materiales para almacenamiento de hidrógeno

Dentro del acero de un futuro reactor de fusión se forman diminutas burbujas de helio, y en sus paredes se desarrolla un drama químico. Los átomos de cromo y tántalo, como centinelas, ocupan lugares en el borde de la cavidad y cambian las reglas del juego para el hidrógeno.

Un libro con pestillos en las páginas: solo se puede pasar la hoja si sabes cómo hacer clic en el borde. Así funciona más o menos el metamaterial mecánico del que hablaremos. Cada celda es una pequeña masa dentro de otra mayor, unida a ella por una viga elástica. La viga puede estar en dos posiciones estables, como un interruptor.

Cada noche marciana, los cristales de sal en la superficie del planeta absorben la humedad del aire enrarecido, como una esponja que recoge el agua de un paño húmedo. Al amanecer, en su interior se acumula una salmuera microscópica que, durante el día, cuando la temperatura sube, queda atrapada en diminutas cavidades.

El agua caliente después de la ducha, el aire cálido de la ventilación, las paredes calientes del motor: todo esto es calor por debajo de 100 °C. Normalmente se disipa sin hacer ningún trabajo útil. Ahora se puede capturar y convertir en electricidad. Dentro del nuevo dispositivo hay un alambre de aleación de níquel y titanio.

La materia oscura es el arquitecto invisible del Universo, que evita que las galaxias se dispersen. Gracias a Fritz Zwicky y Vera Rubin sabemos que la materia ordinaria en el cosmos es solo una ínfima impureza. Pero, ¿qué se esconde detrás de esta materia oscura?

Un subneptuno es un planeta cuyo tamaño se sitúa entre la Tierra y Neptuno. Estos mundos son muy abundantes en nuestra galaxia, pero su estructura sigue siendo objeto de debate. Una nueva investigación muestra que, en su juventud, estos planetas se comportan como una esponja empapada en agua.

La superficie marciana es un lugar donde todo ser vivo muere rápidamente. Los rayos cósmicos y los omnipresentes oxidantes esterilizan la capa superior del suelo. Pero basta con cavar un poco más profundo y el panorama cambia. Allí, donde no llega la radiación ultravioleta, podría esconderse una zona habitable.

Lance una pelota casi paralela a la pared: se deslizará a lo largo de ella antes de rebotar. Con un haz de luz sucede lo mismo: al reflejarse en un ángulo muy bajo, se desplaza micrones. Este desplazamiento de Goos–Hänchen se consideró durante mucho tiempo solo una curiosa paradoja.

Las baterías cuánticas aprovechan los efectos cuánticos para superar las limitaciones de los dispositivos convencionales ligadas a la entropía, medida del desorden y las pérdidas de energía. Es como un balde bajo un chorro potente: se llena rápido. Pero el balde está agujereado: el entorno succiona la energía constantemente.

Una partícula de oro del tamaño de un centenar de átomos recibe un rayo de luz y se sobrecalienta. En la vida cotidiana esto no es un problema, pero en el mundo de la nanotecnología, este diminuto calentamiento puede estropear un biosensor o quemar un microchip. No se puede poner un ventilador aquí: a estas escalas, el calor queda atrapado como en un grueso abrigo de plumas.

El Planeta Rojo está rodeado de escombros de mundos fallidos: bloques de piedra rellenos de metal. Enviar un kilogramo de acero de la Tierra a Marte cuesta como varios coches. Es mucho más barato recoger chatarra espacial directamente en la órbita.

Antes se creía que el hidrógeno casi no se mezclaba con el hierro líquido a baja presión, por lo que no se esperaba encontrarlo en el núcleo lunar. Nuevos experimentos dieron vuelta esta idea.

El hidrógeno es un combustible ideal: al usarlo solo produce agua, y no dióxido de carbono. El problema es que el hidrógeno es el gas más ligero, y sus moléculas se filtran de cualquier recipiente. Actualmente, el hidrógeno en los automóviles se almacena en tanques pesados a alta presión, lo que anula las ventajas de peso.

Los paneles solares convencionales convierten la luz en electricidad, pero aquí la luz descompone el agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno es un combustible limpio, pero el proceso es lento. Para acelerarlo se añaden sustancias auxiliares que ceden electrones. A menudo se usa alcohol, pero es una pena desperdiciarlo.

Cuando los servidores de un centro de datos trabajan a plena potencia, se calientan como una plancha olvidada. Ese calor se pierde, y para enfriarlos se gasta aún más energía. Unos ingenieros de Alemania han propuesto aprovechar ese calor: que sea él mismo quien impulse el líquido por tubos finos, sin motores ni bombas. Su dispositivo parece una cajita plana con el fondo asimétrico.

