5 avances en almacenamiento de hidrógeno y energía
El H2 Clipper es una aeronave eléctrica levantada y propulsada por hidrógeno verde.
El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. También es un poderoso combustible sin carbono con una densidad de energía de 5,5 kilovatios-hora por kilogramo (kWh/kg). Eso es más de dos veces y media la densidad de energía de la gasolina y dieciocho veces la densidad de energía de la batería 4680 de 0,296 kWh/kg utilizada en el Tesla Model S.
El hidrógeno se usa en viajes espaciales y otras aplicaciones especializadas, pero aún tiene que reemplazar a los combustibles fósiles en la generación, el consumo o el transporte de energía. Gracias a estos avances en la tecnología del hidrógeno, eso puede estar a punto de cambiar.
Cuando se quema hidrógeno en presencia de oxígeno, no se produce dióxido de carbono (CO2), sino sólo agua (H2O) y una pequeña cantidad de la sustancia química que se produce cuando se calienta el aire. Pero el proceso de producción de hidrógeno consume energía que podría provenir de fuentes que producen dióxido de carbono. El hidrógeno es un gas incoloro, pero los ingenieros desarrollaron nueve códigos de colores para rastrear los factores ambientales en la producción de hidrógeno.Por ejemplo, cuando se produce hidrógeno a partir del carbón, se le llama Hidrógeno negro o marrón. gas natural para la producción hidrogeno gris El proceso de reformado de metano con vapor libera dióxido de carbono a la atmósfera. Quemar hidrógeno negro, marrón o gris puede parecer neutral en carbono, pero todo el proceso contribuye a la contaminación del aire y al cambio climático.
hidrogeno azul También se utiliza gas natural (principalmente metano), pero el proceso está diseñado para Captura y almacena subproductos de CO2 Para almacenamiento o fines industriales.
hidrogeno verde Vaya un paso más allá y produzca hidrógeno a partir de energía solar, eólica y otras tecnologías energéticas que no contribuyan al cambio climático.
¿Quién está trabajando en el hidrógeno verde?
Los países de Medio Oriente con abundantes reservas de gas natural y un clima favorable para la electrólisis solar son particularmente adecuados para la producción rentable de hidrógeno verde. El proyecto de desarrollo NEOM en Arabia Saudita tiene como objetivo crear la instalación de producción de hidrógeno verde más grande del mundo.
Omán también compite en este mercado, con seis contratos de proyectos verdes firmados y un objetivo de producción de más de 1 millón de toneladas de hidrógeno verde por año. La guerra de Ucrania también ha obligado a la UE a repensar la dependencia energética como parte de la defensa y la seguridad regional. Terminales y Oleoductos de Hidrógeno se está construyendo y ampliando para aprovechar Canadá. Como dijo el primer ministro canadiense, Justin Trudeau: «El Plan de Acción de Hidrógeno Mejorado movilizará inversiones, apoyará negocios, compartirá experiencia y entregará hidrógeno canadiense limpio a Europa… Fundamentalmente, se trata de buenos empleos para la clase media, crecimiento económico y energía limpia».
La electrólisis fotovoltaica (PV) no es particularmente eficaz en el uso de la luz solar para extraer hidrógeno del agua. Las mejores celdas fotovoltaicas tienen solo un 15 por ciento de eficiencia, mientras que la electrólisis tiene solo un 70 por ciento de eficiencia. Cuando el panel tenga polvo, quítelo más. Su eficiencia general es de solo alrededor del 10,5%.
A las plantas les fue mucho mejor, pero su proceso fue complicado. Cuando mi hija estaba estudiando biología, leí detrás de ella y aprendí un poco sobre complejos de recolección de luz, díadas, ATP, proteínas de antena. En mi época, era simple, la clorofila hacía que las plantas se volvieran verdes, ¡convirtiendo la luz del sol, el dióxido de carbono y el agua en vegetales que mamá nos obligaba a comer!
