El carbón, una posible batería geológica para el hidrógeno

Investigadores de la Universidad de Pensilvania, Pen State, han descubierto que el carbón puede ser una “batería geológica de hidrógeno”. Según señalan se: “Podría inyectar y almacenar la energía del hidrógeno y tenerla allí cuando se necesite usar”. Con ello se abordaría uno de los retos que tiene el desarrollo de una cadena de suministro de esta energía.

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Según los investigadores, el hidrógeno es un combustible de combustión limpia y se muestra prometedor. Especialmente, para los sectores de mayor consumo energético de nuestra economía: transporte, generación de electricidad y fabricación. Sin embargo, añaden:

“Queda mucho trabajo por hacer para construir una infraestructura de hidrógeno y convertirla en una fuente de energía asequible y fiable”.

Eso incluye desarrollar una forma de almacenar hidrógeno, que actualmente es costosa e ineficiente. Las formaciones geológicas son una opción intrigante, afirmaron los científicos. Pueden almacenar grandes cantidades de hidrógeno para satisfacer picos y valles, satisfaciendo así los cambios de la demanda de energía.

Shimin Liu, profesor asociado de ingeniería energética y mineral en Penn State, explica:

“El carbón está bien estudiado y hemos estado produciendo comercialmente gas a partir del carbón durante casi medio siglo. Lo entendemos. Tenemos la infraestructura. Creo que el carbón sería el lugar lógico geológico para almacenar hidrógeno”.

El carbón y sus tipos para almacenar H2

Los científicos analizaron ocho tipos de carbón de yacimientos de EEUU para comprender mejor su potencial de sorción y difusión.  Según detallaron en un artículo de la revista Applied Energy, los ocho mostraron propiedades de sorción considerables. Los mejores resultados los obtuvieron con el carbón bituminoso de baja volatilidad del este de Virginia y el de antracita del este de Pensilvania. Liu señalaba:

“Creo que es muy posible que el carbón sea la mejor opción para el almacenamiento geológico desde una perspectiva científica.

Descubrimos que el carbón supera a otras formaciones porque puede contener más, tiene infraestructura existente y está ampliamente disponible en todo el país y cerca de áreas pobladas”.

Los yacimientos de metano de capa de carbón agotados pueden ser los mejores candidatos. Estas vetas contienen gas natural no convencional como el metano. Y se han convertido en una importante fuente de energía de combustibles fósiles en las últimas décadas. El metano se adhiere a la superficie del carbón, en un proceso llamado adsorción.

Desarrollo del estudio

De manera similar, inyectar hidrógeno en el carbón haría que ese gas absorbiera o se adhiriera al carbón. Estas formaciones a menudo tienen una capa de esquisto o lutita en la parte superior. Actúa como un sello que mantiene el metano, o el hidrógeno, hasta que se necesita y se bombea de nuevo. Y añade:

“Mucha gente define el carbón como una roca, pero en realidad es un polímero.

Tiene un alto contenido de carbono con muchos poros pequeños que pueden almacenar mucho más gas. Entonces, el carbón es como una esponja que puede contener muchas más moléculas de hidrógeno en comparación con otros materiales no carbónicos”.

Los científicos diseñaron equipos especiales para realizar los experimentos. El carbón tiene una afinidad más débil con el hidrógeno en comparación con otros gases de sorción como el metano y el dióxido de carbono. Por tanto, el equipo presurizado tradicional para determinar la sorción no habría funcionado:

“Hicimos un diseño muy novedoso y muy desafiante. Tomó años descubrir cómo hacer esto correctamente. Tuvimos que diseñar adecuadamente un sistema de experimentación, prueba y error basado en nuestra experiencia previa con carbones y esquistos”.

Conclusión sobre el carbón como batería geológica

Según sus resultados, los científicos determinaron que.

“Los carbones de antracita y semiantracita son buenos candidatos para el almacenamiento de hidrógeno en vetas de carbón agotadas, y el carbón bituminoso de baja volatilidad es mejor candidato para las vetas de carbón gaseosas”.

Además, el desarrollo del almacenamiento de hidrógeno en las comunidades mineras de carbón podría brindar oportunidades económicas a estas regiones. Y, al mismo tiempo, ayudar a crear la infraestructura de hidrógeno de en EEUU:

“En la transición energética, son realmente las comunidades de carbón las más afectadas económicamente.

Ésta es, sin duda, una oportunidad para reutilizar las regiones carboníferas. Ya tienen la experiencia: el ingeniero energético y las habilidades. Si podemos construir una infraestructura y cambiar sus oportunidades económicas, creo que eso es algo que deberíamos considerar”.

Los investigadores explicaron que:

“El trabajo futuro se centrará en la difusividad dinámica y la permeabilidad dinámica del carbón, características que determinan la rapidez con la que se puede inyectar y bombear hidrógeno”.

Según Liu:

“Creo que Penn State es el lugar adecuado para hacer toda esta investigación: tenemos las reservas de carbón, tenemos gas natural, tenemos la experiencia en ingeniería y economía en la universidad. Éste es el lugar lógico para hacerlo”.

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