Transporte y almacenamiento de hidrógeno

Si bien la mayor parte de las infraestructuras actuales utilizan combustibles fósiles, estos liberan contaminantes al quemarse, especialmente dióxido de carbono. El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero (GEI) que se ha relacionado con el calentamiento global y el cambio climático.

Por el contrario, la combustión de hidrógeno produce vapor de agua inocuo y una pequeña cantidad de óxido nítrico (NOx), sin liberar dióxido de carbono ni otros contaminantes, como el dióxido de azufre (SOx). Además, el hidrógeno es compatible con muchas turbinas de gas natural existentes, que cuentan con motores de combustión interna capaces de funcionar con hidrógeno, gas natural o una mezcla de ambos. Sin embargo, el hidrógeno es una sustancia peligrosa si se manipula de forma inadecuada.

Las moléculas de hidrógeno son las más pequeñas de todos los elementos, lo que hace que las fugas en depósitos y tuberías sean un motivo serio de preocupación debido al riesgo de incendio y explosión que representan. En este sentido, es necesario prestar especial atención a los materiales y técnicas utilizados para sellar estos sistemas, tales como accesorios, juntas, válvulas y otros dispositivos de sellado. Asimismo, también se deben utilizar equipos de monitorización ambiental tales como detectores de llamas y detectores de gases combustibles, además de equipos en línea, como transmisores de presión y temperatura, para detectar posibles sucesos anómalos, como, por ejemplo, la pérdida de contención. Dado que el hidrógeno es diatómico, las tecnologías más recientes, como los detectores de gas basados en infrarrojos que se usan habitualmente en las aplicaciones de gas natural, no son adecuadas para detectar este gas.

Las fugas son principalmente el resultado de la fragilización, que ocurre con mayor frecuencia cuando el acero y otros metales absorben átomos de hidrógeno. Estos átomos pueden recombinarse para formar moléculas de hidrógeno que se difunden por todo el metal y forman burbujas que debilitan el material, provocando fragilización y agrietamiento, incluso a temperatura ambiente. Por lo tanto, es fundamental reducir estos problemas con la selección de los materiales adecuados según cada aplicación específica.

El almacenamiento seguro de hidrógeno es un factor clave para el avance de las tecnologías del hidrógeno y las pilas de combustible

El hidrógeno se puede almacenar físicamente como gas comprimido o como líquido criogénico. El hidrógeno gaseoso comprimido se suele almacenar en depósitos a presiones de 350 a 700 bares (5000 a 10 000 psi). El hidrógeno totalmente líquido se puede almacenar a aproximadamente -253 °C (-423 °F), mientras que el hidrógeno criocomprimido se puede almacenar a aproximadamente -387 °C. El almacenamiento del hidrógeno en estado gaseoso requiere menos equipos y resulta significativamente más económico. Sin embargo, el almacenamiento en estado líquido también ofrece ciertas ventajas, como, por ejemplo, una densidad de almacenamiento de energía considerablemente mayor

El hidrógeno líquido se utiliza desde hace mucho tiempo como combustible para cohetes en lanzamientos espaciales. En el espacio, se ha almacenado como gas comprimido o líquido criogénico en cilindros, tubos y depósitos esféricos. En forma gaseosa, el hidrógeno normalmente se almacena en cilindros. Sin embargo, a fin de minimizar el área de superficie y, por lo tanto, reducir la transferencia de calor del entorno, los depósitos esféricos son la opción preferida para almacenar el hidrógeno líquido.

El hidrógeno también puede almacenarse en sistemas materiales en la superficie de sólidos (adsorción) o en su interior (absorción). Estos procedimientos se están desarrollando para cumplir con los requisitos de densidad del combustible y mejorar la seguridad del proceso, ya que disminuyen el riesgo de fugas y de que se produzca una combustión descontrolada.

