Hidrógeno en flores de carbono
2007/10/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
El hidrógeno puede ser un buen sustituto de los combustibles fósiles, según muchos expertos. Por un lado, es una fuente de energía renovable y por otro, no emite gases de efecto invernadero. Por el contrario, el vapor de agua es el único gas que se emite al utilizar el hidrógeno como fuente de energía. Por ello, teniendo en cuenta que los dos principales problemas de los combustibles fósiles son su agotamiento y la contaminación que provocan, el hidrógeno parece una buena opción ante ellos.
A pesar de que el hidrógeno tiene una menor densidad energética que los derivados del petróleo, esta densidad es suficiente para, por ejemplo, hacer circular varios vehículos de transporte de pasajeros. No es una cuestión nueva, el primer prototipo de vehículo propulsado por el hidrógeno (GM Electrovan) fue desarrollado en 1966 por la firma estadounidense General Motors. Y en la actualidad, muchos hogares de automoción están desarrollando vehículos que se mueven gracias a las células de combustible alimentadas por hidrógeno.
Sin embargo, todavía existen barreras para el uso del hidrógeno como fuente de energía. Y uno de los principales es encontrar un medio eficiente, barato y seguro de recogida de hidrógeno. Para ser eficaz como fuente de energía es necesario almacenar hidrógeno en una densidad relativamente elevada. Así, se puede almacenar como un gas comprimido o licuado, pero en muchos casos su uso está limitado por el coste que supone la construcción de contenedores seguros para la recogida de gas comprimido o el manejo del líquido criogénico --hidrógeno licuado -.
Otra opción es la adsorción. Es decir, que en lugar de recoger el hidrógeno en el estado gaseoso o líquido mencionado, se almacene pegado en un adsorbente. En los últimos años muchos investigadores están trabajando para encontrar adsorbentes adecuados. En estos adsorbentes, el hidrógeno debería adherirse a una densidad relativamente alta, pero sin reaccionar químicamente con el adsorbente.
Algunos metales pueden cumplir esta función, pero son muy caros. Por el contrario, los materiales porosos, además de ser más baratos, son más eficientes, ya que se puede recuperar todo el hidrógeno adsorbido y una vez recogido y desprendido el hidrógeno, no es necesario regenerarlo o reactivarlo.
Entre los materiales porosos, los investigadores buscaban nanoestructuras de carbono por su pequeña masa y su alta capacidad de adsorción. Sin embargo, numerosos estudios han demostrado que en el caso de los nanotubos de carbono la interacción entre hidrógeno y carbono es muy débil, y que si se utilizan materiales porosos basados en carbono para la captación de hidrógeno, esta interacción debe ser más intensa.
Pues bien, según un estudio realizado por un grupo internacional de investigadores, es posible que la interacción carbono-hidrógeno en otra nanoestructura de carbono sea lo suficientemente potente como para ser utilizada como adsorbente. El estudio, coordinado por Javier Bermejo, miembro del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas) y profesor de investigación adscrito a la UPV, ha demostrado que las nanoramas de carbono son efectivas en la recogida de hidrógeno. El estudio ha sido publicado en una de las revistas más importantes del campo de la física: Physical Review Letters.
Dalias de carbono
Las nanoramas de carbono se vieron por primera vez en 1999. Son estructuras similares a los nanotubos, pero se cierran en un extremo y adquieren una forma cónica similar a una rama. Las nanoramas son monocapa, es decir, tienen la pared del espesor de un átomo de carbono. Cada rama es de 2-3 nm, pero se agrupan en grupos formando agregados en forma de dalias de entre 80 y 100 nm de diámetro, formados por cientos de ramas. Estas flores se caracterizan por su gran capacidad de adsorción. De hecho, tienen una enorme superficie específica, 400 m 2 en un solo gramo. De este modo, pueden almacenar gran cantidad de hidrógeno en un lugar pequeño.
Además, en comparación con los nanotubos, la fabricación de nanoramas es relativamente sencilla. La vaporización láser del carbono a temperatura ambiente permite obtener flores de nanoramas de alta pureza, con un rendimiento del 90%.
En concreto, el estudio analiza la movilidad del gas adsorbido a diferentes temperaturas y los detalles de la interacción entre el hidrógeno y las nanoramas.
El resultado más destacado ha sido que el hidrógeno se adhiere a los nanoramas con una solidez distinta a otras nanoestructuras, y que sin embargo, cuando se quiere utilizar, puede ser liberado en condiciones controladas. Así, los investigadores creen que las nanoramas de carbono pueden ser un material de gran futuro como medio ligero de almacenamiento de hidrógeno.
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