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Investigadores del WPI demuestran una nueva tecnología de membrana que puede ayudar a que los vehículos de pila de combustible de hidrógeno sean viables


Las membranas de separación son la clave para hacer el combustible de hidrógeno más barato; en un estudio pionero, los investigadores han demostrado que las membranas hechas con metales líquidos parecen ser más eficientes en separar el hidrógeno que las membranas convencionales de paladio a la vez que son menos costosas y más duraderas./p>

Mientras que los automóviles alimentados con pilas de combustible de hidrógeno ofrecen claras ventajas sobre los vehículos eléctricos que están creciendo en popularidad (incluyendo su mayor rango, su menor impacto ambiental en general y el hecho de que pueden ser reabastecidos en minutos, versus horas de carga) y que aún no han despegado con los consumidores. Una de las razones es el elevado costo y la complejidad de producir, distribuir y almacenar el hidrógeno puro necesario para alimentarlos, lo que ha impedido el despliegue de estaciones de reabastecimiento de hidrógeno.

Los ingenieros han reconocido desde hace mucho tiempo el poder y la disponibilidad ilimitada del hidrógeno, el elemento más abundante en el universo. El hidrógeno se produce de forma natural en el medio ambiente, pero casi siempre está unido químicamente a otros elementos: oxígeno en el agua (H2O), por ejemplo, o carbono en el metano (CH4). Para obtener hidrógeno puro, debe separarse de una de estas moléculas. Prácticamente todo el hidrógeno producido en los Estados Unidos se obtiene a partir de combustibles hidrocarbonados, principalmente gas natural, mediante reformado con vapor, un proceso en múltiples etapas en el que los hidrocarburos reaccionan con vapor de alta temperatura en presencia de un catalizador para producir monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno molecular (H2).

El hidrógeno puede entonces ser separado de los otros gases a través de un proceso químico engorroso, de varios pasos, pero el coste y la complejidad de la producción de hidrógeno pueden ser reducidos usando una membrana para hacer la separación. La mayoría de las membranas de separación de hidrógeno que se están desarrollando en la actualidad utilizan el metal precioso paladio, que tiene una solubilidad y permeabilidad al hidrógeno inusualmente alta (lo que significa que el hidrógeno se disuelve fácilmente en el metal y se desplaza a través del metal, mientras que otros gases están excluidos). Pero el paladio es caro (actualmente se vende por alrededor de $900 por onza) y frágil.

Por estas razones, los ingenieros químicos han buscado durante mucho tiempo alternativas al paladio para su uso en membranas de separación de hidrógeno, pero hasta ahora no han surgido candidatos adecuados. Un estudio pionero dirigido por Ravindra Datta, profesor de ingeniería química en el Instituto Politécnico de Worcester (siglas en inglés, WPI), puede haber identificado la alternativa al paladio: los metales líquidos.

Una serie de metales y aleaciones son líquidas a temperaturas de funcionamiento estándar encontradas en los sistemas de reformado con vapor (alrededor de 500°C), y la mayoría de estos son mucho menos caros que el paladio. Además, una membrana hecha con una película de metal líquido no debe ser propensa a los defectos y grietas que pueden hacer inutilizable una membrana de paladio.

Ravi Datta y su equipo probaron un prototipo de membrana de metal líquido con este aparato de laboratorio. La capa de galio permitió exclusivamente el paso del hidrógeno.