El papel del niobio en la economía del hidrógeno

Introducción

El niobio es un material valioso en la economía del hidrógeno, que permite avances en el almacenamiento, la producción y la tecnología de las pilas de combustible. Debido a su resistencia a la corrosión, estabilidad térmica y potencial para crear nuevas aleaciones y compuestos, el niobio se está convirtiendo en un material facilitador en la cadena de valor del hidrógeno.

Por qué: Materiales a base de niobio para el almacenamiento de hidrógeno

Elalmacenamiento de hidrógenoes quizá el mayor reto para la realización de una economía del hidrógeno. Los métodos convencionales de almacenamiento -es decir, tanques de alta presión o licuefacción criogénica- son costosos y consumen mucha energía. El niobio ofrece una alternativa prometedora en forma de hidruros metálicos.

Elniobio puede formar hidruros de niobio o alearse con otros metales (titanio, circonio y vanadio) para formar compuestos capaces de almacenar hidrógeno a baja temperatura y presión. Estos sistemas de almacenamiento basados en el niobio ofrecen:

- Altadensidad volumétrica de hidrógeno: más hidrógeno en menos espacio almacenado.

- Ciclos de absorción/desorción reversibles- reutilización sin degradación apreciable de forma repetida.

- Mayorseguridad - el hidrógeno en estado sólido reduce el riesgo de fugas o explosiones.

Por ejemplo, las aleaciones de Nb-Ti han demostrado una gran capacidad de absorción de hidrógeno con una estabilidad mecánica satisfactoria durante ciclos repetidos de carga y descarga, lo que las hace viables para aplicaciones móviles y estacionarias de almacenamiento de hidrógeno.

Materiales de niobio para el almacenamiento de hidrógeno

El valor del niobio en el almacenamiento de hidrógeno va más allá de su aplicación como metal base. Puede incorporarse a materiales compuestos para mejorar sus propiedades de interacción con el hidrógeno. Algunos de ellos son

- Materiales recubiertos deniobio para mejorar el control de la permeabilidad al hidrógeno.

- Hidruros metálicos dopados con niobioque disminuyen la energía de activación para la absorción de hidrógeno.

- Materiales de carburo de niobioy nitruro de niobio como promotores catalíticos en medios de almacenamiento de hidrógeno.

En experimentos de laboratorio, los materiales compuestos a base de niobio han resultado prometedores para mejorar los índices de absorción de hidrógeno y la capacidad de almacenamiento respecto a los hidruros convencionales. Este comportamiento sitúa al niobio como elemento clave para el desarrollo de materiales de almacenamiento de nueva generación.

Más información: Aplicaciones del niobio

Dónde: Materiales a base de niobio para el almacenamiento de hidrógeno

--El niobio en las tecnologías de producción de hidrógeno

Los procesos de producción de hidrógeno, como la electrólisis y la división termoquímica del agua, requieren materiales resistentes a la corrosión en condiciones químicas y térmicas agresivas. La resistencia a la corrosión del niobio y su capacidad para formar óxidos estables lo convierten en un candidato excelente para electrodos, revestimientos y componentes de reactores en estas aplicaciones.

Las aleaciones de niobio soportan la electrólisis de vapor a alta temperatura, manteniendo la integridad mecánica y la resistencia a la oxidación, y prolongando la vida útil de los equipos. Los óxidos de niobio también pueden utilizarse como capas funcionales para promover la conductividad y la actividad catalítica en celdas electrolíticas.

--Catalizadores de niobio para reacciones de evolución del hidrógeno (HER)

La reacción de evolución del hidrógeno -un proceso fundamental en la electrólisis del agua- necesita catalizadores eficaces para disociar el agua en hidrógeno y oxígeno. El platino es el catalizador estándar, pero es costoso y limitado. El niobio presenta una opción atractiva, sobre todo cuando se alea con otros elementos.

Los catalizadores soportados por niobio, como los metales de transición soportados por Nb₂O₅ o los nitruros de niobio, presentan:

- Actividad catalítica HERcon buen rendimiento.

- Estabilidada largo plazo en electrolitos ácidos y alcalinos.

- Ventajas económicasfrente a los metales del grupo del platino.

Por ejemplo, las nanopartículas de nitruro de niobio soportadas sobre carbono han mostrado una actividad HER competitiva, lo que las hace atractivas para dispositivos de producción de hidrógeno a gran escala.

--Papel del niobio en las pilas de combustible y los electrolizadores de hidrógeno

En las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC), el niobio se utiliza para mejorar la durabilidad de la membrana y la eficacia del catalizador. Los óxidos de niobio pueden ayudar a mejorar la conductividad de los protones y reducir la degradación causada por las duras condiciones de funcionamiento.

En los electrolizadores, el uso de placas bipolares recubiertas de niobio aumenta la resistencia a la corrosión y reduce la resistencia de contacto, lo que se traduce en una mayor eficiencia y una vida útil más larga. Estas ventajas son muy importantes para reducir el coste global de la producción de hidrógeno y mejorar la viabilidad comercial.

Conclusión

El niobio ya no es sólo una especialidad aeroespacial y un metal superconductor: se está convirtiendo en un facilitador estratégico de la economía del hidrógeno. Tanto si se trata de maximizar la densidad de almacenamiento y la seguridad del hidrógeno como de perfeccionar el rendimiento de los catalizadores en los sistemas de producción y de pilas de combustible, el niobio está llamado a ser un importante contribuyente al avance de las tecnologías limpias del hidrógeno.

Preguntas más frecuentes

F: ¿Por qué es adecuado el niobio para el almacenamiento de hidrógeno?

P: Forma aleaciones e hidruros estables que almacenan hidrógeno de forma segura a presiones y temperaturas moderadas.

F: ¿Puede el niobio sustituir al platino en la producción de hidrógeno?

P: En algunos sistemas catalíticos, sí: los catalizadores a base de niobio pueden reducir la necesidad del costoso platino.

F: ¿Dónde se utiliza ya el niobio en la economía del hidrógeno?

P: En membranas de pilas de combustible, componentes de electrolizadores y aleaciones para el almacenamiento de hidrógeno.