Un equipo de físicos experimentales y teóricos suizo-polacos ha encontrado la respuesta a por qué intentos previos de utilizar hidruro de magnesio para almacenar hidrógeno han resultado insatisfactorios, y por qué podrían tener éxito en el futuro.
Una solución para el almacenamiento de hidrógeno
En automóviles aún raros impulsados por hidrógeno, el combustible se almacena comprimido a una presión de alrededor de 700 atmósferas. Esto no es ni el método más económico ni el más seguro, y tiene poco que ver con la eficiencia: solo hay 45 kilogramos de hidrógeno en un metro cúbico. El mismo volumen puede contener 70 kilogramos de hidrógeno si se condensa previamente.
El proceso de licuefacción requiere grandes cantidades de energía, y la temperatura extremadamente baja, alrededor de 20 Kelvin, debe mantenerse durante el almacenamiento. Una alternativa podría ser materiales adecuados; por ejemplo, el hidruro de magnesio, que puede contener hasta 106 kilogramos de hidrógeno en un metro cúbico.
Propiedades del hidruro de magnesio
El hidruro de magnesio es uno de los materiales más simples probados para la capacidad de almacenamiento de hidrógeno. Su contenido puede alcanzar el 7,6% (por peso). Los dispositivos de hidruro de magnesio son bastante pesados y, por lo tanto, principalmente adecuados para aplicaciones estacionarias. Sin embargo, es importante destacar que el hidruro de magnesio es una sustancia muy segura y puede almacenarse sin riesgo; por ejemplo, en un sótano, y el magnesio en sí mismo es un metal fácilmente disponible y barato.
“La investigación sobre la incorporación de hidrógeno en magnesio ha estado en marcha durante décadas, pero no ha dado lugar a soluciones que puedan contar con un uso más amplio”, dijo Zbigniew Lodziana, físico teórico y coautor de un artículo en Advanced Science, donde se presenta el último descubrimiento.
Avances en la comprensión de los procesos
Lodziana ha desarrollado un nuevo modelo de los procesos termodinámicos y electrónicos que ocurren en el magnesio en contacto con átomos de hidrógeno. El modelo predice que durante la migración de los átomos de hidrógeno, se forman en el material conglomerados locales de hidruro de magnesio termodinámicamente estables. En las fronteras entre el magnesio metálico y su hidruro, luego ocurren cambios en la estructura electrónica del material, y estos cambios tienen un papel significativo en la reducción de la movilidad de los iones de hidrógeno.
En otras palabras, la cinética de formación del hidruro de magnesio está determinada principalmente por fenómenos en su interfaz con el magnesio. Este efecto hasta ahora no ha sido tenido en cuenta en la búsqueda de catalizadores eficientes.
Implicaciones de los hallazgos
Para este estudio, se estudió la migración de hidrógeno atómico en una capa de magnesio puro rociado sobre paladio en una cámara de vacío ultraalto. La máquina de medición era capaz de registrar cambios en el estado de varias capas atómicas exteriores de la muestra en estudio, causados por la formación de un nuevo compuesto químico y las transformaciones asociadas en la estructura electrónica del material. El modelo propuesto por los investigadores permite comprender completamente los resultados experimentales.
Conclusión y perspectivas futuras
Estos resultados allanan el camino para una nueva búsqueda de un catalizador óptimo para el hidruro de magnesio y explican por qué algunos de los catalizadores previamente encontrados mostraron una eficiencia más alta de lo esperado.
“Hay muchas razones para creer que la falta de progreso significativo en el almacenamiento de hidrógeno en magnesio y sus compuestos se debió simplemente a nuestra comprensión incompleta de los procesos involucrados en el transporte de hidrógeno en estos materiales”, dijo Lodziana. “Durante décadas, todos hemos estado buscando mejores catalizadores, solo que no donde deberíamos estar buscando. Ahora, los nuevos resultados teóricos y experimentales permiten pensar nuevamente con optimismo sobre futuras mejoras en los métodos de introducción de hidrógeno en magnesio.”