Clasificación de sistemas para almacenar hidrógeno

Clasificación de sistemas para almacenar hidrógeno

EMPEZAR

Contexto

Los combustibles fósiles aún tienen ventajas en sectores donde la electrificación es difícil o inviable con la tecnología actual, como:

• Transporte pesado (marítimo y terrestre).
• Agricultura industrial.
• Aviación.
• Producción de acero y cemento.
• Industria petroquímica.

Consumo de energía mundial

• 1973 86% de energía procedía de combustibles fósiles
• 2018 80% de energía procedía de combustibles fósiles

Las energías renovables no sustituyen a los combustibles fósiles, solo se suman a la matriz energética y siguen creciendo.

En este escenario surgen tres crisis interconectadas:

• Crisis energética y material: Limitaciones de recursos
• Crisis ambiental: Emisiones de gases de efecto invernadero y cambio climático.
• Crisis social: Inequidad de consumo

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¿Qué es el hidrógeno?

Es un vector energético versátil que tiene capacidad para conectar sectores eléctricos, de transporte e industrial, integrando producción, almacenamiento y uso hacia un futuro bajo en carbono.

¿Por qué es tan crítico el almacenamiento?

Porque el hidrógeno no siempre se consume cuando se produce: en movilidad, requiere tanques de alta presión o materiales; en generación, puede actuar como buffer frente a variaciones renovables; y en industria, permite usar hidrógeno como sustituto limpio.

¿Cuál es el problema del H2?

Transporte de H2, tiende a escaparse, es corrosivo para los materiales, para evitarlo se necesita licuar.

Transporte en bucles cisternas, para su fabricación requiere combustibles convencionales.

Medio ambiente, purificar el agua es muy caro.

Precursores

Louis Schlapbach

Preuster, Papp & Wasserscheid

John A. Turner

Thomas Graham

Visión moderna de materiales para almacenamiento

Portadores líquidos orgánicos (LOHC)

Visión sobre la economía del hidrógeno

Primeras observaciones de hidruros metálicos

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Clasificación de sistemas para almacenar hidrógeno

Almacenamiento físico

Almacenamiento en materiales sólidos

Portadores químicos líquidos (LOHCs y derivados)

Nuevos métodos emergentes

El hidrógeno se almacena sin alterar su estructura química. Se puede comprimir o licuar para aumentar densidad.

El hidrógeno se almacena absorbiéndose o en materiales, liberándose posteriormente mediante calentamiento o despresurización.

Métodos innovadores que aún están en investigación o en fase piloto.

El hidrógeno se transporta dentro de moléculas líquidas, liberándose mediante reacciones químicas.

Almacenamiento físico

Gas comprimido (200–700 bar)

• Hidrógeno almacenado en tanques a alta presión.
• Densidad energética moderada, tecnología madura.
• Ejemplos: Toyota Mirai, Hyundai Nexo.
• Ventaja: rápida recarga, aplicable en vehículos.
• Desventaja: requiere energía para compresión, tanques robustos y costosos.

Gas crio comprimido

• Combina baja temperatura y presión moderada-alta.
• Ventaja: densidad superior a gas comprimido.
• Desventaja: tecnología aún experimental.
• Ejemplos: investigación en BMW y laboratorios europeos.

Hidrógeno líquido (−253 °C)

• Criogenización del hidrógeno para aumentar densidad volumétrica.
• Ventaja: gran capacidad de almacenamiento.
• Desventaja: pérdidas por evaporación, alto costo energético.
• Ejemplos: cohetes espaciales, proyectos piloto en Alemania y Japón.

Almacenamiento en materiales sólidos

Hidruros metálicos

• Ej: MgH₂, LaNi₅H₆.
• Ventaja: Buena densidad volumétrica, seguro.
• Desventaja: Peso elevado, cinética de carga/descarga lenta.
• Ejemplos: Prototipos de almacenamiento estacionario, pilas de combustible.

