El hidrógeno es un combustible renovable potencial, ya que se puede generar fácilmente a partir de agua usando electrólisis. También se quema de forma limpia y produce vapor de agua. Lo que se espera es que también pueda ser distribuido usando la misma red global de transporte de combustible líquido que lleva la gasolina por todo el planeta.
Pero este sueño de establecer una economía basada en el hidrógeno tiene muchos problemas. Uno de ellos es que resulta difícil almacenar el hidrógeno de manera eficiente. El gas de hidrógeno tiene una pobre densidad energética por volumen en comparación con la gasolina. De hecho, al menos hay un 60% más hidrógeno en un litro de gasolina que en un litro de hidrógeno líquido puro. En otras palabras, el hidrógeno siempre requerirá tanques más grandes.
Así que encontrar formas de almacenar más cantidades supone un desafío enorme. Una opción es almacenarlo como líquido, pero el hidrógeno hierve a temperaturas superiores a -250 °C, así que para mantenerlo en este estado hay que usar un tipo de aislamiento voluminoso.
Otra idea es comprimirlo. Pero esto plantea cuestiones de seguridad en caso de que un coche con hidrógeno pudiera verse implicado en una colisión.
Es por ese motivo que gran parte de la investigación en ciencias de los materiales en este área se ha centrado en el almacenamiento de productos químicos: encontrar materiales que absorban el hidrógeno de manera eficiente y luego lo liberen de nuevo cuando sea necesario.
Viney Dixit y varios colegas en el Centro de Energía de Hidrógeno de la Universidad Hindú de Benarés (India) afirman haber descubierto que la ca e de coco carbonizada es particularmente buena para realizar esta tarea. Acaban de mostrar 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 Estados Unidos ha establecido una serie de objetivos que estos materiales deben cumplir para ser consideradas tecnologías viables para sistemas de transporte futuros. Por ejemplo, el criterio actual es que un sistema de almacenamiento de hidrógeno debe almacenar por lo menos un 5,5% de hidrógeno en función de la masa (5,5% en peso).
Esta es la masa de todo el sistema de almacenamiento y no sólo la del material de almacenaje. Así que está claro que la fracción de masa del material de almacenamiento debe ser considerablemente mayor.
En un principio los científicos de los materiales centraron sus esfuerzos en hidruros metálicos, algunos de los cuales pueden almacenar hidrógeno a fracciones más altas que los criterios del Departamento de Energía. Sin embargo, estos materiales poseen varias desventajas. En primer lugar, hay que calentarlos para que liberen el hidrógeno y esto requiere energía. Peor aún, los materiales tienden a descomponerse físicamente a medida que el número de ciclos de carga aumenta más allá de aproximadamente 100.
Así que en los últimos años, los investigadores han centrado su atención en el carbono. El enlace entre el hidrógeno y el carbono es conocido por ser rápido y reversible. Es más, resulta relativamente sencillo crear carbono fuerte y poroso con una gran área de superficie.
Una forma de hacerlo es carbonizando material biológico, como por ejemplo fruta o cáscara de coco. Esto consiste en calentar el material a unos pocos cientos de grados centígrados en una atmósfera de nitrógeno que asegure que el carbono conserva su estructura porosa biológica.
En lugar de cáscara de coco, Dixit y su equipo han carbonizado ca e de coco. Aseguran que 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 afirman que todo esto resulta significativo en sus experimentos.
El equipo ha medido la cantidad de hidrógeno que puede contener la ca e de coco carbonizada y señala que puede compararse con los materiales más convencionales. "El material sintetizado adsorbe un 2,30% en peso a temperatura ambiente y un 8,00% en peso a la temperatura del nitrógeno líquido bajo una presión de 70 atm", señala Dixit.
Es más, el material libera hidrógeno de forma rápida y eficiente y no parece degradarse a lo largo de una gran cantidad de ciclos de carga.
No está claro si todo esto es suficientemente bueno para cumplir con el criterio del 5,5% en peso que establece el Departamento de Energía para un sistema de almacenamiento.
El equipo ha pasado algún tiempo estudiando la microestructura de la ca e de coco carbonizada para averiguar por qué tenía tan buen rendimiento. Y han identificado dos mecanismos.
El primero es que la ca e de coco carbonizada contiene una cantidad significativa de cloruro de potasio, que polariza la matriz de carbono en la que está incrustado. "Esto mejorará la capacidad de adsorción de hidrógeno", aseguran.
El segundo es que la matriz de carbono también contiene cantidades significativas de magnesio, conocido por mejorar la disociación de moléculas de hidrógeno, haciéndolas más fáciles de adsorber.
Es un resultado interesante que sugiere algunas posibilidades prometedoras de investigación futura. La presencia de moléculas que catalicen la adsorción de hidrógeno parece ser un mecanismo importante. Incluso podría ser posible ajustar estas proporciones cultivando cocos en diferentes ambientes. Otra posibilidad podría ser la de sintetizar artificialmente carbono que coincida con algunas de las características de la ca e de coco carbonizada.
De cualquier manera, puede que en el futuro los científicos de los materiales cuelguen hamacas entre dos árboles de coco y disfruten de los beneficios.
Ref: arxiv.org/abs/1409.7219 : Hydrogen Storage in Carbon Derived from Solid Endosperm of Coconut