NeoFronteras

El polímero propuesto con los átomos de titanio en azul, carbono en verde y las moléculas de hidrógeno en rojo. Foto: J. Ihm.

En el futuro sistema energético basado en la utilización del hidrógeno se necesitan producir grandes cantidades de este gas, pues no existen fuentes naturales de hidrogeno en la Tierra.
Uno de los métodos es utilizar alguna fuente de energía como nuclear o solar para disociar el agua en oxígeno e hidrógeno. Generalmente esto se realiza por electrolisis en condiciones de presión y temperatura extremas. Además está el problema de transportar y almacenar el hidrógeno producido, para lo que en general hay que utilizar altas presiones y bajas temperaturas.
Sería interesante desarrollar métodos hacer que el almacenamiento del hidrógeno fuese mucho más sencillo, sin necesidad condiciones físicas especiales, y por tanto más eficiente. De este modo los automóviles podría usar este gas como combustible. Usando este hidrógeno y el oxígeno atmosférico en una célula de combustible se produciría electricidad que movería el auto. En los últimos años se han propuesto diversos métodos alternativos de almacenamiento de hidrógeno. NeoFronteras ha dado cuenta de algunos de ellos como el grafito, carbón ordinario, nanotubos, etc.
Ahora una serie de simulaciones por ordenador han podido identificar un polímero (plástico) con una gran capacidad de almacenamiento de hidrógeno. Jisoon Ihm y sus colaboradores de la Universidad Nacional de Corea del Sur han descubierto que el poliacetileno dopado con titanio podría almacenar grandes cantidades de este gas. Según los cálculos se podrían almacenar hasta 63 kilogramos de este gas por metro cúbico de polímero, más que cualquier otro sistema propuesto.
Un coste bajo y una alta capacidad de almacenamiento es fundamental en la comercialización de las pilas de combustible. Se han propuesto nanotubos de carbono, clatratos y otras nanoestructuras, pero de momento no son lo suficientemente buenos.
En el nuevo sistema no se necesitaría de una temperatura extrema o una presión especial para almacenar y dispensar el gas, son afortunadamente condiciones de trabajo prácticas.
Esta capacidad de almacenamiento proviene de que numerosas moléculas de hidrógeno son atraídas a los átomos de metal que se disponen a lo largo de las cadenas del polímero.
En las simulaciones han empleado primeros principios con lo que los resultados parecen fiables. Los investigadores calcularon la energía para atrapar el hidrógeno con diversos metales como escandio, vanadio y titanio en diversos polímeros como poliacetileno, polianilina, etc. La mejor combinación parece ser poliacetileno “decorado” con titanio. En la cadena del polímero cada átomo de carbono tiene un enlace que puede ser ocupado por un átomo de titanio.
Cada átomo de titanio puede fijar hasta cinco moléculas de hidrógeno. Esto permite un almacenamiento del 7,6% de hidrógeno en peso o 63 kilogramos por metro cúbico.
Según el departamento de la energía de EEUU la meta es lograr 45 kilogramos para 2010.
Naturalmente queda por realizar la síntesis de este material y comprobar la capacidad de almacenamiento predicha. Quizás dentro de poco conduzcamos autos a hidrógeno.

Referencias: Phys. Rev. Lett. 97 056104
Noticia similar en NIST.