Viaje al Instituto Balseiro

Hidrógeno,  el combustible que viene. 

Primera parte

I. 

El sociólogo norteamericano Jeremy Rifkin ha sostenido que nos encontramos en las puertas de un nuevo régimen energético, ya no basado en el petróleo y sus derivados, sino en el hidrógeno:

"Hoy en día se están sentando las bases para una economía del hidrógeno. En los próximos años, la revolución informática y las telecomunicaciones se fusionará con la nueva revolución de la energía del hidrógeno, una potente combinación que podría llegar a reconfigurar los fundamentos de las relaciones humanas en los siglos XXI y XXII.” (1)


De acuerdo con las estimaciones actuales, se calcula que para dentro de 30 o 40 años se estaría alcanzando el punto de transición a economías basadas en el hidrógeno.

II.

Hernán Peretti trabaja sobre aplicaciones de hidrógeno desde mediados de los años ’90. Peretti es Dr. en Física, y en sus últimos proyectos ha desarrollado, junto a su equipo, un prototipo para almacenar hidrógeno, además de importantes avances en el campo de las baterías recargables. (2)


“El hidrógeno se usa para muchas aplicaciones. Una de ellas es la posibilidad de utilizarlo como vector de energía, o como combustible. Y se trata de un combustible limpio porque al quemarse con el oxígeno sólo produce vapor de agua. Usando celdas de combustible se puede combinar el hidrógeno con el oxígeno del aire, lo cual genera electricidad; esa electricidad se puede usar para hacer andar un motor eléctrico y eso es aplicable al auto eléctrico del futuro.”




Para que esto sea posible, es necesario contar con una forma práctica y segura de almacenar el hidrógeno. Sucede que el hidrógeno, pese a ser el combustible de mayor energía por unidad de masa (más que la nafta o el gas) es muy “liviano”, y esto es un problema desde el punto de vista de su almacenamiento:

“El hidrógeno es el elemento más liviano, es el primero de la tabla periódica, su densidad, es decir, la masa por unidad de volumen, es bajísima. Esto quiere decir que para tener almacenada una energía por unidad de volumen comparable a los otros combustibles, uno tendría que aumentar su densidad y esto se consigue usualmente comprimiendo el gas dentro de un cilindro de acero a alta presión. ¿Pero qué pasa entonces? Con esto aumenta muchísimo el peso debido al cilindro, que debe ser robusto para resistir la presión. Lo que se ve es que para un auto eléctrico que tenga una autonomía razonable de 300km, con un depósito de combustible que ocupe un lugar similar al de los vehículos convencionales, ¡tendríamos que pensar en un tanque capaz de soportar 800 atm!, cuando los cilindros de acero sin costura de gas natural comprimido (GNC) para autos andan entre las 200 y 250 atm. Si bien se han desarrollado en el extranjero "tanques" de aluminio reforzados con fibras de carbono que soportan dichas altas presiones y se han puesto ya en automóviles prototipo, esta solución aún no esta universalmente aceptada por el peligro que representa en caso de accidentes ”.


La clave está en lo que se llama hidruros. Los hidruros son materiales formados por átomos de hidrógeno que se han incorporado a otros elementos o compuestos químicos, de la misma manera que el oxígeno se combina para formar óxidos. Hay varios tipos de hidruros, dependiendo del material a partir del cual se forman y del tipo de enlace químico que presentan. Se distinguen dos grandes familias: los que se forman a partir de metales, y que se llaman hidruros metálicos, y los que se forman a partir de otros elementos, que se conocen como hidruros complejos.

A una determinada temperatura y presión es posible incorporar a los materiales el hidrógeno a partir del estado gaseoso, haciendo que los átomos de hidrógeno queden almacenados en forma sólida. De esta manera el volumen ocupado por el hidrógeno se reduce enormemente y se puede trabajar con presiones de menos de 1 atm.

Lo más interesante es que el proceso puede revertirse: así como el material puede absorber el hidrógeno (formándose el hidruro) también puede liberarlo o “desorberlo” (descomponiéndose el hidruro) y obtenerlo nuevamente, en forma gaseosa. Técnicamente hablando, esto es una transformación de fase reversible que ocurre por una reacción sólido-gas.

Con este principio funciona el contenedor diseñado por los investigadores. El objetivo es optimizar la carga y descarga de hidrógeno: obtener la hidruración rápidamente y entregar luego el mayor caudal posible de hidrógeno gaseoso. Si bien se trata sólo de un prototipo a escala de laboratorio y no industrial, el diseño posee importantes detalles innovadores en busca de aumentar la eficiencia.



