MATERIALES BASE MAGNESIO PARA ALMACENAMIENTO Y PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO

AL BASHA, SERGE; ÁVALOS, NICOLÁS; BOBET, JEAN LOUIS; CASTRO, FACUNDO; CORTEZ, JUAN; OJEDA, XAVIER; PIGHIN, SANTIAGO; RODRÍGUEZ, MARÍA; URRETAVIZCAYA, GUILLERMINA

Mendoza

Congreso; I Congreso Interuniversitario I + D + i Mendoza; 2021

Universidades de la provincia de Mendoza

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en nuestro Proyecto, que se desarrolla en el Centro Atómico Bariloche – Instituto Balseiro, sobre materiales para aplicaciones energéticas. Se aborda el estudio de materiales relacionados con la tecnología del hidrógeno desde dos puntos de vista: 1) el almacenamiento y 2) la producción. 1) Almacenamiento de hidrógenoEn la actualidad, hay un claro consenso mundial sobre la necesidad de disminuir las emisiones de CO2 producidas por la quema de combustibles fósiles. Por este motivo se busca diversificar la actual matriz energética integrando nuevos medios de producción de energía, en particular los que dependen de fuentes renovables y no contaminantes. Existen dos razones principales por las cuales la producción por fuentes renovables no se aplica de manera extensiva. La primera es la baja competitividad frente a los combustibles fósiles que comparativamente poseen bajo costo. La segunda razón es una problemática intrínseca de los medios de producción renovables: la generación está atada a los ciclos naturales (presencia de sol, viento, marea, etc.) que no coinciden con los ciclos de demanda de la población. Este último inconveniente es el que se podría solucionar con las tecnologías asociadas al hidrógeno, utilizando el excedente de energía proveniente de una fuente renovable para producir hidrógeno, luego almacenarlo y posteriormente distribuirlo de acuerdo a los ciclos de consumo. Para llevar a cabo esto es necesario superar limitaciones técnicas asociadas a su almacenamiento, transporte y uso. Desde el punto de vista del almacenamiento, es necesario desarrollar métodos que resulten económicos, competitivos y seguros, y una de las posibilidades es hacerlo formando hidruros en sistemas basados en Mg. En este Proyecto estudiamos la síntesis y caracterización de materiales formadores de hidruros, y el efecto del agregado de aditivos con acción catalítica en su comportamiento como almacenadores de hidrógeno.En particular, los resultados que se presentan corresponden al estudio del efecto en la cinética de formación y descomposición del MgH2 del agregado de diferentes cantidades de etóxido de Nb(V) a un material pre-procesado por molienda mecánica. Pudimos establecer las reacciones que ocurren durante el calentamiento inicial del material y comprobar que la cinética de hidruración y deshidruración se ve fuertemente mejorada por la presencia del aditivo. Las energías de activación asociadas a esos procesos se reducen significativamente. Pudimos comprobar que aún con cantidades tan bajas como 0.25 % mol se obtiene una cinética muy buena. Por ejemplo, es posible absorber y desorber 5.3 %p/p de H2 a 300°C en un ciclo combinado de 5 minutos de absorción y 5 minutos de desorción. Hemos atribuido el excelente rendimiento de este aditivo en tan bajas cantidades a la muy buena dispersión del mismo que se obtiene, gracias a su estado líquido.2) Producción de hidrógenoLa producción de hidrógeno in situ para ser empleado “a demanda” en aplicaciones específicas también contribuye a la disminución de las emisiones de CO2 producidas por la quema de combustibles fósiles. En particular, el hidrógeno producido a partir de la reacción con agua de polvos hidrolizables puede alimentar una celda de combustible que a su vez, accione un motor para impulsar un vehículo liviano destinado a realizar trayectos cortos o suministre energía para alimentar un equipo electrónico.En particular, nos enfocamos en la utilización de Mg e hidruro de Mg, y de materiales de descarte provenientes de la industria automotriz. Estudiamos su adecuación con miras a optmizar su rendimiento en la reacción de generación de hidrógeno por hidrólisis. Presentamos los estudios sobre la hidrólisis de MgH2 y de Mg en una solución de MgCl2. El MgH2 fue procesado por molienda mecánica y el Mg fue obtenido como producto de la deshidruración del MgH2 molido. Ese proceso confiere al Mg un tamaño y morfología tales que hacen que la reacción de hidrólisis sea muy eficiente, alcanzando un rendimiento del 90 % en menos de 3 minutos, entre los mejores para Mg sin aditivos. Este procesamiento fue novedoso, ya que al ser dúctil, el Mg es difícil de procesar mecánicamente y si no se incorporan aditivos el material tiene una reacción de hidrólisis muy lenta. Además, estudiamos la reacción de hidrólisis de virutas de descarte de aleación AZ31 utilizada para la elaboración de ánodos de sacrificio. Las virutas fueron procesadas por molienda mecánica utilizando diferentes aditivos (grafito y AlCl3), molinos (Fritsch-Pulverisette P6 y Uni-Ball Mill II), atmósferas (H2, Ar) y estrategias de incorporación de aditivos (secuencia de adición, tiempo de molienda). Luego se estudió la reacción de hidrólisis en solución de MgCl2. Las conclusiones principales son: i) que el agregado de aditivos mejora sustancialmente la cinética de las reacciones, ii) que los materiales molidos bajo Ar tienen un mejor rendimiento que los molidos bajo H2, iii) que el mejor material corresponde al obtenido agregando 5% p/p de C y 5% p/p de AlCl3, en forma secuencial (rendimiento del 98% en 5 minutos), iv) que los procesos de preparación del material pueden escalearse de un molino de pequeña escala (P6) a uno de escala intermedia (Uni-Ball) aplicando un factor 10 en los tiempos de molienda.