Hidruros complejos

• Ej: Borohidruros (NaBH₄, LiBH₄).
• Alta densidad energética, aún en investigación para liberación controlada de H₂.

Materiales porosos / adsorbentes

• MOFs (Metal Organic Frameworks), nanotubos de carbono, grafeno.
• Ventaja: Livianos, alta superficie específica.
• Desventaja: Capacidad práctica aún limitada.
• Ejemplos: Proyectos piloto en EE. UU., Corea y Europa.

Cada uno tiene su campo de aplicación:

• Hidruros metálicos: Sistemas estacionarios
• Hidruros complejos: Movilidad
• Porosos: Almacenamiento rápido a baja presión.

Portadores químicos líquidos (LOCHs y derivados)

Amoníaco (NH₃)

• Fácil de almacenar y transportar con infraestructura existente.
• Se requiere craqueo para liberar H₂.
• Ejemplo: Japón, proyectos piloto de transporte de hidrógeno.

Alcoholes y derivados

• Metanol, etanol como portadores indirectos de hidrógeno.
• Ventaja: usan infra existente, combustibles líquidos convencionales.
• Desventaja: eficiencia energética moderada.

LOHCs (Liquid Organic Hydrogen Carriers)

• Ej: tolueno ↔ metilciclohexano.
• Reacciones reversibles para cargar y descargar H₂.
• Ventaja: seguro, líquido a temperatura ambiente, transporte fácil.
• Desventaja: requiere catalizadores y procesos químicos.
• Ejemplos: Alemania, Países Bajos.

Métodos emergentes

1. Nano/microcápsulas

• Hidrógeno encapsulado en microestructuras, liberación controlada.

2. Hidratos clatratos

• Hidrógeno atrapado en redes de agua o hielo (similar al gas natural en clatratos).

3. Materiales híbridos

• Combinan propiedades físicas y químicas (ej: adsorción + absorción).

Est

Estas innovaciones buscan resolver el reto actual del hidrógeno: almacenar más energía con menos peso, mayor seguridad y menor costo.

Japón• Enfoque:

Comparativa internacional

Japón• Enfoque:

Comparativa internacional

Japón• Enfoque:

Comparativa internacional

Japón y Corea del Sur: pioneros en movilidad con hidrógeno• Enfoque: transporte con celdas de combustible. • Infraestructura: o Japón: >160 estaciones de recarga de H₂. o Corea: >200 estaciones en expansión. • Ejemplos : Toyota Mirai, Proyectos de autobuses urbanos y taxis con H₂. • Claves de éxito: políticas públicas, subsidios, integración con la industria automotriz.

Estados Unidos: innovación en nanomateriales y pilotos industriales • Enfoque: Investigación avanzada en almacenamiento sólido y portadores líquidos. • Nanomateriales: proyectos en MOFs y nanotubos de carbono (universidades como Stanford, MIT). • Pilotos industriales: o Plantas piloto en California para transporte con hidrógeno. o Producción de hidrógeno verde en Texas y Nuevo México. • Claves de éxito: Colaboración público-privada.

México: situación actual y potencial • Avances limitados, comparados con potencias internacionales. • Oportunidades: Potencial renovable enorme (solar en Sonora, eólico en Oaxaca). Ubicación estratégica para exportación hacia EE. UU. • Ejemplos actuales: CFE: Proyectos piloto de hidrógeno verde en Baja California. Iniciativas privadas: Sonora (hidrógeno solar), colaboración con Alemania. • Retos: falta de infraestructura, inversión pública inicial y políticas sólidas de largo plazo.

Europa (Alemania y Países Bajos): redes e innovación en LOHC • Enfoque: Crear un mercado regional de hidrógeno. • Alemania: Inversión masiva en H₂ Verde con renovables. Proyectos piloto de LOHC (tolueno ↔ metilciclohexano) para transporte seguro. • Países Bajos: Centros portuarios (Róterdam) como hubs de importación/exportación de H₂. Red de gas natural adaptada al H₂. • Claves de éxito: Cooperación transfronteriza, infraestructura compartida, integración con el mercado europeo.