Cabe destacar que el equipo de Peretti se especializa en el estudio de aleaciones formadoras de hidruros metálicos. Éstos son más económicos que otros hidruros, aunque más pesados, lo cual restringe el campo de su aplicabilidad para vehículos: podemos pensar en unidades almacenadoras para viviendas, hospitales o fábricas, entre otros ejemplos, pero no tanto para autos.

El estudio de los hidruros metálicos ha conducido al grupo de Peretti a investigar también en el campo electroquímico de las baterías recargables en base a hidruro. Aquí no se han fabricado baterías, sino que se han descubierto aleaciones que potencian y mejoran considerablemente la acumulación de energía.

III.

Pero no pensemos que estos hallazgos y conocimientos quedan confinados en los propios laboratorios. Actualmente el contenedor de hidrógeno diseñado por el equipo de Peretti es estudiado y caracterizado en colaboración con investigadores de la Universidad de La Plata y sus innovaciones ingenieriles vienen siendo presentadas en prestigiosas publicaciones y congresos- el más reciente, hace semanas, en China. Otro tanto puede decirse de los avances en las baterías recargables.

Un ejemplo ilustrativo de las repercusiones de estas investigaciones es la colaboración que ha tenido el equipo del Dr. Peretti con una empresa italiana de tecnología, similar a nuestro INVAP (3). Cerramos con el testimonio del investigador, en el que puede verse el potencial de su grupo de trabajo y de los conocimientos generados en el país para la era del hidrógeno que se avecina:

“Hace algunos años tuve la oportunidad de hacer una estadía en Italia, por un tema vinculado a la metalurgia que no tiene relación con los hidruros. Pero estando allá, ellos se enteraron de los trabajos nuestros sobre hidruros y les interesó el tema. Son de la zona de Venecia. En Venecia hay problemas de polución importantes debido a la navegación fluvial. Además, la parte turística está justo enfrente de una zona industrial. Entonces la posibilidad de que en un futuro las lanchas que circulan por los canales funcionaran a hidrógeno, disminuyendo la contaminación ambiental, era muy atractiva. Decidieron construir un prototipo de "vaporetto" impulsado por motor eléctrico alimentado por celda de combustible funcionando con hidrógeno, el cual estaría almacenado en tanques de hidruro metálico. El problema del peso en este caso no afectaría, sino al contrario, actuaría como lastre que favorece la estabilidad de la lancha.

Así tuvimos un interesante proyecto de colaboración por asistencia técnica. A lo largo de dos años trabajamos con ellos enviando informes con resultados de nuestras investigaciones y hasta un pequeño prototipo de almacenador. Mientras tanto, ellos construyeron y pusieron a andar un “vaporetto”, y lo probaron primeramente con cilindros de hidrógeno comprimido y luego con contenedores comerciales de hidruro metálico, dada la imposibilidad de construir rápidamente la cantidad necesaria de almacenadores siguiendo el diseño de nuestro prototipo. Según parece, los contenedores comerciales no tenían tan buen rendimiento como esperábamos que tuviese nuestro prototipo, lo cual nos robusteció en nuestra hipótesis de que es necesario optimizar al máximo los contenedores. Luego vino la crisis económica en Italia y la colaboración cayó en un impasse.” (4)


Notas

1. Jeremy Rifkin, La economía del hidrógeno, Barcelona, Paidós, 2002.

2. Hernán Peretti ha dirigido el proyecto de I+D Desarrollo de materiales y dispositivos para la utilización del Hidrógeno como portador de energía, de la Secretaría de Ciencia, Técnica y Posgrado. Peretti es doctor en física por la Universidad de Buenos Aires e investigador científico del Centro Atómico Bariloche. Ha sido docente del Instituto Balseiro hasta agosto del 2011; es además miembro de numerosas asociaciones y sociedades científicas del país y el extranjero. En sus años de investigación ha colaborado con importantes institutos y universidades del mundo.

3. INVAP (Investigación Aplicada) es una empresa argentina ubicada en Río Negro que se dedica al diseño y construcción de sistemas tecnológicos complejos como satélites, radares, robots y máquinas especiales entre otros. www.invap.com.ar/index.php

4. Para profundizar sobre el tema, puede consultarse el artículo de difusión científica escrito por el Dr. Peretti en colaboración con el Dr. Arnaldo Visintin: “Hidrógeno, combustible del futuro. ¿Por qué, cómo y dónde?” H. A. Peretti, A. Visintin, revista Industria y Química, (Ed. Asociación Química Argentina), 350, 14-19, Buenos Aires, 2005  www.ing.unlp.edu.ar/quimica/HidrogenoAldo.pdf