ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTACION DE ENERGIA
Campo de la invención Esta descripción se refiere al almacenamiento y transportación de energía. La energía en la forma de electricidad se puede almacenar en la forma de hidrógeno, por ejemplo, aplicando la electricidad a un proceso de electrólisis para disociar el hidrógeno del oxígeno en agua. La energía en la forma de calor también se puede almacenar en la forma de hidrógeno usando un proceso de conversión térmica para disociar el hidrógeno del oxígeno en agua . Antecedentes de la invención El hidrógeno se puede transportar seguramente y fácilmente incorporándolo en un hidruro de metal. Más tarde el hidrógeno se puede liberar mezclando agua con el hidruro de metal y usar para proporcionar energía, por ejemplo, a un automóvil . Breve descripción de la invención En un aspecto, se proporcionan métodos que incluyen generar hidrógeno usando electricidad o calor, y combinar el hidrógeno con un fluido bombeable para formar un fluido de almacenamiento de hidrógeno bombeable. El fluido de almacenamiento de hidrógeno bombeable no está sujeto a desprendimiento de hidrógeno significativo a presión y
Ref.197066
temperatura ambiente. En un aspecto, se proporcionan métodos que incluyen liberar hidrógeno de agua a una primera ubicación usando energía de una primera fuente de energía, almacenar el hidrógeno liberado en una pasta aguada de hidruro de metal, y transportar la pasta aguada de hidruro de metal a una segunda ubicación remota de la primera ubicación. En un aspecto, se proporcionan sistemas que incluyen un electrolizador para extraer hidrógeno del agua usando energía de una primera fuente de energía a una primera ubicación y un dispositivo de carga acoplado al electrolizador. El dispositivo de carga tiene una entrada de pasta aguada, una salida de pasta aguada, y un dispositivo de calentamiento capaz de calentar una pasta aguada en el dispositivo de carga a al menos aproximadamente 320°C. En un aspecto, se proporcionan sistemas que incluyen un electrolizador que incluye terminales eléctricas y un dispositivo de carga de pasta aguada de hidruro acoplado al electrolizador . En un aspecto, se proporcionan sistema que incluyen un primer dispositivo para producir hidrógeno usando electricidad de una primera fuente de energía, un dispositivo de carga de pasta aguada de hidruro de metal acoplado al primer dispositivo, un recipiente de almacenamiento de pasta aguada de hidruro de metal acoplado al dispositivo de carga de
pasta aguada de hidruro de metal, y una bomba para bombear una pasta aguada desde el dispositivo de carga de pasta aguada de hidruro de metal al recipiente de almacenamiento de pasta aguada de hidruro de metal . Las implementaciones pueden incluir una o más de las siguientes . En algunas modalidades, el fluido inerte bombeable comprende un formador de hidruro reversible. En algunas modalidades, el formador de hidruro reversible incluye un formador de hidruro de metal reversible, (por ejemplo, magnesio) ylo un formador de hidruro de aleación de metal reversible . En algunas modalidades, los métodos adicionalmente incluyen liberar hidrógeno de la pasta aguada de hidruro de metal para formar hidrógeno y una pasta aguada de hidruro de metal que está al menos parcialmente agotada. En algunas modalidades, los métodos incluyen transportar la pasta aguada de hidruro de metal parcialmente agotada desde la segunda ubicación a la primera ubicación, por ejemplo, para recargar la pasta aguada de hidruro de metal parcialmente agotada. Por ejemplo, la pasta aguada de hidruro de metal parcialmente agotada, en algunos casos, se puede recargar liberando energía del agua en la primera ubicación usando energía de la primera fuente de energía, y almacenando el hidrógeno liberado en la pasta aguada de hidruro de metal
agotada para formar la pasta aguada de hidruro de metal. La pasta aguada de hidruro de metal en algunas modalidades puede ser agotada y recargada por al menos 50 ciclos. En algunas modalidades, la primera fuente de energía puede incluir una fuente de energía renovable (por ejemplo, energía eólica, hidroeléctrica, geotérmica, oceánica, solar, y/o combinaciones de estas). La primera fuente de energía se puede usar en algunas modalidades para liberar el hidrógeno del agua, y el hidrógeno se puede almacenar en una pasta aguada de hidruro de metal en la primera ubicación. En algunas modalidades, la pasta aguada de hidruro de metal se puede transportar vía un portador (por ejemplo, un vagón, un camión, un camión cisterna, una tubería, y cualquier combinación de estos) desde la primera ubicación a una segunda ubicación. En algunas modalidades, el hidrógeno que se libera de la pasta aguada de hidruro de metal (por ejemplo, en la segunda ubicación) se puede utilizar como una fuente de energía (por ejemplo, en una celda de combustible) . De esta forma, la energía de la primera fuente de energía se puede almacenar y transportar efectivamente a una segunda ubicación. En algunas modalidades, la primera ubicación tiene una primera demanda de energía, la segunda ubicación tiene una segunda demanda de energía, y la primera demanda de energía es menor que la segunda demanda de energía. En algunas modalidades, la pasta aguada de hidruro
