Paul Smith, antiguo ingeniero de fabricación de chips informáticos, fundó Plasma Kinetics en 2008. Esta empresa, con sede en Arizona, ha desarrollado un sistema de almacenamiento de hidrógeno en «estado sólido», que consiste en transferir el gas a una película patentada enrollada en varias capas dentro de un contenedor. Afirma que esta tecnología podría desafiar a las baterías tanto en eficiencia como en respeto al medio ambiente.
Cuando se desenrolla y pasa por un láser -la película se mueve de una bobina a otra, como una película de cine a través de un proyector-, el medio de almacenamiento de estado sólido libera un 99,99% de hidrógeno puro, que podría alimentar redes eléctricas, pilas de combustible de hidrógeno, coches o camiones diésel con inyección de hidrógeno.
El sistema de hidrógeno es un 17% más barato que las baterías de ion-litio
Plasma Kinetics afirma que su sistema de almacenamiento es un 30% más ligero, un 7% más pequeño y un 17% más barato que una batería de iones de litio por kilovatio-hora. Estas afirmaciones han atraído, al parecer, capital de empresas como Toyota, aunque Smith no quiso confirmar ninguna inversión.
Debido a estos éxitos, Plasma Kinetics tuvo que aparcar sus planes (y patentes) durante casi una década porque el Departamento de Defensa quería tomar la delantera en la aplicación de la metodología de Smith a la tecnología de misiles y otras aplicaciones militares. Ahora, la tecnología de almacenamiento de hidrógeno de la startup puede tener la oportunidad de desafiar el negocio de las baterías y los billones de dólares invertidos en él en todo el mundo.
El hidrógeno (H2) suele producirse mediante la reformación del vapor del gas natural y la electrólisis del agua. El hidrógeno «verde» se produce cuando la energía eólica y solar proporciona electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno por electrólisis. El hidrógeno producido por estos procesos debe comprimirse o licuarse para conseguir un tamaño lo suficientemente pequeño para su almacenamiento práctico.
El gas de hidrógeno se suele comprimir a más de 2.000 psi y, en el caso de los coches de pila de combustible como el Toyota Mirai, hasta 10.000 psi. Para alcanzar estas altas presiones se necesitan múltiples etapas de compresión y refrigeración. Plasma Kinetics afirma que su proceso proporciona la misma densidad de almacenamiento que el de hidrógeno comprimido a 5.000 psi, pero sin compresión, lo que elimina las bombas, los compresores y los refrigeradores.
La empresa utiliza un material «nanofotónico» sensible a la luz, parecido a una película, para absorber el hidrógeno, enrollado en miles de capas dentro de un gran depósito. Cada capa, extremadamente fina, tiene una estructura reticular que une el hidrógeno y evita que otros elementos interfieran en su absorción. El proceso de la empresa comienza conectando un «depósito intermedio» de producción de hidrógeno (al que va inicialmente el gas electrolizado o reformado con vapor) a una campana con tuberías de entrada y salida situada encima de un contenedor de 6 metros, que contiene 70 envases de su película nanofotónica.
Al recibir la orden, el H2 se libera desde el depósito intermedio a través de la campana hacia el contenedor principal que contiene los 70 envases. Cuando un envase reconoce la presencia de hidrógeno gaseoso, se abre una válvula en su interior, permitiendo que el gas fluya dentro. La película nanofotónica cargada negativamente tiene una fuerte afinidad por el H2 cargado positivamente, absorbiéndolo en minutos a simple presión atmosférica.
En 2023 se espera el primer prototipo
Independientemente de la fuente, el resultado es H2 almacenado en estado sólido, según Smith. La empresa prevé obtener 28 kg de H2 por metro cúbico en 2023 sin necesidad de presión o energía para almacenar el hidrógeno. Esto podría ser útil de cara a las baterías, una tecnología relativamente sucia: Plasma Kinetics afirma que su película de almacenamiento y sus carcasas no requieren elementos de tierras raras.
A finales de 2023, tendrá un prototipo de instalación de demostración terminado. Entre los que están ansiosos por verlo se encuentra Steve Christensen, científico investigador del National Renewable Energy Laboratory de Golden (Colorado), que ha estudiado a fondo el almacenamiento de hidrógeno y advierte que existen obstáculos para su adopción.
Según Christensen, las empresas de servicios públicos y sus inversores no conocen el almacenamiento de H2 y se sienten cómodos con los actuales sistemas de almacenamiento de energía en baterías a escala de servicios públicos. Y como no están seguros del potencial de ahorro de costes que ofrece el H2 al evitar la necesidad de comprimir, enfriar y/o licuar el hidrógeno, las empresas de servicios públicos son reacias a trasladar a los clientes el coste de la inversión en el nuevo almacenamiento de energía.
«¿Es realmente un factor tan importante en el coste de la tecnología como podríamos esperar? Es difícil adivinar ahora si será más barato» que los sistemas existentes, afirma Christensen.
Smith afirma que su sistema, similar a un proyector de cine, es competitivo y mejorará a medida que mejore la tecnología de las pilas de combustible. Calcula que el precio del hidrógeno cuando se utilice el sistema de Plasma Kinetics será inferior a 3 dólares por galón-equivalente, mientras que el hidrógeno se vende actualmente en California por 16,51 dólares por galón-equivalente a partir de marzo de 2022.
Plasma Kinetics aún se enfrenta al escepticismo, y probablemente a la oposición, de los intereses arraigados de las baterías. Smith reconoce que el camino es largo y que aún queda mucho por demostrar. Pero, por la fuerza y las circunstancias, está desmontando poco a poco el montón de retos que supone el almacenamiento de energía de hidrógeno.
«Lo he llevado al siguiente paso de la misma manera que lo hacemos en la fabricación de microchips», dice Smith. «Se diseña [el almacenamiento de H2] en capas, y cada capa afecta a lo que tiene que afectar».
