BICARBONATO DE SODIO: ¿UNA SOLUCIÓN AL HIDRÓGENO VERDE?

En un mundo de temperaturas cada vez más cálidas, crece la necesidad de que las fuentes de energía tengan cero o casi cero emisiones de carbono. Eso significa olvidarse del carbón, el petróleo y el gas natural y obtener la mayor parte de nuestra energía de fuentes renovables.

Bicarbonato de sodio: ¿una solución al hidrógeno verde? Uno de los pilares de las energías renovables más prometedores es el hidrógeno verde. Es decir, aquel que se produce sin combustibles fósiles. Esta resulta una idea prometedora porque el elemento más abundante en el universo es el hidrógeno. De hecho, se lo encuentra en el 75 % de toda la materia. Además, una molécula de hidrógeno tiene dos átomos emparejados, no tóxicos y altamente combustibles.

El potencial de combustión del hidrógeno lo convierte en un tema atractivo para los investigadores de energía de todo el mundo. En el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), un equipo está investigando el hidrógeno como un medio para almacenar y liberar energía, en gran parte rompiendo sus enlaces químicos. Un trabajo que está vinculado al consorcio de Investigación Avanzada de Materiales de Hidrógeno (HyMARC) en el Departamento de Energía (DOE).

Almacenamiento de hidrógeno aún no optimizado

Un enfoque de la investigación del PNNL se relaciona con la optimización del almacenamiento de hidrógeno, un problema persistente para el que hay que hallar una solución. Hasta la fecha, no existe una forma completamente segura, rentable y energéticamente eficiente de almacenar hidrógeno a gran escala.

“Tienes que ser un poco creativo”, dijo Autrey, uno de los autores del restudio. A quien le divierte lo común, barato y eficaz que es el bicarbonato de sodio como posible respuesta a un gran problema. “No todos los productos químicos serán eficientes para almacenar hidrógeno. Tienes que trabajar con lo que te da la madre naturaleza”.

Hidrógeno limpio para las necesidades energéticas a largo plazo

Autrey, Gutiérrez y otros en PNNL ven el almacenamiento de energía de larga duración como la clave para el futuro del hidrógeno como opción de energías renovables. La tecnología de batería actual está diseñada para durar varias horas de almacenamiento. En una red de energía renovable, las baterías pueden manejar alrededor del 80 por ciento de las necesidades de almacenamiento. Pero “el último 20 por ciento adoptará enfoques únicos”, dijo Autrey. «Querremos almacenar el exceso de energía para estar preparados para cuando sea necesaria”.

La capacidad de almacenamiento estacional como esta es una de las atracciones del hidrógeno. También lo es el hecho de que el almacenamiento de hidrógeno puede ubicarse casi en cualquier sitio. La energía hidroeléctrica, por ejemplo, requiere diferencias en la elevación para almacenar el exceso de agua con el fin de obtener energía. El almacenamiento de hidrógeno no requiere condiciones especiales relacionadas con la geografía.

Además, dijo Autrey, a medida que las escalas se vuelven más grandes, el hidrógeno se vuelve más económico. Es más barato comprar algunos tanques de almacenamiento de hidrógeno adicionales que comprar muchas baterías.

El hidrógeno limpio es una gran promesa como fuente de energía. Un proceso llamado electrólisis, por ejemplo, puede dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. En el mejor de los mundos, la energía para la electrólisis provendría de fuentes de energía renovables, incluidas la solar, la eólica y la geotérmica. Bicarbonato de sodio: ¿una solución al hidrógeno verde?

Desafío: producir hidrógeno de forma más económica

El hidrógeno se puede comprimir en un gas, pero eso requiere presiones muy altas. Un tanque de almacenamiento seguro necesitaría paredes de acero muy grueso o fibra de carbono de grado espacial, realmente muy costosa.

¿Qué hay del hidrógeno líquido criogénico? Este es un medio de almacenamiento comprobado, pero requiere obtener y mantener algo tan frío (-471 F o -279,4 C) que los costes de energía periférica son significativos.

