X

Tecnología del hidrógeno

Energía verde – círculo del hidrógeno – economía del hidrógeno

Una de las principales claves de la energía y la movilidad ecológicas es el uso del hidrógeno como combustible, para energy storage y herramienta para los procesos de transferencia de energía. Por lo tanto, se estableció el llamado círculo del hidrógeno que muestra el uso del hidrógeno desde la generación, pasando por el almacenamiento y la exportación, hasta el uso como combustible de vuelta a la generación.

Como hay muchos caminos para cada paso de este ciclo, se establecieron algunos conceptos de investigación para cerrar las brechas y acceder a las técnicas que son necesarias y aún no están completamente desarrolladas. La página web Fraunhofer research society desarrolló y publicó una hoja de ruta del hidrógeno para Alemania, donde se muestran todas las áreas y temas de investigación.

El siguiente esquema muestra los sectores clave:

Hoja de ruta del hidrógeno en Alemania

Hoja de ruta del hidrógeno en Alemania (fuente: Instituto Fraunhofer)

Círculo de hidrógeno

el círculo del hidrógeno

La hoja de ruta muestra el posible uso del hidrógeno en un futuro próximo. La cuestión clave es siempre el almacenamiento y la producción, ya que todos los sectores se ven afectados por la cuestión de cómo almacenar el hidrógeno de forma segura y eficiente. Otra cuestión a la que hay que responder es si la producción de hidrógeno centralizada o descentralizada es más prometedora y si se utilizará como combustible directamente o en forma de amoníaco o sustancias similares.

1. Ciclo del hidrógeno – Fuentes de energía renovables

El ciclo del hidrógeno comienza con la generación de hidrógeno mediante plantas de energía verde. Las fuentes más importantes para la captación de energía renovable son las centrales hidroeléctricas, los molinos de viento, los parques fotovoltaicos, las plantas geotérmicas y las plantas de biomasa con el objetivo de generar energía en cantidad suficiente sin emisiones de CO2 y sin generar residuos nucleares.

El análisis térmico y la ciencia de los materiales están presentes en todos ellos:

  • de la investigación sobre materiales compuestos, cómo se utilizan en las palas de los molinos de viento
  • a la optimización de materiales semiconductores en células fotovoltaicas
  • a la optimización de la producción directa de hidrógeno a partir de aplicaciones de biomasa.

wind mill

Ejemplo de aplicación: Comportamiento de la expansión térmica de los materiales de construcción ligeros

info iconUn buen ejemplo en el que el análisis térmico entra en juego en las energías renovables es el comportamiento de la expansión térmica de los materiales de construcción ligeros como los materiales compuestos para las palas de los molinos de viento:

Los materiales compuestos se utilizan en construcciones ligeras o como materiales de construcción especiales para muchos fines.
Por ejemplo, el las palas de los molinos de viento están hechas de aleaciones ligeras de aluminio o polímeros ligeros.

La medición muestra la ligera diferencia en dos compuestos de polímero que se utilizan para construcciones rígidas pero ligeras como las palas de los molinos de viento. El delta L absoluto que se midió con un dilatómetro de varilla de empuje Linseis por calentamiento constante con una tasa lineal de 5 K/min (curva inferior). No muestra una diferencia significativa entre las dos muestras analizadas. Asimismo, la expansión relativa (curvas rojas) es muy similar.

Sin embargo, hay un ligero diferencia que se hace visible cuando se observa el CTE. Antes del punto de transformación, en torno a los 200°C, hay un pequeño efecto que sólo se aprecia en una de las dos muestras, lo que indica otra pequeña transformación o cambio de fase que el otro material no muestra.

Ejemplo de aplicación: DEA – análisis dieléctrico / control de curado

Para una producción rentable y de alta calidad de materiales compuestos, es de suma importancia conocer tanto el tiempo exacto como el perfil de temperatura requerido, para asegurar el acabado de la pieza específica.

info iconSi estos parámetros se eligen mal, o bien no se puede conseguir la calidad de o se ha desperdiciado dinero. Este proceso de curado puede ser controlado por tiempos de espera demasiado largos utilizando DEA – Análisis Dieléctrico.

