTERÍSTICAS REQUERIDAS
– Alta densidad gravimétrica y volumétrica.
– Cinética rápida. – Elementos abundantes en la naturaleza.
– NUEVOS DESARROLLOS estudiando el impacto de la nanoescala en el desarrollo de nuevos hidruros y nanocatalizadores que mejoren la cinética de las reacciones de hidrogenación/deshidrogenación.
– INCONVENIENTES
– Caros, pesados.
– Requieren 1/3 de la energía almacenada para la liberación de hidrógeno.
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
– CARBONES ACTIVOS
– NANOESTRUCTURAS CARBONOSAS – Fibras de carbono
– Fullerenos
– Nanotubos de carbono
– OBJETIVO DOE: 6,5 % peso de H2
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
CARBONES ACTIVOS: – Kidnay and Hiza (1967) realizaron las primeras investigaciones
sobre la adsorción de H2 en carbones activos.- Carpetis and Peshka (1976-1980) fueron de los primeros en
sugerir que el H2 podría ser almacenado en carbones activos.- Los carbones macroporosos no estabilizan hidrógeno por
encima de temperaturas criogénicas.
– Los macroporos sólo participan en la adsorción de una
monocapa de H2 en un plano.
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
CARBONES ACTIVOS:
– La condensación de una monocapa
en un sólido lleva a un máximo de
1.3. 10-5 mol/m2 de H2 absorbido.- En el caso de una hoja de grafeno; Área superficial 1315 m2/g. Máxima concentración teórica es
0,4 átomos de H2 por superficie
de átomo de carbono (3,3 % masa de H2)
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
CARBONES ACTIVOS: – Sólidos microporosos con una anchura que no excede
unos pocos diámetros moleculares (el diámetro del H2 es
0,41 nm) los campos de potencial se solapan y las fuerzas
atractivas actuando sobre las moléculas de H2 son
mayores que en una superficie plana.
NANOESTRUCTURAS CARBONOSAS
– Fibras de carbono
– Fullerenos
– Nanotubos
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
NANOFIBRAS GRAFÍTICAS: – DESCUBIERTAS EN 1970s – CARACTERÍSTICAS
– Diámetros: 5-500 nm.- Longitud: 5-100 ?m
– Distancia entre capas: 3,4 Å.
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
Planos de grafito
– perpendiculares
– paralelos
– en espiral Adsorción de H2
– Hill (1996)
– Chambers (1998)
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
Capa única Capa múltiple
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
Diámetro H2 4,1 Å
Diámetro de los SWNTs 10-20 Å
a) Microporos pequeños
y uniformes
b) Mínima macroporosidad
c) Alta conductividad térmica
ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO EN MATERIALES CARBONOSOS
ESTUDIOS TEÓRICOS: – Adsorción física (Simulación Monte Carlo) – Nanofibras (77 K, 100 atm) 3-12,5 % peso. – Nanotubos (77 K, 50 atm) 10 % peso- Quimisorción (Density Functional Calculations) – MWNTs 7,7 % peso – Grafito dopado con Li 4-7 % peso
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