Como responsable mundial de marketing y comunicación de Triton Hydrogen, me fascina explorar los complejos retos a los que se enfrenta el sector de la energía del hidrógeno, especialmente los que afrontan los ingenieros y las empresas que se esfuerzan por aprovechar el hidrógeno como fuente de energía limpia.
A pesar de la promesa de energía limpia que encierra el hidrógeno, existen numerosos obstáculos, desde problemas de materiales como la fragilidad y la permeabilidad hasta preocupaciones más generales sobre el coste, la escalabilidad y la seguridad, que dificultan todo su potencial. Este artículo pone de relieve estos retos y subraya el papel fundamental de la ciencia de los materiales en el avance de la economía del hidrógeno. Al abordar estos obstáculos, subrayamos la importancia de la innovación y la colaboración para superar las barreras que impiden una infraestructura sostenible del hidrógeno. Siga leyendo para comprender los problemas fundamentales y el camino a seguir en el sector del hidrógeno.
He aquí algunos de los principales problemas del hidrógeno:
Fragilización por hidrógeno (HE)
Los átomos de hidrógeno pueden difundirse en los metales, debilitando sus enlaces atómicos y provocando fragilidad, grietas y fallos. Se trata de un problema importante para tuberías, tanques de almacenamiento y otros componentes expuestos al gas hidrógeno. Los ingenieros tienen que desarrollar materiales resistentes a la fragilización o encontrar formas de mitigar sus efectos.
Permeación
Debido a su pequeño tamaño, las moléculas de hidrógeno pueden atravesar fácilmente muchos materiales, provocando fugas y riesgos para la seguridad. Diseñar barreras que bloqueen eficazmente el paso del hidrógeno manteniendo otras propiedades deseadas, como la resistencia y la ductilidad, es un reto importante.
Rendimiento a altas temperaturas
En algunas aplicaciones, como las pilas de combustible y las turbinas, los materiales deben funcionar con fiabilidad a altas temperaturas y presiones cuando están expuestos al hidrógeno. Los materiales tradicionales suelen degradarse en estas condiciones, lo que obliga a los ingenieros a desarrollar nuevas aleaciones o compuestos con mayor estabilidad a altas temperaturas.
Coste y escalabilidad
La generalización del uso del hidrógeno depende a menudo de la rentabilidad de los materiales. En la actualidad, muchos materiales prometedores son caros o difíciles de producir en grandes cantidades. Es crucial encontrar alternativas asequibles y escalables para la producción masiva.
Interacciones complejas en diferentes aplicaciones
El hidrógeno puede interactuar con otros materiales de forma inesperada, provocando corrosión, fragilidad u otros problemas. Comprender estas interacciones y predecir su impacto en el rendimiento de los materiales es fundamental para elegir los materiales adecuados para aplicaciones específicas.
Falta de medidas y materiales normalizados
El sector del hidrógeno sigue evolucionando y es necesaria una mayor normalización de los materiales y los métodos de ensayo. Esto dificulta la comparación entre distintos materiales y la selección del mejor para un caso de uso concreto. El desarrollo de normas y la armonización de los procedimientos de ensayo son esenciales para el avance del sector.
Consideraciones de seguridad
Como ocurre con cualquier fuente de energía, la seguridad es primordial cuando se trata de hidrógeno. Los ingenieros de ciencia de los materiales tienen que desarrollar materiales que no sólo sean de alto rendimiento, sino también intrínsecamente seguros, minimizando el riesgo de fugas, explosiones y otros accidentes.
Evaluación del ciclo de vida
Garantizar una economía del hidrógeno verdaderamente sostenible exige tener en cuenta todo el ciclo de vida de los materiales, desde su producción y uso hasta su eliminación al final de su vida útil. Tenemos que desarrollar procesos y materiales que minimicen el impacto ambiental a lo largo de todo su ciclo de vida.
Compatibilidad de los materiales con distintos métodos de almacenamiento
Cada método de almacenamiento de hidrógeno presenta retos materiales específicos:
- Hidrógeno comprimido: Encontrar depósitos ligeros de alta presión resistentes a la HE y a la permeación del hidrógeno sigue siendo un reto. Los materiales compuestos son prometedores, pero requieren más desarrollo.
- Hidrógeno líquido: Las temperaturas criogénicas (-253 °C) plantean retos para la selección de materiales. El acero inoxidable se utiliza habitualmente, pero es vital comprender su comportamiento a largo plazo y desarrollar alternativas con mejores propiedades térmicas.
- Hidruros en estado sólido: Aunque ofrecen una gran capacidad de almacenamiento, algunos hidruros adolecen de una cinética lenta de absorción/desorción de hidrógeno y de una posible degradación durante los ciclos. Es fundamental encontrar materiales con una reversibilidad y estabilidad óptimas.
Coste y escalabilidad
El desarrollo y la aplicación de nuevos materiales de almacenamiento y conducción deben ser económicamente viables. Aumentar la producción de candidatos prometedores sin que dejen de ser asequibles es crucial para su adopción generalizada.
Juntas y revestimientos estancos
Minimizar las fugas de hidrógeno durante el almacenamiento y el transporte es primordial para la seguridad y la eficiencia. Desarrollar juntas y revestimientos fiables y duraderos con una permeabilidad mínima ha sido un gran reto para la industria.
Compatibilidad de las infraestructuras
La transición de la infraestructura existente de gas natural al hidrógeno presenta retos de adaptación material. La modernización o sustitución de tuberías e instalaciones de almacenamiento requiere materiales compatibles con ambos combustibles.
Resumen
Es importante señalar que estos retos están interconectados. Los avances en un área suelen repercutir en las demás. Por ejemplo, solucionar la ES en las tuberías podría implicar materiales inadecuados para los métodos de almacenamiento. Por lo tanto, es necesario un enfoque holístico que tenga en cuenta toda la cadena de valor del hidrógeno.
La investigación de la ciencia de los materiales en estas áreas sigue su curso, con avances prometedores como aleaciones avanzadas, materiales compuestos y revestimientos innovadores, como Tritonex y Tritonorque ofrecen esperanzas de superar estos obstáculos. Abordar estos retos allanará el camino hacia una infraestructura de hidrógeno segura, eficiente y escalable, esencial para hacer realidad su potencial como vector de energía limpia.
