En un nuevo estudio de Nature Communications, los investigadores proponen un nuevo método para el almacenamiento de hidrógeno utilizando tuberías existentes ubicadas en el fondo de lagos y embalses. El hidrógeno ha surgido como una alternativa prometedora a los combustibles fósiles para la generación de energía en varias industrias. El enfoque se centra especialmente en el hidrógeno verde, que se produce mediante la electrólisis del agua utilizando fuentes de energía renovables como la solar, la eólica y el aire.
Sin embargo, la adopción generalizada del hidrógeno verde ha enfrentado desafíos, principalmente debido a la falta de soluciones de almacenamiento adecuadas. Este estudio recomienda el uso de tuberías de polietileno de alta densidad (HDPE) como medio de almacenamiento de hidrógeno verde. Las tuberías de HDPE se utilizan en el fondo de lagos, embalses o sistemas de almacenamiento de energía hidroeléctrica para la gestión del agua.
Phys.org habló con el primer autor del estudio, el Dr. Julian David Hunt, un científico investigador de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) en Arabia Saudita. Señaló que su trabajo anterior sobre el almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) en las profundidades marinas inspiró su exploración de nuevas estrategias para el almacenamiento de hidrógeno.
Limitaciones de las soluciones de almacenamiento actuales
En la actualidad, existen varias opciones de almacenamiento de hidrógeno que varían según el método de almacenamiento. Por ejemplo, el hidrógeno comprimido debe mantenerse en tanques especializados a alta presión, el hidrógeno líquido debe almacenarse a temperaturas extremadamente bajas y las soluciones de almacenamiento subterráneo dependen de la región específica.
Con soluciones que dependen de la región, como cavernas de sal y depósitos de gas natural agotados, el método no es muy escalable. Esto se debe a que estos recursos pueden no estar disponibles geográficamente donde se necesita el almacenamiento de hidrógeno.
El uso de tuberías de HDPE por parte del Dr. Hunt y su equipo es un método de aplicación más amplia, ya que estas tuberías ya están presentes en el fondo de lagos, embalses y otros sistemas de almacenamiento de energía hidroeléctrica. Sin embargo, seguir con esta opción resultó complicado debido a la información insuficiente sobre las profundidades submarinas de los fondos oceánicos, los lechos de los ríos, los lagos y otros cuerpos de agua.
El Dr. Hunt dijo: “El problema principal es la falta de datos batimétricos de lagos y embalses. Básicamente, estos datos representan un mapa topográfico del fondo marino o del lago, que proporciona información sobre la forma, las características y la composición de las áreas sumergidas”.
Propósito de las tuberías de HDPE
El verdadero propósito de las tuberías de HDPE es la gestión del agua en los cuerpos de agua. Se pueden utilizar para transportar agua para una variedad de propósitos, incluida la agricultura, las necesidades de los consumidores y el drenaje. El material está hecho para soportar altas presiones bajo el agua, lo que lo hace muy duradero y también es resistente a la corrosión y la degradación, lo que lo hace adecuado para un uso a largo plazo.
Además, se agrega grava alrededor de estas tuberías para garantizar que sean estables y no se muevan debido a las corrientes de agua, actuando como soporte para las tuberías. Estos factores también son deseables si se necesitan tuberías de HDPE para el almacenamiento de hidrógeno.
Tuberías de HDPE como almacenamiento
El hidrógeno se puede inyectar en estas tuberías desde la parte superior, empujando el agua hacia las tuberías. El hidrógeno debe almacenarse a una presión determinada para evitar una expansión o compresión innecesarias. Esto se consigue de forma natural gracias a la presión de la columna de agua sobre las tuberías.
Al mantener la presión interna del hidrógeno al mismo nivel que la presión del agua en el exterior, el sistema garantiza que el hidrógeno no se expanda y ejerza presión sobre las tuberías. Cuando los niveles de agua y, en consecuencia, la presión del agua fluctúan, se colocan válvulas de alivio de presión para ajustar el flujo tanto de agua como de hidrógeno, manteniendo así una presión constante en las tuberías.
Si las fuertes lluvias hacen que el nivel del agua suba, esto provocará un aumento de la presión. En tal escenario, se utilizan válvulas de alivio de presión para extraer el hidrógeno, dejando entrar el exceso de agua para mantener la presión en la tubería. Esto solo funciona porque el hidrógeno es insoluble en agua, lo que hace que este proceso sea inofensivo para la vida acuática y minimiza el impacto ambiental.
Posibilidades infinitas
Los investigadores utilizaron datos del embalse de Oroville en California para comprender el potencial de la solución de almacenamiento propuesta. Descubrieron que el costo nivelado del almacenamiento de hidrógeno utilizando su método propuesto ascendía a alrededor de 0,17 USD por kilogramo a una profundidad de 200 metros en un año.
Descubrieron además que el método es más eficiente en términos de espacio que la generación de energía solar, ya que requiere unas 38 veces menos área para el almacenamiento que para la instalación de paneles solares. Además, esta tecnología demuestra una gran versatilidad, lo que la hace compatible con la infraestructura hidroeléctrica actual. También puede adaptarse a diferentes niveles de agua en los embalses, lo que aumenta la capacidad de almacenamiento cuando esos niveles aumentan.
Los investigadores también utilizaron datos de lagos y embalses artificiales. Los datos indican que la capacidad global de almacenamiento de hidrógeno en lagos y embalses se estima en 15 PWh (petavatios-hora), que comprenden 12 PWh en lagos naturales y 3 PWh en embalses artificiales. El mar Caspio por sí solo representa más de la mitad de este potencial (6,4 PWh).
“La posibilidad de almacenar hidrógeno en embalses y lagos de energía hidroeléctrica aumenta sustancialmente las posibles ubicaciones para el almacenamiento de hidrógeno a gran escala, especialmente cerca de la demanda de energía (ciudades, distritos industriales) o el suministro de energía renovable (plantas solares, eólicas e hidroeléctricas)”, dijo el Dr. Hunt.
La futura economía del hidrógeno
“El almacenamiento de hidrógeno con grava y tuberías en lagos y embalses es una alternativa competitiva para el almacenamiento de hidrógeno a largo plazo y puede apoyar el desarrollo de futuras economías del hidrógeno”, explicó el Dr. Hunt.
Dado que el método utiliza la infraestructura existente, es rentable. Además, dado que el hidrógeno es insoluble en agua, este enfoque no plantea ningún riesgo ambiental.
Sin embargo, el Dr. Hunt señaló que “el principal impacto ambiental es la existencia de grandes tuberías en el fondo del lago/embalse, que podrían alterar la fauna y la flora en el fondo del embalse”.
La falta de datos exhaustivos en esta área es un problema, y el Dr. Hunt insinuó que podría ser un área de investigación que le gustaría explorar.
“Un tema de investigación interesante sería combinar todas las opciones posibles para el almacenamiento de hidrógeno a gran escala en una base de datos, incluidos los datos geológicos, de reservorios, de lagos y de almacenamiento oceánico”, concluyó.
Fuente: Tech Xplore.