Kyle Appel, que se muestra aquí parado frente a un tanque de almacenamiento de hidrógeno líquido, ayudó a desarrollar un modelo matemático y recomendaciones para mejorar las operaciones del tanque de almacenamiento de hidrógeno líquido. Crédito: Matthew Shenton/WSU
Los investigadores de la Universidad Estatal de Washington han desarrollado un modelo matemático y un conjunto de recomendaciones para mejorar las operaciones de tanques de almacenamiento de hidrógeno líquido que algún día podrían hacer que el hidrógeno sea una alternativa más viable para alimentar vehículos y otros procesos industriales.
Los investigadores utilizaron datos de tanques del mundo real para identificar regímenes operativos en los que el hidrógeno se reduce y se pierde, lo que puede ser hasta el 25% del hidrógeno entregado a los tanques de almacenamiento. El trabajo es publicado En el diario de criogénica.
“Si queremos reducir la dependencia de los combustibles fósiles y crear combustible limpio y producido a partir de fuentes de energía renovables, entonces el hidrógeno líquido es el candidato más adecuado para ese propósito”, dijo Konstantin Matveev, profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Materiales y coautor en el documento. “Ahora tenemos una herramienta que puede modelar partes importantes de la cadena de suministro de hidrógeno líquido y usar esa herramienta, podemos hacer que esta tecnología para la economía verde sea más factible”.
Los vehículos con hidrógeno son una alternativa a los motores de combustión de gasolina o diesel porque no emiten gases de efecto invernadero nocivos. Son particularmente atractivos para maquinaria pesada, como carretillas elevadoras o camiones, donde los vehículos eléctricos requieren demasiadas baterías. Una compañía, Plug Power, actualmente opera alrededor de 250 tanques de hidrógeno líquidos que alimentan 70,000 carretillas elevadoras con hidrógeno en todo el mundo, moviendo aproximadamente el 30% de los comestibles en los Estados Unidos
Pero almacenar y transportar hidrógeno es un gran desafío para la industria. El hidrógeno líquido es la forma más conveniente de hidrógeno para la mayoría de los usos industriales, pero mantenerlo líquido significa que debe almacenarse a temperaturas extremadamente bajas. Cada vez que el hidrógeno encuentra temperaturas normales del aire, se reduce muy rápidamente. Para mantener el líquido de hidrógeno y moverlo dentro y fuera de los tanques, se emplea una gran cantidad de elementos estructurales y mecanismos, como las conchas aislantes, las válvulas de presión, los circuitos de fluidos y las bombas para minimizar las pérdidas de ebullición.
“Hay varios procesos complejos que ocurren al mismo tiempo, lo que hace que el desarrollo de un modelo teórico sea realmente importante no solo para comprender las operaciones actuales, sino también para invertir en tecnología para mejorar esas operaciones”, dijo Jake Leachman, autor correspondiente en el documento y profesor en la escuela de ingeniería mecánica y de materiales.
Un área donde ocurre mucha pérdida es cuando se transfiere hidrógeno.
“La línea de transferencia debe enfriarse, y durante ese proceso, alrededor del 13% de las moléculas de hidrógeno almacenadas en forma líquida se pierden debido a la evaporación y no se pueden utilizar como un combustible de hidrógeno líquido”, dijo Kyle Appel, primer autor en el documento y un reciente graduado de maestría de la escuela de ingeniería mecánica y de materiales.
En su trabajo, el equipo de investigación de WSU desarrolló un modelo teórico para el rendimiento del tanque del mundo real y lo verificó utilizando datos de una flota de tanques en servicio de Power Power. Los investigadores mostraron que los cambios en las operaciones de tanque de hidrógeno líquido pueden producir reducciones significativas de pérdida de ebullición, y que es posible llegar a cero ebullición con modificaciones adicionales del sistema. Por ejemplo, mostraron que cambiar los límites de presión cuando se activan las válvulas de alivio pueden disminuir la pérdida de hidrógeno en aproximadamente un 26%.
“Eso es solo cambiar los parámetros establecidos de una válvula, que es bastante simple”, dijo Appel.
El modelo matemático que desarrollaron es computacionalmente eficiente para ejecutar, dijo Matveev. Los modelos anteriores y más involucrados han tardado días en ejecutarse, requirieron una supercomputadora y solo pudo simular las operaciones del tanque durante unas pocas horas. El nuevo modelo simplificado de WSU calibrado contra datos de prueba del mundo real puede simular cientos de horas de funcionamiento en minutos.
“Usando esta herramienta, puede explorar efectivamente una variedad de cambios operativos, por lo que nuestra contribución aquí también es desarrollar un modelo matemático eficiente que pueda ser utilizado en la industria, los clientes, los diseñadores y las entidades gubernamentales”, dijo Matveev.
Los investigadores continúan trabajando con el enchufe Power mientras buscan formas de implementar sus recomendaciones para los tanques de hidrógeno líquido. También quieren refinar su modelo para comprender mejor las operaciones de transferencia, las bombas y otros dispositivos en los sistemas de hidrógeno. Los investigadores están haciendo estudios adicionales para la Administración Federal de Aviación, evaluando y modelando el almacenamiento de hidrógeno líquido en los aeropuertos.
Más información: KR Appel et al, modelando los efectos de las operaciones del tanque de hidrógeno líquido en pérdidas de ebullición, criogénica (2025). Doi: 10.1016/j.cryogenics.2025.104161
Proporcionado por la Universidad Estatal de Washington
Cita: los investigadores encuentran formas de mejorar la eficiencia del tanque de hidrógeno líquido (2025, 21 de agosto) recuperado el 21 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-ways-liquid-hydrógen-tank-eficience.html
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