En un nivel muy alto, la luz es una forma de energía electromagnética, como las ondas de radio. Para capturar esta energía de manera eficiente, necesitamos antenas que tengan una pequeña relación de enteros con respecto a la longitud de onda. Es posible que haya notado que la antena de su teléfono celular de la década de 1980 es más corta que la antena de su walkie-talkie. Los radioaficionados CB y HAM utilizan un medidor de relación de onda estacionaria (SWR) para ajustar la longitud de la antena. En los primeros días de la televisión, la gente hacía algo similar con papel de aluminio envuelto alrededor de una antena de televisión.
Pero la longitud de onda de la luz es muy corta. La longitud de onda de la luz solar que atraviesa la atmósfera es de aproximadamente 400 a 700 partes por billón (nanómetros). Debido a la amplia gama de longitudes de onda, necesitamos una gama de antenas de diferentes tamaños. No te preocupes (dice el inventor de la fotosíntesis) de que diferentes capas de pigmento capturen diferentes partes del espectro.
Nadie sabrá este pequeño secreto hasta el otoño, cuando la clorofila verde se desvanece y se revelan algunos otros colores. Mi explicación puede ser demasiado simplificadora, pero nuestras mejores células solares fotovoltaicas no son tan complejas ni eficientes como la fotosíntesis del brócoli que mamá nos hizo comer. Es como comparar herramientas de piedra con la Estación Espacial Internacional.
Pero tenemos que empezar por algún lado, científicos. La Universidad de Michigan da un paso en la dirección correcta al imitar la fotosíntesis. Utilizaron lentes del tamaño de una ventana para enfocar la luz solar en paneles que contenían catalizadores nanoestructurados de nitruro de indio y galio cubiertos con agua, que rápidamente produjeron hidrógeno y oxígeno con una eficiencia del 6,1 por ciento en interiores y del 9 por ciento en exteriores. Eso no supera la eficiencia de nuestros mejores sistemas de electrólisis fotovoltaica, pero es un comienzo.
Hablamos de este tema en un artículo reciente. Artículo de Green Prophet sobre hidrógeno natural. La idea es que en lugar de tratar de encontrar energía verde para extraer hidrógeno del agua, estamos buscando depósitos de hidrógeno como si estuviéramos buscando combustibles fósiles. El hidrógeno geológico ha sido un tema candente en las últimas semanas porque realmente podría cambiar las reglas del juego si encontramos grandes depósitos de hidrógeno. Al menos puede servir como combustible puente, ayudándonos a eliminar gradualmente los combustibles fósiles antes de que nos abrume su daño ambiental.
Las reacciones de fusión más comunes utilizan dos isótopos de hidrógeno. Estos son el deuterio y el tritio. Químicamente, cada uno de ellos se comporta de manera muy parecida al hidrógeno común, con un protón y un electrón, pero el deuterio también tiene un neutrón y el tritio tiene dos. Estos isótopos son relativamente raros, pero la energía liberada por las reacciones de fusión es difícil de ignorar. Ya hemos mencionado que la densidad energética del hidrógeno cuando se quema químicamente en el aire es de unos 5,5 kWh por kilogramo.
pero fusión nuclear La reacción entre los isótopos de deuterio y tritio produce 94 billones de kilovatios-hora por kilogramo. Eso es 17 billones de veces la densidad energética de la gasolina. El problema es que la fusión es difícil. Aprovechar esa energía no es tan fácil como tirar algo de basura en un dispositivo como «Mr». Fusión en la película Regreso al futuro».
Es incluso más difícil que tratar de aprovechar el poder de un rayo.Pero los científicos están investigando el problema desde dos perspectivas diferentes: confinamiento magnético y límite láser. Ambos han mostrado ganancias netas de energía, pero aún no a niveles comercialmente prácticos.
Esto debe haber parecido el modo perfecto de transporte. La nave espacial es lujosa y majestuosa. Los maestros de escuela nos cuentan cómo es ver cómo estos gigantescos inventos proyectan sombras sobre los campos de maíz del Medio Oeste. Navegaron en las nubes en un cómodo barco de pasajeros. El Hindenburg incluso tiene un salón con piano.
