- ¿Qué es un depósito de hidrógeno?
- ¿Qué requisitos y criterios clave de rendimiento tienen los tanques de gas hidrógeno?
- ¿Qué criterios típicos se utilizan para la selección de cisternas de hidrógeno?
- ¿Qué componentes tienen los tanques de almacenamiento de hidrógeno?
- ¿Cuál es la diferencia entre un montaje de cuello y un montaje de correa?
- ¿Qué tipos de depósitos de hidrógeno/cilindros de hidrógeno existen?
- ¿Qué interfaces tiene un depósito de hidrógeno?
- ¿Qué cilindro de hidrógeno es mejor para mi producto o aplicación?
- ¿Qué consideraciones especiales tienen los tanques de hidrógeno líquido (tanques LH2)?
- ¿Qué requisitos de seguridad y certificación tienen los tanques de H2?
- ¿Quiénes son los principales proveedores de depósitos de hidrógeno?
Visite depósitos de hidrógeno de los principales proveedores en nuestro mercado!
¿Qué es un depósito de hidrógeno?
Un depósito de hidrógeno es un contenedor o recipiente que se utiliza para almacenar hidrógeno en forma gaseosa o líquida. A veces también se los conoce como cilindros, cartuchos o botes de hidrógeno. Dependiendo de la presión y la temperatura de almacenamiento, el contenedor debe cumplir varios requisitos físicos tediosos y, por lo tanto, el arte y la ciencia del diseño y fabricación de depósitos de hidrógeno tienen una larga historia de innovación. Los depósitos de combustible de hidrógeno se utilizan en todo tipo de aplicaciones que implican el uso o la generación de hidrógeno, como sistemas de celdas de combustible y electrolizadores, cohetes y vuelos espaciales. Un depósito de combustible de hidrógeno suele ser parte de un sistema de almacenamiento de hidrógeno.
¿Qué requisitos y criterios clave de rendimiento tienen los tanques de gas hidrógeno?
El hidrógeno es un portador de energía no tóxico, incoloro, inodoro, insípido y altamente combustible, que además es extremadamente ligero y puede difundirse a través de ciertos materiales. Estas características lo asocian con un cierto nivel de riesgo en el almacenamiento. A continuación se indican los requisitos clave para los tanques de hidrógeno:
- Hermeticidad: un requisito fundamental para cualquier tanque de hidrógeno es que conserve de forma segura todo el hidrógeno almacenado en él y lo libere solo en condiciones seguras y controladas.
- Construcción compacta, de modo que el recipiente de almacenamiento no ocupe mucho más espacio adicional en comparación con el hidrógeno almacenado.
- Alta resistencia a la fatiga: se puede esperar que el tanque se llene, se vacíe y se vuelva a llenar muchas veces. El paso por esta secuencia se conoce como ciclado. En general, cuantos más ciclos pueda soportar un tanque, más se puede esperar que dure. Además, el hidrógeno puede quebrar ciertos materiales metálicos, lo que hace que se debiliten físicamente y esto también debe tenerse en cuenta en el diseño de los tanques de hidrógeno.
- Peso adecuado: aunque el peso es bajo, no es un requisito en todas las aplicaciones, el peso es importante. Los tanques forman una parte considerable de cualquier aplicación que utilice hidrógeno y, por lo tanto, pueden tener un efecto considerable sobre el peso de todo el sistema.
¿Qué criterios típicos se utilizan para la selección de cisternas de hidrógeno?
- Volumen interior del tanque en litros
- Presión de almacenamiento operativa en bar o pascal
- Masa de hidrógeno almacenado a la presión de almacenamiento operativa en kg
- Rango de temperatura de funcionamiento en °C
- Presión máxima admisible en bar o pascal
- Masa del tanque en kg
- Dimensiones externas
- Número de ciclos permitidos antes de la revisión general
- Certificaciones obtenidas para el recipiente
- Tipo de tanque
¿Qué componentes tienen los tanques de almacenamiento de hidrógeno?