Application DEA – dielectric analysis cure monitoring

El curado de la mayoría de los polímeros puede observarse mediante sensores DEA que se introducen en el material no curado.

En el ejemplo, la resina se calienta a 180 °C isotérmicos y se aplica un sensor DEA. La curva roja muestra la temperatura isotérmica de la muestra y el sensor. Se controla la viscosidad iónica y la pendiente de la viscosidad iónica.

Los tres puntos significativos CP2, CP3 y CP4 marcan el inicio (viscosidad mínima), la velocidad de reacción máxima (pendiente máxima) y el final del curado. Esta información es crucial para el correcto curado de los polímeros, ya que los materiales no curados pueden provocar graves problemas de calidad.

Ejemplo de aplicación: calidad y comportamiento de las materias primas por ejemplo, la biomasa

Otro punto importante para la producción de hidrógeno es la calidad y comportamiento de las materias primas, por ejemplo, la biomasa utilizada para la generación de energía e hidrógeno.

info iconLa cuestión es saber cuánto hidrógeno pueden obtener las distintas materias primas durante la gasificación, cuánta energía se necesita y cuál es el resultado total. Esto puede controlarse mediante termogravimetría presurizada y termogravimetría y calorimetría combinadas (STA), como se muestra en el siguiente ejemplo de aplicación.

Biomass gasification
Application Biomass gasification

Una aplicación típica para las mediciones de TGA a alta presión es la investigación de la llamada gasificación del carbón o hidro-gasificación. Este proceso, en el que el carbono se calienta en una atmósfera de vapor de agua, se utiliza en procesos catalíticos, por ejemplo, para eliminar el monóxido de carbono de los gases de escape y, especialmente, para obtener compuestos orgánicos valiosos a partir de recursos como el carbón vegetal o la biomasa.

El ejemplo dado muestra una gasificación típica experimento de biomasa seca. La muestra de biomasa se calentó hasta una meseta isotérmica bajo atmósfera de nitrógeno a 50 bares de presión (TGA de alta presión – Balanza térmica).

La señal de masa muestra la pérdida de componentes volátiles entre 20 y 40 min. Después de añadir vapor de agua, la biomasa se gasificó y se consumió casi por completo después de 150 min, dando lugar a H2, CO, CH3OH y otros gases reactivos útiles, como muestra la curva roja de pérdida de masa.

El proceso completo puede describirse así: El carbono reacciona con el vapor de agua dando lugar a una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno. El monóxido de carbono obtenido puede reaccionar con una segunda molécula de agua para dar lugar a dióxido de carbono e hidrógeno adicional y, finalmente, el hidrógeno resultante puede formar metano y otros hidrocarburos a partir del monóxido de carbono.

Ejemplo de aplicación: Investigación del comportamiento de la combustión y del contenido de cenizas de los materiales compuestos

info iconPor último, pero no por ello menos importante, una vez finalizado el ciclo de vida del producto, los materiales compuestos deben ser reciclados o utilizados energéticamente. Para ello, puede ser interesante investigar el comportamiento de la combustión y el contenido de cenizas.

Ash content of rubber

Los materiales que contienen carbono, los orgánicos y los polímeros suelen arder cuando se calientan. Por ello, la investigación de la descomposición térmica de estos materiales es un poco especial. En la mayoría de los casos se lleva a cabo en atmósferas inertes en lugar de aire para poder ver los efectos de la descomposición y la pirólisis, seguidos de un cambio de gas a oxígeno o aire, lo que lleva a la combustión del carbono contenido.

Si este procedimiento se lleva a cabo en un analizador térmico combinado (STA), se puede medir el contenido de carbono, el contenido inorgánico y el calor liberado.

Esta medición de una muestra de caucho industrial se realizó con un analizador térmico simultáneo STA PT 1600, a partir de la atmósfera de nitrógeno.

