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En lugar de depender de tanques de alta presión o de líquidos superfríos, las industrias podrían utilizar portadores de hidrógeno estables y fáciles de manejar a temperatura ambiente.
Investigadores de la EPFL y la Universidad de Kioto han creado un líquido estable rico en hidrógeno que se forma mezclando dos simples sustancias químicas. Este avance podría facilitar el almacenamiento del hidrógeno a temperatura ambiente y hacerlo más seguro y eficiente.
El hidrógeno puede ser el combustible limpio del futuro, pero llevarlo del laboratorio a la vida cotidiana no es sencillo. La mayoría de los materiales ricos en hidrógeno son sólidos a temperatura ambiente, o sólo se convierten en líquidos en condiciones extremas como alta presión o temperaturas de congelación.
Incluso materiales como el borano amoniacal, un compuesto sólido rico en hidrógeno que puede almacenar mucho hidrógeno, son difíciles porque sólo liberan hidrógeno cuando se calientan, lo que a menudo produce subproductos no deseados.
La fabricación de un líquido rico en hidrógeno que se mantenga estable a temperaturas normales podría facilitar mucho el almacenamiento y el transporte del hidrógeno. De hecho, se ha intentado mejorar el almacenamiento de hidrógeno modificando la composición química de los materiales actuales o añadiendo sustancias que faciliten su liberación.
Un campo prometedor es el de los disolventes eutécticos profundos (DES), que son mezclas que se funden a temperaturas más bajas que sus ingredientes. Esto es importante para el almacenamiento de hidrógeno porque los DES pueden convertir materiales sólidos ricos en hidrógeno en líquidos fáciles de manejar a temperaturas mucho más bajas. Hasta ahora, sin embargo, ninguno de estos DES había utilizado componentes de hidruro, que son especialmente ricos en hidrógeno y podrían abrir nuevas vías para almacenar más hidrógeno en forma líquida.
Científicos de los grupos de los profesores Andreas Züttel, de la EPFL, y Satoshi Horike, de la Universidad de Kioto, han desarrollado el primer ejemplo de DES basado en hidruros: un líquido transparente, estable y rico en hidrógeno que permanece líquido a temperatura ambiente. El nuevo DES puede contener hasta un 6,9% de hidrógeno en peso, lo que supera varios objetivos técnicos de almacenamiento de hidrógeno, entre ellos los fijados para 2025 por el departamento de Energía de Estados Unidos.
Para fabricar el nuevo DES, los investigadores mezclaron físicamente borano amoniacal y borohidruro de tetrabutilamonio en distintas cantidades para determinar qué combinación o combinaciones se mantendrían líquidas a temperatura ambiente. La proporción correcta (entre el 50% y el 80% de borano amónico) produjo un líquido estable que se mantuvo amorfo, es decir, que no volvió a formar cristales ni siquiera a bajas temperaturas.
Mediante espectroscopia, los investigadores confirmaron que las moléculas formaban fuertes enlaces de hidrógeno que rompían su estructura sólida habitual y mantenían la mezcla líquida hasta 50 ºC bajo cero. Las pruebas demostraron que el nuevo líquido podía liberar hidrógeno cuando se calentaba a sólo 60 °C, una temperatura muy inferior a la de la mayoría de los sólidos ricos en hidrógeno. Esto significa que se puede acceder al hidrógeno con mayor facilidad y eficacia, lo que hace que su almacenamiento y uso sean mucho más prácticos para las aplicaciones del mundo real.
La mezcla de borano amoniacal con borohidruro de tetrabutilamonio crea un nuevo líquido rico en hidrógeno que no cristaliza en condiciones normales. La transición vítrea, que se refiere al momento en que el líquido se vuelve vidrioso, se produce a -50 °C, muy por debajo de nuestras condiciones cotidianas.
La mezcla permanece estable durante semanas si se mantiene seca, y su densidad es de las más bajas registradas para líquidos similares. Cuando se calienta, libera gas hidrógeno puro a temperaturas relativamente bajas sin producir muchas impurezas. Sólo la parte de borano amoniacal se descompone primero, lo que significa que partes de la mezcla podrían reutilizarse.
Este nuevo DES podría simplificar y hacer más seguro el almacenamiento y transporte de hidrógeno. En lugar de depender de tanques de alta presión o líquidos superfríos, las industrias podrían utilizar portadores de hidrógeno estables y fáciles de manejar a temperatura ambiente.
Más allá del almacenamiento de hidrógeno, estos resultados podrían conducir a nuevos líquidos personalizados para otros usos, como la producción química o la energía verde. El descubrimiento abre nuevas vías tanto para la investigación del hidrógeno como para la tecnología energética práctica.
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