Los tanques de hidrógeno vienen en diferentes formas y tamaños. Las formas esféricas se utilizan para algunos tanques de hidrógeno líquido y cualquier forma es apropiada para almacenar hidrógeno a presiones cercanas a la atmosférica; sin embargo, un recipiente cilíndrico es la forma más común de un tanque de hidrógeno. La Figura 1 a continuación muestra los componentes típicos que se encontrarán en la mayoría de los tanques de hidrógeno.
Figura 1 - Componentes típicos depósito de hidrógeno
El revestimiento retiene el hidrógeno dentro del espacio de almacenamiento del tanque. El revestimiento puede estar además encerrado en una envoltura exterior que sirve para estabilizarlo contra la tensión física que se le impone cuando el hidrógeno se almacena a altas presiones y crea una capa adicional de aislamiento térmico (tanque de hidrógeno de alta presión). El cuello es donde se inserta y se extrae el hidrógeno del tanque y se conecta a una tubería o válvula del tanque de hidrógeno que permite la entrada y salida controladas del hidrógeno. Por lo general, también incluye una válvula de seguridad y también puede incluir sensores o una construcción de válvula de tanque de hidrógeno más compleja que permite una regulación de presión adicional. El tapón final opcional es una abertura secundaria del tanque.
¿Cuál es la diferencia entre un montaje de cuello y un montaje de correa?
Al colocar el tanque en su lugar de aplicación, surge la pregunta de cómo fijarlo en su lugar. Durante el funcionamiento, los tanques de gas hidrógeno presurizado se expanden y contraen. Por lo general, esto es menos del 5 % en volumen o longitud, sin embargo, este movimiento debe tenerse en cuenta para un funcionamiento seguro y duradero.
a) Tanque de hidrógeno montado en el cuello
Un montaje en el cuello significa que el tanque está firmemente fijado a la estructura de transporte en el cuello y todas las demás estructuras de soporte están ajustadas de manera holgada para permitir el movimiento de expansión y contracción (Figura 2).
Figura 2 – depósito de hidrógeno montado en el cuello
b) Depósito de hidrógeno montado en la correa
Un montaje con correas significa que el depósito se fija mediante correas enrolladas alrededor del depósito y fijadas a la estructura a la que se va a sujetar el depósito (figura 3). Las correas, a su vez, deben adaptarse al movimiento máximo estimado de expansión y contracción.
Figura 3 – correa montada de un depósito de hidrógeno
¿Qué tipos de depósitos de hidrógeno/cilindros de hidrógeno existen?
Dados los diferentes componentes, configuraciones y requisitos posibles para los tanques de hidrógeno, han surgido diferentes tipos de tanques con un sistema de numeración análogo al de otros recipientes que contienen gas.
a) Depósito de hidrógeno de tipo I
Los tanques de hidrógeno de tipo I están hechos completamente de metal y consisten en un revestimiento metálico únicamente con la parte del cuello y un tapón final opcional que se muestra arriba. No hay envoltura exterior y la construcción y fabricación de este tipo de tanque es bastante simple y, por lo tanto, también comparativamente económica. Este tipo de tanque también se denomina tanque de hidrógeno de tipo 1, cilindro de hidrógeno de tipo I o cilindro de hidrógeno de tipo 1.
b) Depósito de hidrógeno de tipo II
Los depósitos de hidrógeno de tipo II están formados por un revestimiento interior metálico (normalmente de aluminio) alrededor del cual se añade una envoltura exterior para reforzar sus propiedades físicas. Esto permite que el depósito de hidrógeno soporte presiones más altas con un revestimiento comparativamente más fino, lo que proporciona una ventaja de peso en comparación con una situación en la que el revestimiento interior tendría que ser tan grueso que soportara la misma presión. La envoltura exterior está hecha de material sintético. Este tipo de depósito también se denomina depósito de hidrógeno de tipo 2, cilindro de hidrógeno de tipo II o cilindro de hidrógeno de tipo 2.