Retos y perspectivas del almacenamiento

Costos de producción y almacenamiento

• Gris $1 USD/kg H₂
• Azul $3 USD/kg H₂
• Verde $1 USD/kg H₂

• Almacenamiento: tanques a alta presión y criogenia son costosos.

Seguridad y normatividad internacional vs México

Oportunidades de desarrollo

• Internacional: -Normas ISO sobre tecnologías de hidrógeno. -Protocolos estrictos para estaciones de recarga (Japón, Corea, Alemania).

• México: - Normatividad aún limitada. - Retos: adaptar NOMs, capacitar personal, infraestructura con protocolos de seguridad.

• Sonora y Oaxaca → producción de H₂ verde para exportación y uso interno.
• Baja California → exportación directa hacia California, EE. UU.

Costos

Infraestructura

El hidrógeno puede convertirse en pieza clave de la transición energética. México enfrenta desafíos en

Recursos renovables abundantes

Posibilidad de integrarse a mercados internacionales

Seguridad

Regulación

Posición geográfica estratégica

'El origen del problema es que queremos crecer al infinito en un planeta que es finito'

- Luca Ferrari

Conclusiones

• No existe un método universalmente mejor, sino que depende de la aplicación.

• El almacenamiento químico y sólido son los más prometedores a futuro por su densidad y seguridad.

• La innovación tecnológica está enfocada en reducir costos y aumentar la reversibilidad del almacenamiento.

• El almacenamiento no solo es un componente técnico del sistema del hidrógeno, sino la pieza clave que lo convierte en una herramienta viable para la descarbonización.

• Sin una forma eficiente, segura y económica de almacenar hidrógeno, la transición energética sería intermitente e inestable.

• Por eso, los avances en almacenamiento determinan el éxito del hidrógeno como vector energético global.

“El futuro del hidrógeno no depende solo de producirlo, sino de cómo almacenarlo y liberarlo de forma segura, económica y eficiente, adaptándose a cada necesidad energética.”.

Producir cosas duraderas

Rescatar economía regional

Estilo de vida simple

Consumir lo que se puede producir y transformar la agricultura para no depender de combustibles fósiles.

Comprar lo que se puede reutilizar, dejar atrás el consumismo insostenible.

No ser materialistas, quedarnos con la satisfacción de la vida.

¡Muchas gracias!

Reglas

Usar comodin=-2

Dinamica en equipo por 0.5 pts

Respuesta en equipo=-1

Puntos posibles: 2,4 y 6

Respuesta erronea= Puntos para el otro equipo

Frente a estas limitaciones...

El hidrógeno surge como una alternativa estratégica. No se trata de una fuente primaria de energía, ya que se encuentra ligado químicamente al oxígeno o al carbono y requiere procesos de separación:

• Reformado por vapor
• Captura de CO₂
• Electrólisis del agua.

Su principal valor está en funcionar como vector energético permitiendo almacenar la energía excedente de fuentes renovables como la solar y la eólica

¿Sabías que...

Realizo publicaciones de referencia que sintetizan los métodos de almacenamiento

• Gas comprimido y liquido

• Adsorción
• Absorción en metales
• Compuestos químicos

Y analizan materiales como hidruros, MOFs, carbones, etc.

Con esta función...

Consolidan el concepto LOHC (Portadores de hidrógeno orgánico líquido) como estrategia para transporte y almacenamiento líquido.

Con esta aportación...

En 1866 Graham observó la absorción de hidrógeno por paladio (formación de “palladium hydride”), un hallazgo experimental que abrió el estudio de hidruros metálicos como medio para almacenar H₂.

Contribuyo con...

Análisis de la viabilidad del hidrógeno como vector energético y desafíos para su implementación. Buena base para enlazar almacenamiento con producción y políticas.