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Almacenamiento de hidrógeno

La forma en que un vector energético es almacenado está muy influenciada por su contenido energético, el cual está determinado por el poder calorífico superior e inferior. Estos valores son una cantidad específica basados usualmente en la masa de la fuente energética, estableciéndose, por ejemplo, en MJ/kg o kWh/kg. Usando la densidad (kg/l), es posible expresar el contenido energético como densidad de energía volumétrica, en MJ/l o kWh/l.

 

La figura de la derecha muestra que el hidrógeno, como un portador de energía, tiene la mayor densidad de energía gravimétrica o másica equivalente a 120.1 MJ/kg o 33.3kWh/kg (poder calorífico inferior o LHV). Ésta es casi tres veces más alta que los hidrocarburos líquidos, sin embargo, la densidad de energía volumétrica del hidrógeno es relativamente baja. Bajo condiciones ambientales, la densidad de energía volumétrica es de solo 0.01 MJ/l. Por lo tanto, para fines prácticos de manejo, la densidad del hidrógeno debe aumentarse significativamente al almacenarlo.

Los principales métodos de almacenamiento de hidrógeno, que han sido probados y evaluados, incluyen almacenamiento físico basado en compresión, enfriamiento o una combinación de ambos (almacenamiento híbrido). Además, se está investigando una gran cantidad de otras tecnologías de almacenamiento de hidrógeno (hidruros metálicos, carriers orgánicos, materiales adsorbentes, entre otros), aunque sólo el almacenamiento físico por compresión o licuefacción son suficientemente maduros a nivel comercial.

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Densidad energética y volumétrica para varios combustibles.

Hidrógeno gaseoso comprimido "CGH2"

Desde la producción de hidrógeno hasta el almacenamiento y luego desde la distribución al usuario final, éste es manejado a diferentes presiones. A bajas presiones, un estanque de almacenamiento opera alrededor de 50 bar, estanques y cilindros de alta presión son técnicamente posibles hasta 1000 bar mediante la utilización de estanques especiales construidos con materiales compuestos (concidos como “Tipo IV”).

 

Cuando se trata de grandes volúmenes de almacenamiento, las cavernas de sal, yacimientos agotados de petróleo, gas o acuíferos pueden ser usados como almacenamiento subterráneo, los cuales tradicionalmente se han utilizado como almacenamiento de gas natural y productos derivados del petróleo crudo.

 

Los usuarios finales, por el contrario, requieren una forma compacta de almacenamiento. El hidrógeno comprimido (gaseoso) a presiones de 350 ó 700 bar se ha convertido en el estándar del sector de la movilidad. Además, como el H2 se calienta cuando es comprimido, se requiere un sistema de preenfriamiento cuando es manejado a altas presiones.

 

Si el H2 es comprimido a 350 bar, la densidad de energía volumétrica aumenta a 2.9 MJ/l, cuando se comprime a 700 bar, aumenta a 4.8 MJ/l (la densidad de energía específica de la gasolina es alrededor de 8.7 MJ/l).

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Estanque presurizado para almacenamiento de hidrógeno gaseoso [US DoE].

Hidrógeno líquido "LH2"

El hidrógeno líquido tiene una densidad de energía volumétrica de 8.5 MJ/l, siendo más alta que la del gas natural comprimido (cerca de 7.2 MJ/l). Sin embargo, tiene alrededor de un tercio de la densidad de energía volumétrica de combustibles líquidos, como el GLP (25.3 MJ/l) o GNL (21 MJ/l).

 

El hidrógeno líquido (LH2) es actualmente demandado en aplicaciones que requieren altos niveles de pureza, como en la industria de chips electrónicos.

 

Como un portador de energía, LH2 tiene una densidad energética mayor que el hidrógeno gaseoso, pero requiere licuefacción a -253 °C, lo que implica una planta técnicamente compleja y un costo económico adicional. Los estanques de LH2 generalmente tienen un diseño de doble casco, con vacío entre el contenedor interno y externo. Para regular el aumento de presión causado por la evaporación de hidrógeno en el contenedor interno se debe liberar una pequeña cantidad de gas (evaporación). Los sistemas modernos están optimizados, por lo que la evaporación ya no ocasiona pérdidas sustanciales.

 

Los estanques para LH2 se usan hoy principalmente en viajes espaciales, en consecuencia, el estanque más grande se encuentra en Cabo Cañaveral, el cual contiene alrededor de 3.800 m3 de hidrógeno líquido. 

Otras tecnologías

Dentro de nuevas tecnologías que comienzan a analizarse y probarse, destacan:

Hidrógeno criocomprimido.

• Hidruros metálicos.

• Portadores de hidrógeno orgánico líquido.

• Sistemas de almacenamiento superficiales (adsorbentes).