c) Depósito de hidrógeno de tipo III
En los depósitos de hidrógeno de tipo III, el revestimiento metálico interior se reduce hasta el punto de que prácticamente ya no soporta la carga de presión, sino que esta se realiza por completo mediante otras capas que lo envuelven. Por lo tanto, el revestimiento exterior asume funciones adicionales de contención y soporte físico. Este tipo de depósito también se denomina depósito de hidrógeno de tipo 3, cilindro de hidrógeno de tipo III o cilindro de hidrógeno de tipo 3.
d) Depósito de hidrógeno de tipo IV
Los depósitos de hidrógeno de tipo IV tienen un revestimiento interior no metálico fabricado con materiales compuestos y están recubiertos por una envoltura exterior hecha de fibra de carbono y otros polímeros termoplásticos entrelazados. En comparación con los depósitos de tipo I, estos soportan hasta un 70 % menos de peso, por lo que este tipo de depósito es especialmente atractivo para aplicaciones en las que el hidrógeno debe almacenarse a altas presiones (por ejemplo, 700 bares) y el peso del sistema debe ser bajo. Esto se aplica, por ejemplo, a muchas aplicaciones móviles y aeronáuticas. Un depósito de hidrógeno de tipo IV también se denomina depósito de hidrógeno de tipo 4, cilindro de hidrógeno de tipo IV o cilindro de hidrógeno de tipo 4.
¿Qué interfaces tiene un depósito de hidrógeno?
Aunque el tanque en sí puede ser un componente relativamente simple y no electrónico en el sistema de hidrógeno, está integrado en él y es un componente muy crítico. El conocimiento sobre el estado y la cantidad de hidrógeno en el tanque es fundamental para garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema. El tanque es parte de un sistema de almacenamiento completo e interactúa con él a través de:
- Tuberías (para la extracción e inserción de hidrógeno)
- Sensores, para controlar el nivel de llenado y la temperatura
- Válvulas de seguridad (como la válvula de alivio de presión térmica y las válvulas de boil-off)
¿Qué cilindro de hidrógeno es mejor para mi producto o aplicación?
La idoneidad de un depósito para una aplicación depende del grado en que los requisitos específicos coincidan con las especificaciones de los depósitos de hidrógeno disponibles. En Hyfindr puedes buscar entre muchos depósitos de hidrógeno de varios proveedores y comparar sus especificaciones aquí.
Las aplicaciones automotrices generalmente se conforman con un recipiente de tipo IV que funciona como un depósito de hidrógeno de 700 bares o un depósito de hidrógeno de 350 bares. La capacidad del depósito de un vehículo eléctrico de pila de combustible o de un coche de hidrógeno típico es de alrededor de 4-6 kg de hidrógeno y el peso del depósito de hidrógeno es de alrededor de 100 kg. Por ejemplo, el depósito de hidrógeno del Toyota Mirai tiene una capacidad de 5,6 kg de hidrógeno, el del Hyundai Nexo tiene 6,33 kg y el del Mercedes Benz GLC F-Cell tiene una capacidad de 4,4 kg de hidrógeno.
Las aplicaciones en las que el peso no es tan esencial a menudo utilizan depósitos de tipo I o tipo II, ya que el coste y el tiempo de fabricación de estos son generalmente menores. Esto suele aplicarse a aplicaciones estacionarias. Por ejemplo, cuando se piden cantidades como 5 kg de hidrógeno para uso estacionario, la entrega se realiza normalmente utilizando varios cilindros de tipo I que funcionan a 200 bares agrupados en una caja o pila.
