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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