Algunas de las medidas de seguridad que deben seguir todos los sistemas de almacenamiento de hidrógeno, son:

• Ubique la zona de almacenamiento en áreas al aire libre, bien ventiladas y designadas como prohibido fumar, alejadas de estructuras, vehículos, fuentes de calor, chispas y llamas abiertas.
• Nunca arrastre, ruede, deslice ni deje caer los contenedores de almacenamiento.
• Utilice únicamente herramientas a prueba de chispas y equipos a prueba de explosiones para manipular el hidrógeno.
• Conecte a tierra todos los equipos y tuberías.
• Revise periódicamente si hay fugas en los sistemas de hidrógeno usando agua jabonosa y jamás con una llama.

Los requisitos de almacenamiento del hidrógeno de alta densidad plantean desafíos importantes para los sistemas de transporte. La densidad energética del hidrógeno es mucho menor que la de la gasolina, por lo que se necesitan depósitos de un mayor tamaño para almacenar la misma cantidad de energía. En términos generales, los depósitos de hidrógeno para vehículos son más grandes que sus equivalentes de gas natural y están diseñados para tolerar presiones más elevadas.

Estos requisitos de espacio adicional restan funcionalidad a un vehículo para transportar personas y objetos cómodamente de manera eficiente en términos de espacio, y el peso adicional afecta negativamente la distancia que un vehículo puede recorrer con una cantidad determinada de energía. Además, las pilas de combustible de hidrógeno requieren más espacio que los motores de combustión, aumentan el peso y presentan un riesgo adicional de fugas.

Aunque existen automóviles y camiones propulsados por hidrógeno, el número estaciones de servicio de hidrógeno en todo el mundo es bajo. Esto limita su practicidad para la mayoría de la ciudadanía, especialmente en el día a día. Sin embargo, esta situación podría mejorar a medida que se desarrolle la infraestructura necesaria alrededor del hidrógeno.

A pesar de estos inconvenientes, los automóviles y camiones de larga distancia propulsados por hidrógeno ofrecen ventajas significativas frente a los vehículos eléctricos. Se pueden reabastecer en minutos en lugar de horas y la energía almacenada no se degrada con el tiempo. Además, la densidad de almacenamiento de energía del hidrógeno supera en más de 100 veces a la de las baterías, lo que permite que los combustibles sean significativamente más ligeros y compacto. Por último, mientras que los materiales necesarios para fabricar las baterías modernas, especialmente el litio, son limitados, los componentes para producir pilas de combustible de hidrógeno son abundantes.

A medida que se genera hidrógeno gaseoso, este puede consumirse a nivel local, comprimirse y transportarse mediante tuberías a depósitos de almacenamiento cercanos, o también comprimirse y almacenarse en cilindros para su transporte, o bien puede licuarse para mejorar la densidad de almacenamiento y facilitar el transporte a larga distancia. El transporte de hidrógeno suele realizarse mediante tuberías, camiones, trenes o barcos. Las tuberías se utilizan con mayor frecuencia para conectar instalaciones de producción con consumidores cercanos, así como en áreas geográficas más amplias donde se prevé una demanda estable y sostenida a largo plazo.

En distancias cortas, el transporte de hidrógeno se realiza principalmente en camiones, utilizando cilindros alargados de alta presión apilados en remolques tubulares o en camiones cisterna que transportan hidrógeno líquido a temperaturas criogénicas. Para transportar hidrógeno líquido a distancias medias se utilizan vagones de ferrocarril, mientras que el transporte de las cargas pesadas a larga distancia se realiza en buques.

La investigación avanza en el desarrollo de sistemas de almacenamiento de hidrógeno compactos y viables, que garanticen la seguridad tanto a los vehículos como a las instalaciones fijas. Junto con la producción viable de hidrógeno, los avances en transporte y almacenamiento contribuirán a impulsar la economía del hidrógeno.

Mientras las industrias buscan formas para reducir sus emisiones de carbono incorporando hidrógeno y otros combustibles alternativos en su infraestructura, es esencial ofrecer una formación adecuada a todas las personas implicadas para garantizar que la ingeniería, instalación, operación y mantenimiento de estos sistemas sean seguros y eficientes.