La muestra se calentó en tres pasos, cada uno de ellos de 30 K/min. La curva azul muestra la pérdida de peso relativa. En una primera etapa de pérdida de peso, se produce la deshidratación de la muestra. La cantidad de agua fue del 9,3%. La señal DTA correspondiente (curva púrpura) no mostró ningún efecto durante la evaporación del agua.

En el segundo paso de la reacción, los componentes volátiles se liberan por pirólisis bajo atmósfera de N2. La cantidad de estos componentes es del 36,0%. Su liberación puede ser identificada por un pico de reacción exotérmica en la curva DTA.

En el tercer paso de la reacción, la atmósfera se convierte en O2, lo que lleva a la quema del carbono restante. La pérdida de peso es del 14,3%. El 40,4% restante son componentes inorgánicos como cenizas, escoriaciones o cargas.

2. Transformación de la energía eléctrica en química (electrólisis, combustibles sintéticos)

Como es bastante difícil almacenar la energía eléctrica, las grandes centrales eléctricas actuales, como las de carbón y las nucleares, producen una cantidad continua de energía para cubrir la carga base y otras más variables, como las de gas, se utilizan para compensar las fluctuaciones.

Como la producción de electricidad a partir de energías renovables está sujeta a fluctuaciones (por ejemplo, durante la noche, la sequía o cuando el viento se calma), la energía producida necesita ser almacenada, para hacer frente a la necesidad de una demanda continua y fluctuante de energía con la generación discontinua de las fuentes de energía renovables.

Además, algunas aplicaciones como mobility (coches de gran autonomía, camiones, aviones), requieren grandes cantidades de energía, el almacenamiento de la energía eléctrica en acumuladores no es práctico, ya que los acumuladores del tamaño necesario son caros y no están preparados para funcionar. Para estas aplicaciones es más conveniente transformar la energía eléctrica en energía química en forma de combustibles sintéticos o hidrógeno. Como el combustible sintético también se produce con hidrógeno, el paso principal es producir hidrógeno a partir del agua por electrólisis.

Electrólisis del agua es la separación química del agua en oxígeno e hidrógeno gaseoso mediante la aplicación de una tensión externa. Como este proceso de generación de hidrógeno requiere mucha energía, también se utilizan métodos que generan hidrógeno mediante catalizadores o cadenas de reacción, como la gasificación del carbón.

Sin embargo, el objetivo es acceder a una electrólisis directa con un alto rendimiento y eficiencia. Para mejorar la eficiencia de la electrólisis, es necesario optimizar los materiales del cátodo y del ánodo, así como los catalizadores y los materiales de superficie.

Electrolysis scheme

Ejemplo de aplicación: Catalizadores – Expansión térmica de los hilos de platino

info iconEl análisis térmico puede ayudar aquí caracterizando los materiales utilizados en lo que respecta a estabilidad química, conductividad térmica y capacidad de sorción sino también por determinación de la expansión térmica para mejorar los tiempos y la calidad de vida.

Application thermal expansion of platinum wires

 

El platino se utiliza como catalizador, como material puro o en muchas aleaciones. Como el uso como aleación es el más común debido a varias ventajas que tiene una aleación, el comportamiento físico y químico cambia ligeramente. El ejemplo muestra la diferencia de expansión térmica entre el platino y el platino con un 3% de rodio.

En el ejemplo, se midió el platino y una aleación de platino utilizando un dilatómetro de varilla de empuje Linseis con una velocidad de calentamiento lineal de 5 K/min. Las dos curvas inferiores muestran la expansión térmica absoluta, las curvas superiores muestran la expansión relativa de una muestra de platino en comparación con una aleación de platino y rodio.

Aunque sólo haya una pequeña diferencia en la composición química, el comportamiento de expansión muestra una desviación de unos μm en el rango de hasta 1000°C. Si se utiliza en una estructura compleja como un reactor, hay que tener en cuenta los valores exactos de expansión para evitar daños en la unidad de electrólisis debido a los diferentes coeficientes de expansión.

Ejemplo de aplicación: Gestión térmica – Conductividad térmica del grafito

Además de la expansión térmica que puede causar problemas en una estructura compleja, también son muy importantes las propiedades termofísicas como la conductividad térmica y la resistividad.