Lo que parece ser más prometedor son las moléculas líquidas, optimizadas para almacenar y liberar hidrógeno. Jamie Holladay, un experto en energía sostenible, dirigió recientemente una investigación dirigida por PNNL sobre estrategias más simples y eficientes para licuar hidrógeno.

El uso de tales líquidos como medio de almacenamiento tiene la ventaja de poder dar uso a la infraestructura energética existente, incluidos oleoductos, camiones, trenes y barcos de recogida, dijo Gutiérrez.

El ciclo bicarbonato-formiato

¿Quieres hornear galletas? ¿O almacenar energía de hidrógeno? El bicarbonato de sodio podría ser tu mejor opción. Esta sal de bicarbonato de sodio, de efectos suaves y económicamente accesible, no es tóxica y abunda en el planeta.

En realidad, no hablamos de bicarbonato de sodio exactamente. El equipo de PNNL está investigando las propiedades de almacenamiento de energía de hidrógeno del ciclo de formiato de bicarbonato. El formiato es una molécula orgánica líquida.

La idea es la siguiente. Las soluciones de iones de formiato (hidrógeno y dióxido de carbono) en agua transportan hidrógeno basado en formiato de metal alcalino no corrosivo. Los iones reaccionan con el agua en presencia de un catalizador. Esa reacción produce hidrógeno y bicarbonatos. El «bicarbonato de sodio» que Autrey admira por su ausencia de impactos en el medio ambiente.

Con unos ajustes leves en la presión, el ciclo de bicarbonato-formiato se puede revertir. Eso proporciona un interruptor de encendido y apagado para una solución acuosa que alternativamente puede almacenar o liberar hidrógeno.

Antes del bicarbonato de sodio, el equipo de almacenamiento de hidrógeno de PNNL consideró el etanol como un portador de hidrógeno orgánico líquido, el término general de la industria para los medios de almacenamiento y transporte. Juntos, desarrollaron un catalizador que libera el hidrógeno. Los catalizadores son aditivos de diseño que aceleran los procesos utilizados para formar y deshacer enlaces químicos de una manera energéticamente eficiente. Bicarbonato de sodio: ¿una solución al hidrógeno verde?

Almacenamiento de hidrógeno que ‘parece agua’

En el mundo de la investigación del almacenamiento de hidrógeno, el ciclo del formiato de bicarbonato ha creado un gran revuelo durante bastante tiempo. Después de todo, se basa en materiales abundantes, no inflamables y no tóxicos. El ciclo emplea una solución acuosa de almacenamiento que “parece agua”, dijo Autrey. “De hecho, podrías apagar un fuego con ella”.

Pero para que las sales de formiato-bicarbonato sean eficaces a la hora de almacenar energía de hidrógeno, los investigadores aún deben desarrollar escenarios económicamente viables. Hasta ahora, la tecnología almacena hidrógeno a solo 20 kilogramos por metro cúbico. En comparación con el estándar industrial de hidrógeno líquido de 70.

Más fundamentalmente, dijo Autrey, los investigadores necesitan una comprensión a nivel de sistemas de la electroquímica y la catálisis requeridas. En términos de ingeniería, hasta la fecha, la idea de un ciclo viable de bicarbonato-formato tiene un bajo nivel de preparación técnica. “Si resolvemos los problemas de catálisis”, agregó, “podríamos obtener un interés real”.

Acerca del estudio

Los esfuerzos de almacenamiento a base de hidrógeno en PNNL están financiados por la Oficina de Tecnologías de Pilas de Combustible e Hidrógeno del DOE en la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable (EERE). La investigación promueve la iniciativa H2@Scale del DOE, así como el Hydrogen Shot de la agencia.

Los dos autores principales del nuevo artículo son el químico y miembro del laboratorio del PNNL Thomas Autrey. Y su colega Oliver Gutiérrez, un experto en hacer que las reacciones químicas sean rápidas y rentables. El artículo se publicó en la revista Green Chemistry. Bicarbonato de sodio: ¿una solución al hidrógeno verde?