Combinación de líquidos iónicos con hidruros para el almacenamiento de hidrógeno

1.      Introducción a la energía del hidrógeno

En la actualidad, el petróleo y el gas natural son las principales fuentes de energía para aplicaciones móviles (suman alrededor de un 95%). Debido al problema actual de su agotamiento, están ganando interés algunas fuentes alternativas. Como posible fuente de energía renovable sustitutiva, el hidrógeno viene pisando fuerte: se encuentra de forma abundante e inagotable en la tierra y tiene una combustión limpia, siendo sus productos vapores de agua en su mayoría. También el hidrógeno posee varias dificultades que frenan la implementación de dicha energía: la producción, transporte y almacenamiento.

El hecho de que no exista el hidrógeno tal cuál en la naturaleza supone una dificultad debido a la disponibilidad y facilidad a la hora de extraer a sus mayores rivales: los combustibles fósiles. Afortunadamente se están desarrollando métodos que consiguen producir hidrógeno fácilmente y a un coste razonable.

2.      Almacenamiento del hidrógeno. Borano de amonio

En este caso nos vamos a centrar en el problema del almacenamiento, el cual supone una dificultad sobre todo para el uso del hidrógeno en aplicaciones móviles, en las que el espacio que ocupan está limitado. El hidrógeno se puede almacenar tanto como gas, líquido o sólido (hidruros). El inconveniente del almacenamiento como gas presurizado es la cantidad de volumen que ocuparía el depósito. Es factible su almacenamiento como líquido, pero necesita de una temperatura de aproximadamente unos -253ºC, y la energía requerida tanto para alcanzar esa temperatura como para mantenerla resulta excesiva. Por último, está la opción de almacenar el hidrógeno en forma de hidruro, que se encuentra ahora en desarrollo.

Debido a su estabilidad, el hidruro que más se está utilizando para este fin es el borano de amonio (BA; ver Fig.1), el cual se caracteriza por su estabilidad a temperatura ambiente, su alta solubilidad en gran variedad disolventes polares y alto contenido en hidrógeno (19.6%wt)

Fig.1. Molécula de borano de amonio.

Un método para la liberación del hidrógeno a partir del BA es la termólisis, la cual consiste en calentar el compuesto (a 85ºC se consigue una liberación aprox. de 0.05 g H2/g BA). Tiene lugar la siguiente reacción (Fig.2):

H₃NBH₃ à BN + 3H₂

Fig.2. Reacción de termólisis del BA

3.      Líquidos iónicos

Este método para almacenamiento-liberación del H₂ es muy válido si no fuera porque la reacción es lenta y un aumento de cinética sería necesario. Una posible solución sería utilizar un disolvente para el hidruro. Los líquidos iónicos parecen los mejores candidatos debido a que no son volátiles (termólisis se lleva a cabo a altas temperaturas) y a su alto poder disolvente.

Este método se ha desarrollado en la Universidad de Pennsylvania por Daniel Himmelberger en 2010, también por R.K. Ahluwalia, J.K. Peng, T.Q. Hua en 2011 en USA¸ S. Basu, Y. Zheng, J.P. Gore en 2011 en USA y algunos más.

La mayoría de los trabajos realizados hasta ahora para este campo han utilizado bmimCl como disolvente debido a que es un líquido iónico no muy caro y muestra buena actividad mejorando la cinética de la liberación de hidrógeno. La desventaja es que no resulta muy fácil de manejar, ya que su punto de fusión es de alrededor de 60ºC, por lo que a temperatura ambiente lo podemos encontrar como sólido o como líquido metaestable, complicado para disolver borano de amonio.

Este proceso se encuentra actualmente en desarrollo, debido a que los líquidos iónicos sí que producen una liberación del hidrógeno más rápida.