La Humanidad enfrenta varios retos que debe resolver en los próximos años. El calentamiento global y los cambios climáticos es uno de ellos, que cada vez con más intensidad agobia a los estados que tienen que compaginar progreso con limitaciones de vertidos contaminantes, en especial a la atmósfera.

Pero este problema arrastra a otros no menores. Entre ellos el de los combustibles fósiles. El carbón, petróleo y gas natural, principales fuentes de energía hoy día, son caducas. Además el uso intensivo de estas fuentes ha desencadenado un calentamiento global que hoy ya es medible y que afecta, por tanto al clima. No hay más remedio que abordar la puesta en operación de sistemas energéticos alternativos.

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El hidrógeno parece tener todas las ventajas en esa potencial sustitución, como portador energético con garantía de abstecimiento global. La electrolisis del agua empleando energías renovables, la fotolisis directa usando la energía solar y el craqueo térmico usando la energía de una central nuclear, por ejemplo, permiten obtener hidrógeno en cantidades industriales, para abastecimiento global. La ventaja del hidrógeno es que se puede consumir sin producir ninguna emisión que contribuya al calentamiento del planeta, empleando las células de combustible para generar electricidad, tanto en plantas de potencia, como directamente en los vehículos o máquinas de aplicación.

Las formas de producir y almacenar hidrógeno en las plantas de producción eléctrica y en vehículos para su transporte y distribución precisan que se descubran formas para hacerlo de forma eficiente y segura. Y uno de los candidatos para el almacenaje del hidrógeno son los nanotubos. Para ello es necesario investigar las interacciones químicas del hidrógeno con las paredes de los nanotubos de carbono, de forma que el almacenaje pueda realizarse y, sobre todo, de forma reversible.

En condiciones normales, es decir a presión y temperatura ambiente, el hidrógeno existe en forma de gas. Ello quiere decir que el problema se concreta en disponer de un material que lo absorba y lo libere de una forma fácil y fiable. La aportación de los nanotubos de carbono proviene de que tanto por fisisorción como por quimisorción pueden incorporarlo. Los estudios efectuados revelan que a temperatura ambiente no hay evidencia de que la fisisorción directa pueda ser una vía de alta capacidad de almacenamiento, mientras que la quimisorción si podría serlo puesto que los enlaces pi-pi de los carbonos que forman el nanotubo ofrecen capacidad hasta su saturación completa, para incorporar los hidrógenos.

La evidencia experimental no se tenía. La aplicación de la espectroscopía de rayos X (fotoelectrónica, XPS y de absorción XAS) a películas antes y después de la hidrogenación revela una disminución de la intensidad de la resonancia de los electrones pi y un aumento de la intensidad correspondiente a los electrones sigma de los enlaces C--H, lo que pone de relieve que la hidrogenación produce una rehibridación de los átomos de carbono del nanotubo, pasando de sp2 a sp3, formándose enlaces químicos C--H nuevos en los carbonos que forman la malla del nanotubo. Ahora se puede cuantificar la cantidad de hidrógeno que se puede absorber por átomo de carbono del nanotubo.

La hidrogenación produce la ruptura de los enlaces pi C--C y se forman enlaces C--H, como revela el espectro de absorción de rayos X, la disminución de la intensidad de la resonancia pi y el aumento de la intensidad de las resonancias C--H y sigma. En el espectro se puede ver un pico correspondiente al carbono no hidrogenado, que aparece a mayor energía y otro pico debido al carbono hidrogenado, que aparece a menor energía. Los cálculos teóricos corroboran las frecuencias y los desplazamientos químicos. La proporción entre los dos picos, proporciona la cantidad de átomos de carbono hidrogenados. Lo importante es que esta proporción llega a algo más del 5%, que está muy próximo al 6% que requiere, por ejemplo, el Departamento de Energía de los Estados Unidos para aceptarlo como sistema de almacenamiento de hidrógeno en vehículos. Por último cabe reseñar que a 600 grados se rompen todos los enlaces C--H, lo que garantiza la reversibilidad.

De esta forma, la hidrogenación de los nanotubos de carbono es una forma de almacenar hidrógeno, de alta capacidad, muy próxima a los valores requeridos tecnológicamente.

Solamente queda encontrar un procedimiento eficiente para liberar el hidrógeno a temperaturas más bajas, entre 50 y 100 grados. Se trata de encontrar un catalizador que lo permita y susceptible de incorporarse, de alguna forma a los nanotubos, aunque no sea estructuralmente.

Alberto Requena - Luis Manuel Tomás

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Fuente: El Faro de Murcia

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