En Rusia han ideado cómo fabricar filtros eficaces para la purificación de hidrógeno

Gracias a un modelo matemático, los científicos calculan la interacción del hidrógeno con otros elementos sin necesidad de pasar decenas de horas en el laboratorio

Científicos de Tomsk han desarrollado un sistema de modelado matemático de la permeabilidad e interacción del hidrógeno con otros elementos de aleaciones de alta entropía que contienen niobio.

El sistema de modelado, sin necesidad de numerosos experimentos en el laboratorio, selecciona automáticamente la aleación para obtener materiales con propiedades mejoradas.
Fuente de la imagen Servicio de prensa de TPU.<br>

La investigación se lleva a cabo con el apoyo del programa "Prioridad 2030" del Ministerio de Ciencia y Educación Superior. Según el servicio de prensa de TPU, las aleaciones creadas gracias al modelo matemático son más eficaces en su explotación y menos costosas en su producción.

¿Para qué sirven los filtros para la purificación de hidrógeno?

El hidrógeno puro se utiliza para las pilas de combustible de hidrógeno, de modo que duren más y sean más estables. Pero el hidrógeno obtenido por métodos prometedores y económicamente ventajosos, como la conversión de gas natural, la gasificación del carbón o la pirólisis de residuos industriales, contiene una gran cantidad de impurezas.

El desarrollo de filtros eficaces para la purificación de hidrógeno es una tarea importante para la energía del hidrógeno y la ciencia en general. Uno de los materiales de membrana más eficaces y resistentes al hidrógeno es el paladio y sus aleaciones. Pero el uso de tales membranas en la producción industrial no es aconsejable debido a su alto costo.

Por lo tanto, los politécnicos modelan y sintetizan aleaciones de alta entropía que contienen niobio, níquel, cobalto y otros elementos.

Científicos del departamento de física experimental de la Escuela de Ingeniería de Tecnologías Nucleares de TPU se dedican a la obtención de aleaciones de alta entropía con alta permeabilidad al hidrógeno y fragilización por hidrógeno. <br>
Fuente de la imagen Servicio de prensa de TPU.

Las aleaciones de alta entropía poseen un conjunto de propiedades únicas debido al llamado efecto cóctel de diferentes elementos. Forman una única red cristalina, no experimentan transiciones de fase en un amplio rango de temperaturas. Variando la composición de la aleación, podemos cambiar la microestructura y la red cristalina del material para mejorar la permeabilidad del hidrógeno a temperaturas relativamente bajas.

Egor Kashkarov, jefe del proyecto y jefe del laboratorio de materiales avanzados y seguridad de los sistemas de energía de hidrógeno

Durante el paso del gas a través del filtro de membrana, la molécula de hidrógeno se disocia en átomos al calentarse. Los átomos individuales de hidrógeno penetran en el material y se difunden en la red cristalina.

Después de pasar a través del metal, se vuelven a unir en una molécula en la superficie externa, donde se obtiene hidrógeno puro. Este proceso depende de la rapidez con la que se mueve el hidrógeno en el cristal y de la cantidad de hidrógeno que puede absorber el material.

En el marco de la realización del proyecto, científicos de la Universidad Politécnica de Tomsk han desarrollado nuevos modelos numéricos que permiten evaluar la movilidad del hidrógeno al pasar a través de aleaciones multicomponente y de alta entropía que contienen niobio.

Permitirán a los científicos llevar a cabo la selección y optimización de aleaciones con baja energía de activación de sorción y desorción de hidrógeno, así como la estabilidad de fase en un amplio rango de temperaturas para la posterior creación de membranas metálicas de nueva generación basadas en aleaciones de alta entropía.