La clave es la gestión adecuada del calor. Si no hay grandes diferencias de temperatura dentro del reactor, tampoco hay problemas de expansión térmica. Por eso, es bueno conocer también las propiedades de transporte térmico de todos los materiales utilizados.

info iconEn resumen: La optimización de las propiedades termofísicas ayuda a ahorrar costes y mejorar la calidad. Los catalizadores nanoestructurados, por ejemplo, tienen una mayor superficie activa y requieren menos materia prima.

Application thermal conductivity of graphite

El grafito es una especie de carbono que se presenta como un sólido gris oscuro. Tiene una gran resistencia química y se utiliza de muchas maneras, por ejemplo, como material catódico, material de construcción, componente de sensores y muchos más. Si se calienta, reacciona con el oxígeno dando lugar a monóxido de carbono o dióxido de carbono, pero puede alcanzar temperaturas muy elevadas si se calienta en un entorno inerte y libre de oxígeno, por lo que se utiliza en hornos de alta temperatura como material para hornos o incluso como calentador.

En este ejemplo, se ha analizado una muestra de grafito en vacío utilizando un LFA 1000 (Laserflash Analyzer). La difusividad térmica se ha medido directamente en varios pasos de temperatura entre RT y 1100°C. La capacidad calorífica específica se ha determinado utilizando un estándar de grafito conocido en una segunda posición de la muestra como referencia en la misma medición.

El producto de la difusividad, el calor específico y la densidad da la conductividad térmica correspondiente. El resultado muestra una conductividad térmica lineal decreciente que es típica y una difusividad térmica que muestra una meseta por encima de los 500°C. El Cp aumenta ligeramente con la temperatura.

Ejemplo de aplicación: Combustible sintético – Presión reacciones dependientes de STA High Pressure

info iconPara algunas aplicaciones, como los aviones, puede ser ventajoso unir la energía eléctrica en una forma más estable que el hidrógeno, que son los combustibles sintéticos.

Los combustibles sintéticos tienen la gran ventaja de que las infraestructuras y los diseños existentes pueden utilizarse tal cual. La idea es utilizar el hidrógeno verde y formar hidrocarburos sintéticos con él. Durante el proceso de formación, el CO2 de la atmósfera se une, pero durante el uso (quema) del combustible sintético, el CO2 se libera de nuevo.

El proceso de formación de combustibles sintéticos (proceso Fischer-Tropsch) puede optimizarse utilizando sistemas TG y TG/DSC de alta presión como el LINSEIS High Pressure -STA.

Application Pressure dependent reactions by HP STA

La serie STA HP de Linseis permite realizar mediciones bajo presión elevada controlada. Para algunas reacciones como las descomposiciones, la adsorción y la desorción, el comportamiento de las muestras y los materiales depende en gran medida de las condiciones atmosféricas, ya que muchas reacciones dependen de la presión.

Estas curvas muestran el medición comparativa de la descomposición del hidrato de oxalato de calcio bajo presión (20 bar, curva roja) frente a la condición atmosférica (curva azul). Se observa una importante dependencia de la presión en las etapas de descomposición 1 (pérdida de agua) y 3 (pérdida de dióxido de carbono).

Las etapas de descomposición 1 y 3 se desplazan a temperaturas más altas a una presión elevada. El segundo paso es la transformación irreversible de oxalato orgánico a carbonato inorgánico, liberando monóxido de carbono. Como esto no es reversible, no depende de la presión.

3. Almacenamiento de hidrógeno

Como el hidrógeno es un gas muy volátil, su almacenamiento y transporte son bastante complicados. Puede almacenarse por compresión del gas H2 en cilindros, pero debido a la alta presión necesaria (existen cilindros con una presión máxima de hasta 700 bares) y a los problemas tecnológicos y de seguridad relacionados (el hidrógeno se difunde a través de cualquier material con el tiempo) se prefieren otras tecnologías.