de metal comprende magnesio, hidruro de magnesio y aceite mineral. En algunas modalidades, la pasta aguada de hidruro de metal adicionalmente comprende un dispersante. En algunas modalidades, los sistemas son capaces de mantener una presión en el dispositivo de carga de al menos aproximadamente 13.44 kg/cm2 (150 psia) . En algunas modalidades, el dispositivo de carga comprende una bomba para bombear una pasta aguada desde el dispositivo de carga a través de la salida de pasta aguada, por ejemplo, a un contenedor de almacenamiento acoplado a la salida de pasta aguada de dispositivo de carga. En algunas modalidades, el dispositivo de carga incluye un regulador para mantener una temperatura de una pasta aguda contenida en el dispositivo de carga a no más de aproximadamente 350°C. En algunas modalidades, los sistemas incluyen un dispositivo de descarga que incluye un dispositivo de calentamiento capaz de calentar una pasta aguada de hidruro contenida en el dispositivo de descarga a al menos aproximadamente 370°C. En algunas modalidades, el dispositivo de descarga incluye una salida de hidrógeno a través de la cual el hidrógeno desprendido de una pasta aguada de hidruro puede pasar . En algunas modalidades, el primer dispositivo del sistema incluye un electrolizador. En algunas modalidades, los sistemas incluyen una
bomba acoplada al recipiente de almacenamiento para transferir una pasta aguada del recipiente de almacenamiento de pasta aguada de hidruro de metal a un portador de pasta aguada (por ejemplo, un camión, un bote, un vagón, una tubería, o cualquier combinación de éstos) . En algunas modalidades, los sistemas incluyen un dispositivo de descarga de pasta aguada de hidruro de metal que remueve el hidrógeno de una pasta aguada de hidruro de metal . En general, otros aspectos incluyen las características y aspectos anteriores solos y en otras combinaciones, expresados como métodos, aparato, sistemas, productos de programa, y en otras formas. Entre las ventajas de estas y otras características y aspectos están una o más de las siguientes. La energía se puede almacenar en el hidrógeno en un lugar donde la energía está fácilmente disponible, por ejemplo, del viento y/o el sol, pero la demanda de energía es relativamente baja, y transportar a un lugar donde la demanda de energía es alta. Otras características y ventajas serán evidentes a partir de la descripción y de las reivindicaciones. Breve descripción de las figuras La figura 1 es un diagrama esquemático del almacenamiento y transportación de energía.
La figura 2 es un diagrama esquemático de un dispositivo de carga de hidruro de metal. La figura 3 es un diagrama esquemático de un dispositivo de descarga de hidruro de metal. La figura 4 es una gráfica de temperatura y presión contra tiempo para carga y descarga de una pasta aguada de hidruro de metal . Descripción detallada de la invención Generalmente, se proporcionan sistemas y métodos en los cuales se almacena y/o transporta energía en la forma de hidrógeno. Por ejemplo, la energía en la forma de hidrógeno se puede almacenar incorporando el hidrógeno en una pasta aguada de hidruro de metal reversible, la cual es una pasta aguada que incluye un componente (por ejemplo, un metal o aleación de metal) que puede aceptar átomos de hidrógeno (puede ser hidrurado) y puede dar átomos de hidrógeno (puede ser deshidrurado ) en una forma reversible, dependiendo de las condiciones (por ejemplo, calor y/o presión) a las cuales la pasta aguada se somete. Las pastas aguadas que incluyen un componente reversiblemente hidrurable generalmente se pueden describir como "cargadas", en las cuales una cantidad sustancial (por ejemplo, 80% o más) del componente hidrurable es hidrurado; "agotadas", en las cuales una cantidad sustancial (por ejemplo, 80% o más) del componente hidrurable no es
