Un estudio dirigido por el Berkeley Lab evalúa la competitividad de los costos de los materiales metal-orgánico para almacenar hidrógeno en aplicaciones de respaldo de energía a gran escala.
Con el aumento de las energías renovables y la creciente incertidumbre asociada a los cortes de energía por subidas de tensión y fenómenos meteorológicos extremos, el almacenamiento de energía desempeña un papel fundamental a la hora de garantizar un suministro eléctrico fiable a infraestructuras críticas como instalaciones sanitarias, centros de datos y telecomunicaciones.
El hidrógeno resulta prometedor como solución de almacenamiento de energía, y los investigadores están desarrollando materiales que pueden ayudar a almacenar el hidrógeno durante largos periodos de tiempo a bajo costo y con una alta eficiencia energética.
Con el apoyo de la Oficina de Tecnologías de Hidrógeno y Pilas de Combustible del Departamento de Energía, un equipo de investigadores dirigido por el Laboratorio de Berkeley ha examinado sistemas de energía de reserva basados en materiales similares a esponjas, denominados metal-orgánicos (metal-organic framework – MOF), y ha descubierto que, con más investigación y desarrollo, podrían ser competitivos en costos con otras tecnologías de almacenamiento de energía de reserva.
Los MOF son materiales cristalinos porosos formados por iones metálicos, donde grandes poros dentro de los cristales pueden almacenar gas hidrógeno.
En el marco del Consorcio de Investigación Avanzada de Materiales de Hidrógeno (HyMARC) del DOE, y en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y de la Universidad de Berkeley, el equipo utilizó un análisis técnico-económico y modelado de procesos para analizar el rendimiento del sistema.
Los MOFs tienen altas áreas superficiales y capacidades de absorción de hidrógeno, por lo que las moléculas de hidrógeno pueden adherirse a la superficie de las cavidades de los MOFs, dijo el investigador postdoctoral del Berkeley Lab y autor principal, Peng Peng.
Específicamente para aplicaciones de energía de respaldo, tienen un mecanismo simple de carga/descarga, lo que permite que el hidrógeno almacenado se libere inmediatamente después de la descarga sin el uso de reacciones químicas, que normalmente requieren altas temperaturas.
Utilizando datos experimentales proporcionados por Jeffrey Long, científico del Laboratorio de Berkeley, y simulaciones moleculares para predecir el rendimiento de los MOF a nivel de sistema, los investigadores descubrieron que para aplicaciones de energía de reserva de menos de 10 MW, como una microrred o un centro de datos de tamaño comunitario, los sistemas MOF seleccionados podrían ser competitivos en cuanto a costes con otras aplicaciones de energía de reserva estacionaria a gran escala, como la energía hidroeléctrica de bombeo y las baterías.
El estudio también ha revelado que los MOF son competitivos en costo con el almacenamiento de hidrógeno líquido y tienen una mayor densidad energética que el almacenamiento de hidrógeno comprimido, por lo que requieren menos espacio.
El almacenamiento de hidrógeno mediante MOFs para la energía de reserva aún no está disponible comercialmente, pero los MOFs existentes han sido demostrados en tanques de almacenamiento de hidrógeno y hay varias empresas de nueva creación que trabajan para avanzar en esta tecnología, dijo el científico de Berkeley Lab y autor correspondiente Hanna Breunig.
Estos sistemas podrían estar a varios años, pero los estudios muestran que la investigación y el desarrollo de los MOF podrían tener un impacto fundamental en el aumento de la resiliencia energética.