Por ejemplo, el hidrógeno puede almacenarse por sorción en diferentes tipos de materiales en los que está más o menos fijado químicamente (marcos orgánicos metálicos (MOF), zeolitas, líquidos iónicos, etc.). Sin embargo, el almacenamiento como hidruro metálico es el más prometedor.

En este caso, el hidrógeno se une químicamente a una superficie metálica formando el hidruro estable. Este proceso puede optimizarse ampliando la superficie gracias al uso de materiales porosos como las zeolitas y los marcos sintéticos con nanoporos. En muchos materiales, el hidrógeno puede liberarse entonces mediante cambios de temperatura o de presión controlados y fáciles de aplicar. El riesgo de difusión incontrolada ya no se da.

Hydrogen storage

Ejemplo de aplicación: Sorción STA de alta presión

info iconThermal analysis, especially análisis gravimétrico puede ayudar a identificar las condiciones exactas de sorción y las tasas de liberación y almacenamiento para optimizar los ciclos de carga y liberación.

Application HP STA sorption

La medición de la sorción realizada con métodos volumétricos normalmente no da información sobre el flujo de calor y la entalpía. Si el calor de sorción es de interés, se necesita un segundo experimento.

The Analizador gravimétrico de sorción (High Pressure TG-DSC), que mide tanto el cambio de peso (Termogravimetría TGA) como la señal de Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), proporciona una alternativa mucho más rápida.

En un experimento se puede medir la capacidad de sorción y el calor de sorción. La figura muestra la medición DSC -parte de la adsorción de hidrógeno en un catalizador de Pt/Al a una presión de 15 bares y una temperatura de 80°C. El calor evolucionado es de 30,5 J/g. El calor de sorción se determinó directamente durante el experimento de sorción y muestra un pico claro. En la curva anterior, se controló el tiempo transcurrido desde la introducción del hidrógeno hasta la reacción de sorción para mostrar la rapidez con la que la muestra interactúa con la atmósfera.

4. Dispositivos y procesos que utilizan el hidrógeno como combustible

Una vez creado y almacenado el hidrógeno y disponible para el uso (móvil), su alta densidad energética permite las diversas aplicaciones.

Las más comunes son el uso como agente reductor, combustible, gas portador y para la síntesis de moléculas como los carbohidratos, el amoníaco o muchas más. Una aplicación muy utilizada es la sinterización de metales.

Las piezas metálicas o que contienen óxido de metal se fabrican a menudo comprimiendo los polvos hasta formar los llamados cuerpos verdes. Estos cuerpos verdes se consolidan posteriormente calentándolos a una temperatura inferior al punto de fusión, proceso denominado sinterización. Durante la sinterización se observa una reducción de las dimensiones. En consecuencia, el proceso de sinterización puede estudiarse midiendo la dimensión. Esto se suele hacer en un dilatómetro (ver ejemplo de aplicación).

Para evitar la oxidación y también para reducir el contenido de óxidos del producto final, la sinterización puede realizarse en una atmósfera que contenga hidrógeno o incluso en una atmósfera de hidrógeno puro.

Gracias a sus conocimientos en tecnología de seguridad del hidrógeno, LINSEIS puede proporcionar dilatómetros para su uso en atmósfera de hidrógeno puro. El dilatómetro puede utilizarse para mediciones de sinterización o expansión de hidrógeno en atmósferas reductoras. La desgasificación está acoplada a una unidad de seguridad y el sistema está conectado a un detector de hidrógeno que puede apagar el sistema y lavarlo con gas inerte en caso de una liberación incontrolada de hidrógeno.

Ejemplo de aplicación: Sinterización H2 de polvos metálicos

info iconEl ejemplo muestra la sinterización por hidrógeno de cuerpos verdes de polvo metálico que se utilizan como catalizadores.

Application H2 sintering of metal powders

La medición muestra la curva de sinterización del polvo metálico sinterizado prensado que se calentó según el perfil de sinterización (curva inferior) en atmósfera de hidrógeno absoluto.