En algunas aplicaciones, un peso elevado puede ser una ventaja, como cuando se utiliza en sistemas de pilas de combustible para compactadores de construcción o carretillas elevadoras, donde un peso elevado del sistema general favorece el funcionamiento general del vehículo.
¿Qué consideraciones especiales tienen los tanques de hidrógeno líquido (tanques LH2)?
El hidrógeno también se puede almacenar en forma líquida, lo que ofrece la ventaja de una mayor densidad energética que el almacenamiento gaseoso, lo que significa que se puede almacenar más energía en menos espacio.
El hidrógeno se licúa en hidrógeno líquido (LH2 o LH2) solo a temperaturas muy bajas (22 K o -251,15 °C) y, por lo tanto, los tanques utilizados deben poder soportar esas bajas temperaturas y ofrecer un aislamiento térmico suficiente para la seguridad operativa y para evitar la evaporación tanto como sea posible. Los tanques utilizados en este caso se denominan tanques de hidrógeno criogénicos y pueden integrar una función de refrigeración además de las funciones básicas ya descritas en este artículo.
El hidrógeno líquido se utiliza principalmente en naves espaciales, para transportar o almacenar grandes cantidades de hidrógeno y también se está abriendo camino en algunas aplicaciones móviles y aeronáuticas.
¿Qué requisitos de seguridad y certificación tienen los tanques de H2?
El almacenamiento de hidrógeno en tanques es un elemento ampliamente utilizado y una energía que está ganando terreno rápidamente en nuevas aplicaciones ecológicas; por ello, se han realizado numerosas investigaciones y se han documentado adecuadamente sus requisitos en normas y estándares. Los requisitos específicos varían según la zona geográfica en la que se vaya a utilizar el tanque de H2. A continuación, se incluye una lista de ejemplos de normas y reglamentos que se aplican a los tanques de hidrógeno:
- ADR: Normativa internacional para el transporte de mercancías peligrosas
- DIN EN 12245: Botellas de gas transportables
- ISO 11119-3: Botellas de gas transportables
- EC 79: Tanques de combustible
- UNR134: Tanques de combustible
- ISO 9001:2015 Sistema de gestión de calidad
- ISO 14001:2015 Sistema de gestión medioambiental
Las normativas aplicables exigen generalmente la realización de numerosas pruebas de seguridad. Por tanto, la certificación de productos de tanques de hidrógeno terminados puede ser bastante tediosa y requerir mucho tiempo para el fabricante, pero da como resultado un alto nivel de seguridad de los tanques de hidrógeno disponibles en el mercado hoy en día. Algunos ejemplos de pruebas que se realizan para los tanques de hidrógeno son: prueba de explosión, pruebas de fatiga o ciclado, prueba de fuego, pruebas de balas en las que se disparan balas a un tanque, prueba de caída y pruebas de ciclo a temperatura ambiente.
¿Quiénes son los principales proveedores de depósitos de hidrógeno?
- Tecnologías Estructurales Avanzadas, Inc.
- Alsafe
- Cilindros compuestos AMS
- Avanco
- Axcel
- Chart Industries
- CIMC enric
- Recipiente a presión CPE
- Cryofab
- Cylinders Holding
- Doosan Mobility Innovation
- EKC
- Energys Australia
- Faber industries
- Hanwha
- Hexagon Purus
- ILJIN Hysolus
- Compuestos infinitos
- Jiangsu Guofu Equipo de energía de hidrógeno
- Luxfer
- Mahytec
- Nproxx
- Plástico Omnium
- Sistemas de combustible Quantum
- Materiales compuestos Steelhead
- Ullit
- Voith Composites
- Wiretough
- Industrias Worthington
- Wystrach
Este artículo ha sido elaborado por el equipo de Hyfindr y se basa en varios años de experiencia trabajando con depósitos y sistemas de almacenamiento de hidrógeno. Agradecemos cualquier comentario o aportación a los conocimientos aquí compartidos - ¡contáctenos!
Última actualización: 15.1.2023