Taller de tendencias Tecnologías del hidrógeno

El taller sobre tendencias "Tecnologías del hidrógeno" también se celebró en el marco de PSE 2024 en Erfurt el pasado mes de septiembre y proporcionó información sobre lo que los revestimientos y las tecnologías de superficies pueden aportar a la producción y optimización de los componentes de la tecnología del hidrógeno.

Los principales temas tratados fueron

• Influencia de los aspectos económicos y medioambientales,
• Impacto de las distintas tecnologías de revestimiento,
• Normativa en el campo de las aplicaciones del hidrógeno,
• Clasificación en distintos ámbitos de aplicación

Para construir una infraestructura de hidrógeno se necesitan componentes duraderos, y el elemento de neutralidad climática también debe obtenerse de forma eficiente. En Erfurt, LukasGröner, del Instituto Fraunhofer IWM, presentó en su ponencia "Desarrollo de revestimientos de barrera al hidrógeno y métodos de caracterización de los mismos" los revestimientos de barrera que pueden utilizarse para evitar que el hidrógeno se difunda en los materiales de la tecnología del hidrógeno, ya que esto puede tener efectos mecánicos (fragilización), eléctricos o químicos. En algunos casos, se aplican revestimientos de oro como protección, pero esto resulta caro. Como alternativa más favorable, el ponente presentó capas de nitruro u óxido aplicadas a membranas de acero ferrítico mediante sputtering reactivo por RF y sputtering magnetrónico por impulsos de alta potencia (HiPIMS). Utilizando el ejemplo de las capas de óxido de aluminio _AlOx, pudo demostrar que las gotitas causadas por los procesos de arco pueden evitarse en gran medida controlando la longitud del pulso y la corriente de pulso. Se utilizó microscopía electrónica de barrido (SEM) para determinar el tipo de defectos y su frecuencia, así como la influencia dependiente de la temperatura en el efecto barrera. La eficacia de los revestimientos se determinó por comparación con una membrana sin revestimiento. El trabajo demostró que el efecto barrera sólo se ve ligeramente mermado por las gotas. Otros trabajos deberán predecir con mayor precisión la influencia de los defectos en el efecto barrera.

"Mejora de las barreras permeables al hidrógeno en aceros C de baja aleación mediante recubrimientos DLC optimizados por PECVD" fue el tema de la presentación de Oihane Hernández-Rodríguez, Tekniker, Eibar, España. Durante el almacenamiento y el transporte de hidrógeno surgen problemas, por ejemplo, la difusión de hidrógeno en materiales de acero puede provocar su fragilización. Las capas de barrera (por ejemplo, carbono diamante) pueden evitarlo. El conferenciante proporcionó información sobre la deposición y caracterización de estos recubrimientos, así como pruebas de permeación electroquímica para demostrar el efecto barrera. Se utilizó un proceso de PECVD para depositar revestimientos de a-C:H con un contenido de hidrógeno del 30 al 40 por ciento. Con espesores de capa de 1 a 2 µm se consiguieron capas densas, incluso dentro de tuberías conductoras de gas hidrógeno. Se realizaron mediciones en una célula Devanathan-Stachurski para determinar la velocidad de permeación de las distintas capas de DLC. Esto puede utilizarse para analizar la permeabilidad del hidrógeno a través de láminas o membranas metálicas. El profesor pudo demostrar que el efecto barrera aumenta con el grosor de la capa, pero disminuye a medida que aumenta el contenido de hidrógeno de las capas. Está previsto seguir trabajando para determinar el óptimo.

" Adam Obrusník, de PlasmaSolve s.r.o., Brno (República Checa), ofreció una visión general de la conversión de gases asistida por plasma, mediante la cual el metano, que es aún más nocivo para el clima que_{el CO2}, puede convertirse en hidrógeno "verde", que tiene una amplia gama de aplicaciones. El plasma ofrece ventajas en comparación con la química térmica convencional, se podrían reducir los costes energéticos y aumentar la eficacia de la conversión. También sería más fácil el escalado a escala industrial. Con ayuda de la simulación, pueden optimizarse los procesos de CVD, PVD y también los de presión atmosférica. Aún no es posible afirmar si el rendimiento del proceso especificado por la termodinámica puede alcanzarse o superarse por el efecto catalizador.