El hidrógeno reduce el oxígeno contenido en la muestra durante el proceso de sinterización y provoca una mayor densidad y un menor porcentaje de óxido metálico. Por lo tanto, la atmósfera de gas, así como el perfil de sinterización, tienen una influencia significativa en los resultados.

La curva azul muestra la expansión y la contracción relativas, la curva roja muestra los valores absolutos. El principal paso de sinterización se observa en la segunda fase de calentamiento entre 500°C y 1400°C.

5. Tecnología de pilas de combustible

Sin embargo, lo más interesante y las aplicaciones más mencionadas del hidrógeno son las pilas de combustible, que pueden utilizarse en muchas situaciones diferentes, desde el suministro de electricidad y calor a los edificios hasta la propulsión de automóviles con mayor autonomía. Son la pieza clave para transformar la energía almacenada en hidrógeno en electricidad.

En una pila de combustible, el hidrógeno reacciona con el aire para formar agua. Esta reacción no se aprovecha directamente mediante la combustión, produciendo calor, sino que en una pila de combustible se genera energía eléctrica: El esquema muestra una vista esquemática de una pila de combustible de hidrógeno.

El objetivo es generar energía eléctrica “a la carta” mediante la reacción del hidrógeno y el oxígeno. A diferencia de la reacción clásica y directa, en la que el agua se forma bajo una enorme liberación de energía en forma de calor (imagina una mezcla de gas hidrógeno-oxígeno que se enciende), una pila de combustible tiene dos cámaras, que contienen los dos compuestos.

En medio de estas cámaras hay una membrana que permite la difusión del hidrógeno pero no de ninguna otra molécula. En la superficie de la membrana, en el lugar de la cámara de oxígeno, tiene lugar la reacción del hidrógeno y el oxígeno, lo que da lugar a agua que sale de la célula. Esto conduce a una disminución de la concentración de hidrógeno en la membrana y hace que más moléculas de hidrógeno se muevan hacia la membrana. Mediante la difusión del hidrógeno hacia la cámara que contiene oxígeno, se genera cierta tensión eléctrica en la membrana. Esta es la energía que ahora se libera en lugar de calor y puede utilizarse para hacer funcionar un motor.

Fuel cell technology

Como la concentración de hidrógeno en la cámara de hidrógeno puede ser controlada, la velocidad de difusión en la membrana puede ser fácilmente controlada como en un motor de gasolina. Por tanto, el hidrógeno puede considerarse un “combustible”. La membrana está cubierta por un material de electrodos compuesto por metales nobles. Estos metales sirven de catalizador y actúan sobre las condiciones de trabajo de las pilas de combustible (temperatura, tensión, etc.).

Dado que las pilas de combustible impulsadas por hidrógeno pueden funcionar a temperaturas elevadas, de hasta 1.000 °C, y que las soldaduras utilizadas para su ensamblaje deben ser estables desde el punto de vista térmico, químico y mecánico, también aquí entra en juego el análisis térmico. Las condiciones de funcionamiento de las pilas de combustible dependen de los materiales utilizados que pueden actuar como catalizadores.

Así, todas las técnicas utilizadas para la caracterización de los catalizadores encuentran una aplicación en la tecnología de las pilas de hidrógeno/combustible. En consecuencia, se necesitan muchos conocimientos en la ciencia de los materiales y muchas técnicas de análisis ayudarán a investigar los materiales. En este caso, nos centraremos en las técnicas de análisis térmico.

Algunas aplicaciones de almacenamiento de hidrógeno funcionan a alta presión, a veces superando los 100 bares, por lo que son útiles los analizadores presurizados. Además, todas las técnicas de análisis requieren precauciones debido a la alta reactividad del hidrógeno con el oxígeno/aire. En consecuencia, todos los dispositivos tienen que estar equipados con características de seguridad que eviten el riesgo de explosiones.