Ningún modo de transporte es completamente seguro, y estos dirigibles no son una excepción. El portaaviones USS Akron se estrelló contra el mar, matando a 73 personas y 48 personas a bordo del portaaviones R-101.pero El Hindenburg explotó en tierra a la luz del día con miles de espectadoresfotógrafo y locutor de NBC Herbert Morrison, cuya famosa frase «¡Oh humanidad!» marcaría el final de esta era de aeronaves..
El 6 de mayo de 1937, el Zeppelin LZ 129 Hindenburg alemán se incendió mientras se acercaba a la Estación Aérea Naval de Lakehurst, Nueva Jersey. Los marineros de la Marina de los EE. UU. vieron cómo la aeronave caía en picado al suelo, listos para agarrarse de las ataduras en el suelo y correr por seguridad. El suelo, la mitad trasera envuelta en llamas. (Institución Smithsoniana, NASM 73-8701)
Eso también puede cambiar cuando nos enfrentemos al costo real de los viajes en avión. Los vuelos transatlánticos de ida y vuelta emiten alrededor de dos toneladas de dióxido de carbono por pasajero, equivalente a la huella de carbono anual de una persona promedio en Jordania.
Una de las desventajas de los dirigibles es su baja y lenta velocidad en una atmósfera propensa a ráfagas, turbulencias y relámpagos. El vuelo moderno se transformó cuando Hughes y otras compañías llevaron aviones a la estratosfera por encima del clima. Los dirigibles no tienen por qué estar confinados a la turbulenta atmósfera inferior. El globo espía que ha estado en las noticias de los EE. UU. en las últimas semanas fue lanzado desde China sobre Canadá y los EE. UU. a una altitud de 60,000 pies, casi el doble de la altitud de crucero de los aviones comerciales.
Pero el hidrógeno no solo se usa en globos espía.Desarrollador de una aeronave llamada h2 Clipper Está previsto aprovechar las ventajas económicas de los dirigibles de hidrógeno en el transporte de carga. El hidrógeno se utilizará para sustentación y potencia, y si es hidrógeno verde, será un verdadero avión sin emisiones de carbono. Loz Blain explica en The New Atlas:
«Estamos hablando de cargas de hasta 340.000 libras (150.000 kilogramos, unos 115 Toyota Corollas), una autonomía de hasta 6.000 millas (9.650 kilómetros, aproximadamente la distancia entre Los Ángeles y Barcelona) y una velocidad de crucero de más de 175 mph por hora (280 km/h, un poco menos de un tercio de la velocidad de un avión comercial Dreamliner, pero de 7 a 10 veces más rápido que un barco de carga)”.
Sobre el papel, eso suena genial, los jets son caros, pesados en carbono y consumen mucha energía, y estas aeronaves son hermosas. H2-Clipper ganó el Prestigioso Premio a la Innovación para el Transporte de Hidrógeno en 2023. La compañía ha probado modelos en túneles de viento y planea producir un prototipo en 2025 y una aeronave a gran escala en 2028.
H2 Clipper dice que la gran aeronave eléctrica, levantada y propulsada por hidrógeno verde, está lista para transportar grandes cargas a largas distancias.
La aeronave de Oceansky es más pequeña, pero podría ser una buena opción para una clase de lujo. ¿Quién no querría sobrevolar el Polo Norte en un avión como este?
A partir de 2024, la compañía sueca OceanSky Cruises transportará pasajeros de élite en hoteles flotantes de cinco estrellas sostenibles y más livianos que el aire.
El dirigible de OceanSky Cruises es un avión híbrido de 100 metros que combina la flotabilidad del helio con la sustentación aerodinámica generada por la forma del casco, una alternativa sostenible a la aviación para viajes de lujo sin miedo. El vehículo es impulsado por cuatro hélices y puede volar durante días.
Estos son solo cinco avances recientes en la tecnología del hidrógeno. No importa cómo lo mires, ¡el futuro del hidrógeno parece brillante!
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