Por qué los cocos podrían ser el material de almacenamiento de hidrógeno del futuro

El hidrógeno es un combustible renovable potencial porque puede generarse fácilmente a partir del agua mediante electrólisis. También se quema limpiamente para producir vapor de agua. La esperanza es que también pueda distribuirse utilizando la misma red global de transporte de combustible líquido que mueve la gasolina por todo el planeta.

Pero existen numerosos problemas con este sueño de una economía basada en el hidrógeno. Una es que el hidrógeno es difícil de almacenar de manera eficiente. El gas hidrógeno tiene una baja densidad energética por volumen en comparación con la gasolina. De hecho, hay al menos un 60 por ciento más de hidrógeno en un litro de gasolina que en un litro de hidrógeno líquido puro. En otras palabras, el hidrógeno siempre requerirá tanques más grandes.

Por lo tanto, encontrar formas de almacenar más es un gran desafío. Una opción es almacenarlo como líquido, pero el hidrógeno hierve a temperaturas superiores a -250 °C y, por lo tanto, requiere un aislamiento voluminoso para mantenerlo en este estado.

Otra idea es comprimirlo. Pero esto plantea problemas de seguridad en caso de que un automóvil impulsado por hidrógeno se vea involucrado en una colisión.

Es por eso que gran parte de la investigación de la ciencia de los materiales en esta área se ha centrado en el almacenamiento químico: encontrar materiales que absorban el hidrógeno de manera eficiente y luego lo liberen nuevamente cuando sea necesario.

Ahora, Viney Dixit y sus colegas del Centro de Energía de Hidrógeno de la Universidad Hindú de Banaras en India dicen que han descubierto que la pulpa de coco carbonizada es particularmente buena en esta tarea. Hoy, muestran que supera a varios otros materiales de almacenamiento de hidrógeno, particularmente en su capacidad para funcionar durante muchos ciclos de carga.

Para ayudar a evaluar los materiales de almacenamiento de hidrógeno, el Departamento de Energía de EE. UU. ha establecido una serie de objetivos que estos materiales deben cumplir para ser considerados tecnologías viables para los sistemas de transporte futuros. Por ejemplo, el criterio actual es que un sistema de almacenamiento de hidrógeno debe almacenar al menos un 5,5 % de hidrógeno en masa (5,5 % en peso).

Esta es la masa de todo el sistema de almacenamiento y no solo la masa del material de almacenamiento. Claramente, la fracción de masa del material de almacenamiento debe ser considerablemente mayor.

Los científicos de materiales originalmente centraron sus esfuerzos en los hidruros metálicos, algunos de los cuales pueden almacenar hidrógeno en fracciones más altas que los criterios del DoE. Sin embargo, estos materiales tienen una serie de desventajas. Primero, deben calentarse para liberar el hidrógeno y esto requiere energía. Peor aún, los materiales tienden a descomponerse físicamente a medida que la cantidad de ciclos de carga aumenta más allá de 100 o más.

Entonces, en los últimos años, los investigadores han centrado su atención en el carbono. Se sabe que el enlace entre el hidrógeno y el carbono es rápido y reversible. Es más, es relativamente sencillo crear carbón fuerte y poroso con un área de superficie alta.

Una forma de hacerlo es carbonizar material biológico, como fruta o cáscara de coco. Esto significa calentar el material a unos pocos cientos de grados centígrados en una atmósfera de nitrógeno que asegura que el carbono conserve su estructura biológica porosa.

En lugar de cáscara de coco, Dixit y pulpa de coco carbonizada. Dicen que esto tiene la ventaja de contener una amplia variedad de elementos adicionales, como potasio, sodio, calcio y magnesio, que se distribuyen uniformemente por toda la matriz de carbono. Y dicen que esto resulta ser significativo en sus experimentos.

Estos muchachos han medido la cantidad de hidrógeno que puede contener la pulpa de coco carbonizada y dicen que se compara bien con materiales más convencionales. El material sintetizado adsorbe 2,30 % en peso a temperatura ambiente y 8,00 % en peso a temperatura de nitrógeno líquido a una presión de 70 atm, dicen Dixit y compañía.

Además, el material libera hidrógeno de manera rápida y eficiente y no parece degradarse durante muchos ciclos de carga.

Aún está por verse si eso es lo suficientemente bueno para cumplir con el criterio del 5,5 % en peso del DoE para un sistema de almacenamiento completo.

El equipo dedicó algún tiempo a estudiar la microestructura de la pulpa de coco carbonizada para averiguar por qué funciona tan bien. Y han señalado dos mecanismos.

La primera es que la pulpa de coco carbonizada contiene una cantidad significativa de cloruro de potasio, que polariza la matriz de carbono en la que está incrustada. Esto mejorará la capacidad de adsorción de hidrógeno, dicen.

La segunda es que la matriz de carbono también contiene cantidades significativas de magnesio, que se sabe que mejora la disociación de las moléculas de hidrógeno, haciéndolas más fáciles de adsorber.

Ese es un resultado interesante que sugiere algunas vías prometedoras para futuras investigaciones. La presencia de moléculas que catalizan la adsorción de hidrógeno parece ser un mecanismo importante. Incluso puede ser posible ajustar estas proporciones cultivando cocos en diferentes ambientes. Otra posibilidad podría ser sintetizar artificialmente carbono que coincida con algunas de las características de la pulpa de coco carbonizada.

De cualquier manera, los científicos materiales podrían colgar sus hamacas entre algunos cocoteros en el futuro.

Ref: arxiv.org/abs/1409.7219 : Almacenamiento de hidrógeno en carbono derivado del endospermo sólido del coco

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