Una esponja de hidrógeno para recorrer el mundo

Tienen nombre y fecha de caducidad. El carbón, el gas y el petróleo se encuentran en la cuenta atrás. Por esta razón, muchos laboratorios estudian combustibles alternativos, y uno de los más prometedores es el hidrógeno. Las tecnologías para usarlo en los vehículos están desarrolladas, sin embargo, la principal piedra en el camino de la comercialización masiva es su almacenamiento a bordo. Al contrario que la gasolina, es un gas a temperatura ambiente, y el reto tecnológico es encontrar la manera de guardarlo para que un automóvil recorra 500 kilómetros sin repostar.

El grupo de Física de Nanoestructuras de la Universidad de Valladolid (UVA) propone un tipo de contenedor formado por materiales porosos. Sería el equivalente a «una esponja» que pesa muy poco y es capaz de almacenar agua gracias a que tiene poros y pequeñas cavidades, lo que permite que entre el líquido y se quede retenido. En este caso, la meta sería atrapar el hidrógeno, que sería liberado mediante un aumento de la temperatura.

«Nosotros estudiados materiales porosos prometedores, en particular carbones porosos. Aunque ya no es fácil ver en la vida un trozo de carbón, mucha gente recordará haber tenido en la mano alguna vez un trozo de antracita, un carbón negro, brillante y de cierto peso, parecido a una piedra, y también otro tipo de carbón, que se suele llamar carbón vegetal, que pesa poquísimo. Esto es porque el carbón vegetal es un carbón poroso», explica el catedrático Julio Alfonso Alonso. El tamaño típico de esos poros es de uno o varios nanómetros. Este material, y otros con propiedades análogas, son el objeto del trabajo, si bien manifiesta que es importante recordar que aún no se ha desarrollado el material que almacene la cantidad de hidrógeno requerida.

El catedrático de la UVA explica que el motor de un coche de hidrógeno no es como un motor de gasolina. El hidrógeno se descompone y reacciona con el oxígeno que toma del aire. Esta reacción tiene lugar en una pila de hidrógeno y en el proceso se genera una corriente eléctrica que sirve para mover el vehículo. En cierto sentido, afirma que es parecido al motor impulsado por la energía de una pila eléctrica. Pero, a diferencia de los coches eléctricos actuales movidos por baterías recargables, los vehículos con hidrógeno tendrían más autonomía y potencia.

Hasta el momento el sistema que se utiliza para el almacenamiento es una bombona de hidrógeno. Muchos ingenieros, así como posibles conductores, tienen muchas reservas y alegan problemas de seguridad en el caso de un accidente de tráfico. Desde el punto de vista de la simulación teórica, los científicos vallisoletanos calculan las características del material poroso que buscan. No lo hacen en un laboratorio experimental, sino en uno computacional, es decir, realizan enormes cálculos y simulaciones con ordenadores muy potentes.

Para Alonso, la novedad reside en la manera en que el hidrógeno se almacena en los carbones porosos (o en otros materiales similares). Éste es adherido a las paredes interiores de los poros gracias a la fuerza atractiva entre las moléculas de hidrógeno y las paredes. «Un carbón poroso puede verse como formado por una enorme cantidad de diminutas cavernas interiores, los poros, conectadas unas a otras mediante cortísimos pasillos por los que se mueve el hidrógeno para alcanzar cualquiera de esas cavernas», expone. Por tanto, cuanto mayor sea la superficie total de las paredes interiores de los poros mayor será la cantidad de hidrógeno almacenado.

En este sentido, relata que impresiona conocer que en sólo un gramo de material poroso, la superficie total de esas cavernas y pasillos que las conectan es tan grande como la superficie de un campo de fútbol. No obstante, afirma que existe evidencia de que los carbones porosos limpios no almacenan la cantidad de hidrógeno suficiente para que esta tecnología de almacenamiento sea efectiva. Afortunadamente, el catedrático de la UVA se muestra positivo, puesto que existe un trabajo preliminar realizado por distintos laboratorios que parece indicar que al introducir partículas finísimas de ciertos metales en el material poroso se produce un aumento de la cantidad de hidrógeno almacenado. «El reto está en descubrir las partículas más apropiadas, tanto su naturaleza, es decir, cuál es el metal más eficiente, como el propio tamaño de las partículas».

También es importante averiguar los mecanismos físicos y químicos que dan lugar a ese aumento de la cantidad de hidrógeno almacenado, y sobre estos mecanismos todavía no hay acuerdo entre los investigadores que trabajan en este tema. «Conocer los mecanismos ayudaría a identificar las partículas metálicas más apropiadas», sostiene para, a continuación, precisar que si se encuentra un método óptimo, se fabricarán muchos más coches de hidrógeno y su precio se abaratará sustancialmente.

El interés por el almacenamiento de hidrógeno en materiales porosos se inició a raíz de la publicación de un trabajo por un grupo de un laboratorio famoso en el que aseguraban que habían medido que los nanotubos de carbono –un material muy de moda en aquellos años, y todavía de gran interés, precisa el catedrático– eran capaces de almacenar una cantidad sustancial de hidrógeno. Los optimistas resultados del experimento nunca se vieron confirmados por el trabajo en otros laboratorios, pero abrieron la puerta. Gracias a ello, el equipo de la UVA se embarcó en el estudio de la capacidad del grafeno para absorber hidrógeno. De hecho, se colgaron la medalla de ser los autores de la primera publicación española sobre esta lámina plana de carbono.

En este momento el grupo está formado por tres profesores de la Universidad de Valladolid –María José López, Luis Miguel Molina y Julio Alfonso Alonso– y la estudiante de doctorado Alejandra Granja del Río. En breve se incorporara una investigadora posdoctoral. Colaboran con otros equipos de la Universidad de Burgos, la Universidad de País Vasco, el Donostia International Physics Center y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España. Fuera del país trabajan con investigadores de la Universidad Católica de Lovaina en Bélgica, Holon Institute of Technology en Israel, la Universidad de Sonora y la Universidad Autónoma Metropolitana, éstas dos últimas de México.