El hidrógeno es el gas más ligero, pero sabe penetrar en los metales. Si se bombea hidrógeno a un cilindro de acero a alta presión, parte de los átomos se cuelan entre los átomos del metal. El metal puede volverse quebradizo como una galleta. Pero también se puede usar esta propiedad al revés: almacenar hidrógeno dentro de una esponja metálica.

La membrana para la electrólisis del agua se parece a una esponja empapada en agua. En su interior deben moverse libremente los iones hidróxido, partículas que transportan la carga eléctrica. Pero cómo se mueven exactamente fue durante mucho tiempo un misterio: es demasiado complicado seguir a cada ion en un experimento.

El hidrógeno es el campeón en energía por kilogramo, pero almacenarlo es un dolor de cabeza. En forma de gas ocupa un volumen enorme, y si se comprime o se enfría hasta licuarlo, se necesitan tanques pesados y mucha energía. Hay un tercer camino: algunos materiales sólidos absorben hidrógeno como una esponja absorbe agua y lo retienen en su interior.

Hoy, la superficie marciana es una casa fría y casi sin aire. El sueño de muchos es reconstruirla por completo: calentar el planeta, llenarlo con aire de dióxido de carbono y nitrógeno.

El polvo de hierro calentado a 650–800 grados absorbe hidrógeno como una esponja seca absorbe agua. Pero tras varios ciclos, las partículas se aglutinan en una masa compacta y la esponja deja de funcionar.

El hidrógeno es un combustible limpio: al quemarse solo produce agua. Pero para extraerlo del agua hay que romper el fuerte enlace entre el hidrógeno y el oxígeno. Normalmente se utiliza platino, un metal caro.

Las baterías actuales con electrolito líquido pueden tener fugas o incendiarse. Los electrolitos poliméricos, sólidos como el plástico, resuelven ese problema, pero los iones se mueven más lento y la batería pierde potencia.

Dentro de una celda de combustible, los protones deben correr rápidamente a través del material sólido, como pasajeros a través de torniquetes en hora punta. Si los torniquetes son escasos y estrechos, la corriente es débil. Antes, para encontrar un material con buena conductividad protónica, los químicos probaban compuestos casi a ciegas, uno por uno.

Un cable normal se calienta cuando lo atraviesa la corriente. Un superconductor, no. Pero casi todos los superconductores conocidos funcionan o a temperaturas muy bajas o bajo presiones enormes, como en el interior de los planetas. Los científicos llevan tiempo buscando un material que evite esos extremos.

Una camiseta vieja se disolvió en una solución alcalina, se obtuvo un gel, y este se convirtió en el corazón del acumulador de energía. El segundo componente se hizo a partir de quitosano, una sustancia presente en los caparazones de los camarones. Nada de metales: solo algodón reciclado y mariscos.

En un frasco de líquido aceitoso flotan millones de diminutas partículas magnéticas, cada una del tamaño de una bacteria. Enciendes un imán y las partículas, como soldados obedientes, se alinean en largos hilos. Pero, ¿por qué forman hilos y no grumos? Resulta que no se trata solo de magnetismo.

La materia oscura es invisible, pero se puede atrapar en el rebote. El hidrógeno incrustado en una película de carbono actúa como una bola de billar: cuando una partícula de materia oscura lo golpea, el protón sale disparado. Esa salida es la señal que se busca.

Una impresora que no imprime con tinta, sino con metal y cerámica, ya es una realidad. Los científicos tomaron una gota común de agua con sales metálicas disueltas y lograron que depositara sobre la superficie, según el caso, cobre, óxido de zinc o hidróxido de níquel. Todo ello con una precisión de millonésimas de metro. El secreto está en la electricidad.

Para saber si hay agua en una roca de Marte sin romperla, los científicos usaron la exploración con neutrones y rayos X, similar a como se toman radiografías en un hospital. Los neutrones detectan el hidrógeno, base del agua, y permiten construir un mapa de humedad dentro de la muestra.

En los centros de muchas galaxias se esconden agujeros negros supermasivos, rodeados de discos de gas, polvo cósmico y estrellas. Sus colisiones pueden generar ondas gravitacionales — ondulaciones del espacio-tiempo.

La forma habitual de congelar una célula viva se parece a intentar ponerle un traje espacial: primero hay que introducir la sustancia protectora, pero mientras esta atraviesa la membrana, la célula puede reventar por el cambio de sales o intoxicarse con la química.

Un reactor de fusión se asemeja a una caldera gigante donde se «cuece» helio a partir de hidrógeno. El plasma en su interior alcanza 150 millones de grados, diez veces más caliente que el núcleo del Sol. Pero como en cualquier caldera, aquí se forma sarro: impurezas dañinas que se depositan en las paredes y apagan el plasma.