hidrurado; o "parcialmente cargadas", en las cuales la pasta aguada contiene componentes tanto hidrurados como no hidrurados, con el componente hidrurado estando generalmente presente en una cantidad entre aproximadamente 20% y 80% de la cantidad total de componente hidrurable. Típicamente 85% a 95% de la cantidad del componente hidrurable será hidrurado cuando se carga y 5% a 15% será hidrurado cuando se agota. En un caso pésimamente aceptable, probablemente al meno 70% podría ser hidrurado cuando se carga y 5% cuando se agota. En general, una pasta aguada "cargada" puede incluir algún nivel de componente hidrurable que no es hidrurado, y una pasta aguada "agotada" puede incluir algún nivel de componente hidrurable que es hidrurado. En la determinación si una pasta aguada es considerada cargada o agotada, se pueden considerar factores comerciales; por ejemplo, una pasta aguada se puede considerar "cargada" cuando tiene suficiente material hidrurado para proporcionar una cantidad de energía deseada de aquella de hidrógeno cuando se somete a desprendimiento de hidrógeno. Los factores tales como el costo y tiempo de hidruración de la pasta aguada, costo de transportación de la pasta aguada al sitio de desprendimiento de hidrógeno, y el costo de fuentes de energía alternativas en el sitio de desprendimiento de hidrógeno se pueden considerar en la determinación cuando una pasta aguada es cargada. En el ejemplo de almacenamiento y transportación de
energía 10 mostrado en la figura 1, la energía disponible en una primera ubicación 12 (en este caso, una granja de molinos de viento en Kansas) se almacena en un medio transportable seguro, fácilmente manejado (en este caso, hidrógeno en una pasta aguada de hidruro de metal recargable) a una segunda ubicación (en este caso, New York) donde la energía se usa, por ejemplo, en automóviles que son capaces de quemar hidrógeno como un combustible. En una primera ubicación 12, el viento causa que los rotores 19 de los molinos de viento 15 giren, impulsando los generadores 17 para producir electricidad. La electricidad es transportada en cables 16 a las terminales eléctricas 18 de un electrolizador 20. El electrolizador es parte de un sistema de carga de energía 13 que también incluye un dispositivo de carga 30. Usando la electricidad, el electrolizador 20 separa el agua en gas hidrógeno 23 y gas oxígeno 25. El agua se proporciona de una fuente 21 a través de una tubería 22. El gas hidrógeno 23 se pasa a través de una salida de gas hidrógeno 24 y una tubería 26 en el dispositivo de carga 30. El gas oxígeno 25 es venteado del electrolizador 20 a través de una salida de gas oxígeno 28, donde se puede colectar para uso adicional o ventear a la atmósfera. En algunos ejemplos, el electrolizador 20 bombea el gas hidrógeno 23 en el dispositivo de carga 30 bajo presión
(por ejemplo, al menos aproximadamente 4.48 kg/cm2 (50 psia) [libras por pulgada cuadrada absolutas] ) y los contenidos del dispositivo de carga se mantienen bajo presión. La presión podrá estar en un intervalo de aproximadamente 8.96 - 13.44 -17.92- 22.40- 44.80-89.60 - -13.44 kg/cm2 (100 psia o más, 150 psia o más, 200 psia o más, 250 psia o más, 500 psia o más, 1000 psia o más, o 1500 psia o más) . El nivel de presión se ajusta basado en la capacidad del dispositivo de carga para resistir la presión y manejar el calor generado por la reacción. La reacción entre el hidruro de metal y el hidrógeno producirá calor e hidruro de metal cargado. La velocidad de reacción del hidruro de metal agotado con hidrógeno es típicamente más rápida con mayor presión. Un sistema óptimo podrá usar una presión de hidrógeno que maximiza la velocidad de producción de sistema mientras minimiza el costo de sistema. Una velocidad de producción mayor típicamente requerirá un dispositivo de carga más pequeño y posiblemente menos costoso. Por otra parte, una velocidad de reacción rápida puede producir mucho calor que el sistema de remoción de calor llega a ser costoso. Un sistema óptimo podrá equilibrar los costos para producir un diseño de costo mínimo. Una ventaja del hidruro de metal que está en forma de pasta aguada es que la pasta aguada se puede agitar para ayudar en la transferencia de calor. En algunos ejemplos, no ilustrados en la figura 1,
el gas hidrógeno 23 es colectado en un tanque de gas hidrógeno donde se presuriza antes de ser suministrado al dispositivo de carga 30. Por ejemplo, si el costo de presurización del hidrógeno a una presión particular es menor que el costo de uso de un dispositivo de electrólisis que opera a esta presión, o si la fuente de hidrógeno está a una presión inferior que la que se requiere por el dispositivo de carga, un tanque de hidrógeno presurizado puede proporcionar hidrógeno a la presión necesaria. Además del hidrógeno, el dispositivo de carga presurizado 30 recibe una corriente de pasta aguada de hidruro de metal reversible agotada 34. Una pasta aguada de hidruro de metal reversible agotada puede ser una pasta aguada que todavía no se ha hidrurado (por ejemplo, una pasta aguada recientemente formada) y/o una pasta aguada que se ha al menos parcialmente hidrurado. Cada una es discutida con mayor detalle posteriormente. La pasta aguada de hidruro de metal reversible agotada, algunas veces simplemente llamada una pasta aguada agotada, pasta aguada de hidruro de metal, o pasta aguada, incluye tanto hidruro de metal como metal elemental en una forma que es capaz de aceptar hidrógeno adicional para formar hidruro de metal . La proporción de hidruro de metal a metal elemental en la pasta aguada puede ser 1.2% o más en peso. Otros componentes se pueden incluir en la pasta