PEMFC* AFC** DMFC* PAFC* MCFC*** DOFC***
Temperatura de funcionamiento 40 – 90°C 40 – 200°C 60 – 130°C 200°C 650°C 40 – 90°C
Combustible H2 (/CO2) H2 Metanol H2 (/CO2) CH4, H2, CO CH4, H2, CO
Electrolito Polímero KOH Polímero Fosfórico acid Carbonato fundido Óxido sólido

*Metales nobles **Metales nobles/Metales no nobles ***Metales no nobles

Ejemplo de aplicación: Liberación de hidrógeno de la superficie de almacenamiento

El siguiente ejemplo de aplicación muestra cómo se utilizan los equipos de análisis térmico y ciencia de los materiales en el campo de las pilas de combustible:

info iconEl almacenamiento de hidrógeno puede llevarse a cabo como adsorción superficial, adsorción en los poros o absorción química. Para la mayoría de los metales, la adsorción superficial es la forma más prometedora porque es fácil de conseguir y la liberación de hidrógeno puede controlarse muy bien. Por ello, se investigan muchos metales con alta superficie específica.

Application Hydrogen release from surface storage

El hidruro de titanio es un recurso de hidrógeno de uso común para la liberación controlada de hidrógeno en diversas reacciones. Por un lado, puede utilizarse como catalizador en la química líquida in situ como fuente de hidrógeno, y por otro lado, puede utilizarse, por ejemplo, en baterías o pilas de combustible para la liberación controlada de hidrógeno.

Para tener una idea de la cantidad de hidrógeno que se libera a qué temperatura, es importante conocer la temperatura dependientecomportamiento de descomposición y cantidad de calor liberado, que puede controlarse mediante el análisis térmico simultáneo (STA).

En esta medición de STA, se monitorizó la liberación de hidrógeno por parte del hidruro de titanio. Se midió la señal de TG y DSC desde la temperatura ambiente hasta los 800°C. mientras la muestra se calentaba linealmente en atmósfera de Argón con 10 K/min. Entre 300°C y 600°C, se produce una pérdida de masa en dos etapas del 2,3% en total, lo que significa que la cantidad completa de hidrógeno ligado se libera en ese proceso. La curva DSC muestra los correspondientes picos de desorción (curva roja).

Equipo de seguridad para las mediciones de hidrógeno

El hidrógeno tiene una gran afinidad por los oxidantes y las superficies metálicas, así como por el oxígeno. La formación de agua a partir de los elementos (2 – H2 + O 2 = 2 – H2O; ΔH = 286 kJ/mol) es una reacción exotérmica que es la razón por la que el hidrógeno se considera un potente medio de almacenamiento de energía.

Las mezclas de hidrógeno-aire son sensibles a la explosión para contenidos de hidrógeno superiores al 4% aproximadamente. La energía de activación (sin catalizador) es alta, pero en presencia de una llama, una chispa o una temperatura elevada, estas mezclas pueden arder o explotar. Por lo tanto, siempre que se realice un análisis térmico que incluya concentraciones de hidrógeno superiores al 4% en el aire, es obligatorio tomar algunas precauciones de seguridad.

Todos los analizadores térmicos LINSEIS para aplicaciones de hidrógeno pueden equiparse con las siguientes características de seguridad:

Hydrogen safety equipment

Detectores de hidrógeno
Los detectores de hidrógeno detectan las posibles fugas en los conductos de gas. Estos detectores se colocan cerca del instrumento, detectando cualquier fuga o liberación accidental de hidrógeno.

Válvulas de seguridad
En cuanto se detecta una fuga de hidrógeno, las válvulas de seguridad actúan y cortan el suministro de hidrógeno al analizador térmico.

Lavado con gas inerte
Cuando se detecta una fuga y se interrumpe el suministro de hidrógeno, el hidrógeno remanente en el analizador se purga con gas inerte.

Unidad de combustión de gases
En el conector de gases de salida, todos los sistemas de Linseis Hydrogen están equipados con una unidad de combustión. Los gases de salida (gas de muestra, gas de purga y productos de descomposición) pasan por la llama de combustión constante para garantizar que no se liberen gases inflamables al medio ambiente y que puedan alcanzar una concentración crítica en el laboratorio. La unidad de llama se calienta eléctricamente y tiene un mecanismo de seguridad para evitar cualquier retroceso de la llama en las líneas de gas.