Nano-jaulas como depósito de hidrógeno.

Desde EE.UU. nos llegan los resultados del NIST sobre materiales capaces de absorber volúmenes de hidrógeno de hasta un 10% del peso del receptor. Lograr métodos de almacenamiento seguros y comercialmente viables es un paso crucial en la migración hacia la economía del hidrógeno.
Según estos resultados, una nueva estrategia para almacenar hidrógeno basada en andamiajes a nanoescala fabricados con celdas de zinc, podría dar como resultado una propuesta viable de almacenamiento de hidrógeno, lo cual en última instancia, ayudaría a que los vehículos del futuro abandonasen los combustibles fósiles.
Empleando haces de neutrones como sondas, los científicos del NIST localizaron los puntos donde el hidrógeno formaba uniones “parecidas a pestillos” con la estructura compuesta por grupos de zinc y oxígeno que conocemos como marco metal-orgánico (MOF). El particular material a nanoescala estudiado por Taner Yildirim y Michael Hartman , que recibe el nombre de MOF5, posee cuatro posiciones de acople, incluyendo una “sorprendente” red tridimensional de “nano-jaulas” que parecen formarse después de que el resto de lugares de acople se han llenado de hidrógeno.
El hallazgo, que fue publicado en la revista Physical Review Letters, sugiere se pueden diseñar materiales MOF mediante ingeniería para que optimicen tanto el almacenamiento como la liberación de hidrógeno en vehículos bajo condiciones normales de operatividad. El estudio sugiere también que los MOF podrían emplearse como plantilla para el entrelazado de nano-jaulas de hidrógeno, creando materiales con propiedades inusuales gracias a un fenómeno conocido como confinamiento cuántico. En cierto sentido, este descubrimiento es un regalo.
Yildirim y Hartman encontraron que los dos lugares más estables en el andamiaje ya ofrecían un espacio considerable para el almacenamiento de hidrógeno, lo cual ya jugaba a favor del MOF. De los primeros estudios se extraía que, a una temperatura aproximada de -200 ºC, el MOF5 podía albergar menos de un dos por ciento de su peso en hidrógeno.
La investigación del NIST indica que la mejora en cuento al espacio ha sido amplia. A temperaturas muy bajas, el hidrógeno absorbido se aproxima al 10% del peso del material. (El programa FreedomCar y la asociación Fuel Parternship, que engloba al Ministerio de Energía de los EE.UU. y a los tres grandes fabricantes de automóviles de la nación, han fijado el nivel mínimo de capacidad de estos dispositivos de almacenamiento de hidrógeno en un 6% para que sea económicamente viable). El volumen de hidrógeno se almacenó en cavidades de escala nanométrica que se encuentran en el interior de las estructuras (parecidas a cajas) compuestas por grupos de moléculas de zinc y oxígeno.
“Las mediciones de la difracción de los neutrones indican claramente que las moléculas son empaquetadas en un modo parecido al de las manzanas o naranjas al llenar un frutero”, explica Yildrim. Las nano-jaulas con las que no contábamos abren, por así decirlo, un posibilidad potencial de almacenar excedentes.
La verdad es que los niveles actuales de almacenamiento, en torno al 10%, son muy esperanzadores, pero hay que recordar que estos niveles se consiguieron a unas temperaturas bajísimas e impracticables. Yildirim y Hartman comentan que con ello esperan entender mejor el modo en que las moléculas de hidrógeno se unen a los MOF, lo cual en última instancia nos llevará a materiales mejorados capaces de realizar aplicaciones prácticas.
La investigación fue llevada a cabo en el Centro para la Investigación de Neutrones del NIST y fue financiada parcialmente por el Ministerio de Energía de los EE.UU. (DOE). Para obtener más información visitar: http://www.ncnr.nist.gov/staff/taner/h2.Fuente: Astroseti