aguada de hidruro de metal agotada, por ejemplo, un líquido portador, tal como un portador orgánico, y/o un dispersante para estabilizar la pasta aguada, tal como un triglicérido o ácido poliacrílico (-1%) o ácido oleico (-0.125%). La pasta aguada agotada es extraída por una bomba 40 a través de una tubería 42 desde una fuente de pasta aguada de hidruro de metal reversible agotada (por ejemplo, un dispositivo de almacenamiento de pasta aguada de hidruro de metal agotada 46) y forzada a través de una entrada de pasta aguada de hidruro de metal agotada 31 en el dispositivo de carga 30. La pasta aguada en el dispositivo de carga presurizado 30 luego se calienta usando serpentines de calentamiento 36. Cuando la pasta aguada se calienta, el hidruro de metal en la pasta aguada es capaz de estar adicionalmente cargado con gas hidrógeno 23, por lo cual la cantidad de hidrógeno en la forma de un hidruro de metal en la pasta aguada de hidruro de metal se incrementa. Para hidruro de magnesio, las velocidades de reacción son muy lentas hasta que la temperatura del hidruro está arriba de aproximadamente 280°C, el calentamiento de este modo del hidruro de magnesio a esta temperatura puede acelerar la reacción inicial. La velocidad luego generalmente se estimula, y la temperatura y/o presión se pueden disminuir para controlar la velocidad de reacción. Mediante este proceso, la pasta aguada de hidruro de metal agotada llega a ser pasta aguada de hidruro de metal
cargada 38, como se describe posteriormente. La temperatura a la cual la pasta aguada presurizada se calienta para la carga puede estar dentro de un amplio intervalo, por ejemplo, en el intervalo desde aproximadamente 50°C a aproximadamente 350°C, dependiendo del hidruro de metal usado en la pasta aguada. Para hidruro de magnesio, el intervalo de carga es desde aproximadamente 250°C a aproximadamente 400°C (por ejemplo, desde aproximadamente 260°C a aproximadamente 300°C) . El intervalo de temperatura preferido generalmente dependerá de la velocidad de reacción entre el hidrógeno y el hidruro de metal agotado . Generalmente, la temperatura y presión para hidrurar la pasta aguada dependerá una de otra, y dependerá del tipo de metal que se usa en la pasta aguada. Por ejemplo, el hidruro de magnesio requiere temperaturas y presiones relativamente altas para hidrurar la pasta aguada a una velocidad aceptable; la temperatura de equilibrio del hidruro de magnesio a 1.03 kg/cm2 (1 atmósfera) es 279°C. Otros hidruros de metal típicamente pueden lograr velocidades de reacción similares a temperaturas y/o presiones inferiores. Después de la carga, la pasta aguada de hidruro de metal reversible cargada 38 se enfría, por ejemplo, a temperatura ambiente. La pasta aguada de hidruro de metal cargada enfriada 38 no libera una cantidad significativa de hidrógeno mientras su temperatura permanece dentro de un
intervalo frío, y por lo tanto es segura de almacenar y/o transportar. Una "cantidad significativa" de hidrógeno es una cantidad bastante grande para afectar significativamente la cantidad de energía disponible en el sitio de desprendimiento de hidrógeno o la efectividad de costo de usar la pasta aguada como una fuente de energía, o suficiente para crear dificultades de almacenamiento y/o transportación, por ejemplo, debido a incrementos de presión resultantes de la producción de hidrógeno. Por ejemplo, en algunas modalidades, la pasta aguada de hidruro de metal cargada enfriada libera no más de aproximadamente 1% de su hidrógeno total (por ejemplo, no más de aproximadamente 10%, no más de aproximadamente 1%, o no más de aproximadamente 0.1% de su hidrógeno total) . En algunos casos, se cree que la cantidad de hidrógeno liberado podría ser menor (aún considerablemente menor que) 0.1%. El intervalo de temperaturas disponible en el cual la pasta aguada de hidruro de metal cargada no libera una cantidad significativa de hidrógeno depende del hidruro de metal usado en la pasta aguada. Para hidruro de magnesio, la pasta aguada no producirá cantidades significativas de hidrógeno a temperaturas por debajo de aproximadamente 200°C (por ejemplo, por debajo de aproximadamente 100°C, por debajo de aproximadamente 80°C, por debajo de aproximadamente 60°C o por debajo de aproximadamente 40°C) . Otros hidruros reversibles típicamente se deben mantener más fríos.