El taller sobre hidrógeno contó con una nutrida asistencia (Foto: EFDS)

"Electrodos de _Cu2O/MoS2 producidos mediante pulverización catódica por magnetrón para la electrólisis del agua" fue el tema de Diogo Cavaleiro, de la Universidad de Coimbra (Portugal). Los electrodos producidos por pulverización catódica para la electrólisis del agua no requieren disolventes, pueden producirse rápidamente y depositarse en prácticamente cualquier sustrato. El MoS2 proporciona un alto rendimiento de hidrógeno en soluciones ácidas, lo que no ocurre en soluciones alcalinas. En cambio, _{el Cu2O}se adapta bien a las soluciones alcalinas. Por tanto, los electrodos bifásicos como capas finas de _Cu2O/MoS2pueden mejorar enormemente el rendimiento electrocatalítico. Se depositaron mediante pulverización catódica por magnetrón en una atmósfera de oxígeno/argón con un blanco de _MoS2 y otro de cobre sobre diferentes sustratos (cobre, silicona o electrodos de difusión de gas). Para optimizar la interfaz entre las dos fases y aumentar el rendimiento de hidrógeno, se crearon morfologías en zigzag variando el ángulo de incidencia. Los electrodos mostraron una elevada actividad electroquímica, que se incrementará aún más mediante el uso de nuevos procesos de nanofabricación.

"Reto aceptado - Recubrimiento de grandes volúmenes de placas metálicas para aplicaciones de hidrógeno mediante tecnología PVD" - Philipp Immich, IHI Hauzer Techno Coating B.V., Venlo, Países Bajos, presentó las actividades de su empresa. IHI Hauzer lleva muchos años desarrollando revestimientos PVD y ofrece tanto tecnología de sistemas como servicios de revestimiento en colaboración con Ionbond. Los componentes clave de los electrolizadores y las pilas de combustible, como las placas bipolares, las capas porosas de transporte (láminas PTL) o las membranas recubiertas de catalizador (CCM), requieren revestimientos de alta calidad con un buen efecto catalítico, una elevada conductividad eléctrica y una buena resistencia a la corrosión. Hauzer ha desarrollado recubrimientos basados en PVD para placas bipolares y láminas PTL y también proporciona la tecnología de sistemas necesaria para su deposición. Esto debería permitir tiempos de ciclo de un minuto y producciones anuales de ocho a diez millones de unidades. Ya se han desarrollado y están disponibles sistemas de recubrimiento sin metales preciosos para pilas de combustible. En este caso, la atención se centra en la resistencia a la corrosión y la baja resistencia eléctrica con un menor grosor total de la capa. Las placas bipolares de acero inoxidable también pueden recubrirse con titanio y, a continuación, con una capa a base de carbono (DLC). Los desarrollos actuales en el campo de las aplicaciones de electrólisis se centran en recubrimientos con metales preciosos reducidos o incluso sin metales preciosos (sustitución del oro/platino).

"Ensayos in situ de probetas huecas en atmósfera _{de H2} " - El Dr. Bernd Schrittesser, SCIOFLEX Hydrogen GmbH, 7210 Mattersburg, Austria, facilitó información sobre este tema. El hidrógeno puede contribuir a alcanzar los objetivos climáticos fijados por la UE. Para ello es necesario proporcionar y mejorar los procesos y materiales necesarios. En las condiciones de temperatura y presión durante el transporte de hidrógeno, por ejemplo, puede producirse fragilización por hidrógeno de los aceros. Es necesario realizar ensayos para seleccionar materiales compatibles con el hidrógeno. Hasta ahora se ha utilizado el ensayo SSRT (ensayo de tracción a velocidad de deformación lenta) para determinar la influencia del hidrógeno en la resistencia a la tracción. Sin embargo, es complejo y no siempre puede utilizarse. El conferenciante presentó un nuevo método de ensayo que funciona con una probeta metálica hueca especial que se ensaya en autoclave. Esto elimina la necesidad de métodos de ensayo convencionales. Las ventajas son unos resultados más rápidos y reproducibles, un bajo consumo de hidrógeno y unas mediciones seguras y rentables.

Philippe Roquiny, de AGC Plasma Technology Solutions - Gosselies, Bélgica y Lauenförde, Alemania -, presentó en su conferencia _"CH4 direct conversion in double vortex gliding arc reactor evaluation for green chemistry upscaling" una instalación de pruebas desarrollada en AGC para la conversión de_CO2 o _CH4 mediante plasmálisis. La planta experimental puede procesar 50 litros de gas por minuto y los productos finales resultantes se analizan mediante sensores o cromatografía de gases. A diferencia de la conversión de_CO2, el proceso de conversión de CH4 sigue siendo inestable. La razón radica en la diferente capacidad calorífica del_CO2 y el _CH4, que podría explicarse utilizando un gemelo digital. Están previstas nuevas investigaciones.