Una vez que la pasta aguada se ha cargado, una bomba 48 bombea la pasta aguada cargada 38 desde una salida de pasta aguada de hidruro de metal cargada 37 a través de una tubería 50 a un dispositivo de almacenamiento de pasta aguada cargada 52, donde la pasta aguada de hidruro de metal cargada se puede almacenar indefinidamente. El dispositivo de almacenamiento de pasta aguada cargada 52 tiene una salida 56 para permitir que la pasta aguada sea extraída por una bomba 58 en un portador de pasta aguada 60, en este punto un camión cisterna. El portador de pasta aguada 60 podrá ser cualquier cosa capaz de mover un fluido sobre una distancia, tales como vehículos automotrices, vagones, barcos, barcazas, y tuberías u otros conductos. El portador podrá ser camiones del tipo que son usados para transportar gasolina. La bomba 58 puede ser parte de una estación de servicio que está especializada para servir camiones desde un distribuidor único o puede estar disponible para servir camiones de múltiples distribuidores. El portador de pasta aguada 60 transporta la pasta aguada de hidruro de metal cargada 38, que incluye la energía almacenada en el hidruro en forma de hidrógeno, desde la primera ubicación 12 a la segunda ubicación 62. En la segunda ubicación, una estación para descargar la pasta aguada transportada incluye una tubería 76 a través de la cual una bomba 73 extrae la pasta aguada del transportador y la bombea a un tanque de almacenamiento de
pasta aguada cargada 75. Cuando se necesita hidrógeno, la pasta aguada cargada es bombeada por la bomba 74 desde el tanque de almacenamiento de pasta aguada cargada 75 a través de la tubería 77 a una entrada de pasta aguada 72 y en un dispositivo de descarga 70. El dispositivo de descarga contiene un calentador 78 (por ejemplo, un serpentín de calentamiento) para calentar la pasta aguada a una temperatura a la cual el hidruro de metal de la pasta aguada libera hidrógeno. La temperatura de calentamiento es dependiente de las características de descarga del hidruro de metal en la pasta aguada. Para hidruro de magnesio, la temperatura de calentamiento es desde aproximadamente 250°C a aproximadamente 400°C (por ejemplo, desde aproximadamente 290°C a aproximadamente 370°C o desde aproximadamente 320°C y 360°C). Otros hidruros pueden tener diferentes temperaturas a las cuales liberan hidrógeno. Generalmente, la temperatura será al menos aproximadamente 150°C (por ejemplo, al menos aproximadamente 80°C, al menos aproximadamente 100°C, al menos aproximadamente 125°C, al menos aproximadamente 175°C, al menos aproximadamente 200°C, al menos aproximadamente 225°C, al menos aproximadamente 250°C, al menos aproximadamente 275°C, al menos aproximadamente 300°C, al menos aproximadamente 325°C, al menos aproximadamente 350°C, al menos aproximadamente 375°C, o al menos aproximadamente 390°C) y/o a lo mucho aproximadamente
400°C (por ejemplo, a lo mucho aproximadamente 390°C, a lo mucho aproximadamente 375°C, a lo mucho aproximadamente 350°C, a lo mucho aproximadamente 325°C, a lo mucho aproximadamente 300°C, a lo mucho aproximadamente 275°C, a lo mucho aproximadamente 250°C, a lo mucho aproximadamente 225°C, a lo mucho aproximadamente 200°C, o a lo mucho aproximadamente 175°C) . El dispositivo de descarga típicamente operará a una presión determinada por las características de descarga del hidruro de metal y la economía del sistema. Para hidruro de magnesio, las velocidades de descarga más altas ocurren con una presión cerca de la presión atmosférica o inferior. Sin embargo, los compresores de hidrógeno típicamente cuestan menos si el hidrógeno se proporciona a una presión que varía desde 2.68 - 8.96 kg/cm2 (30 psia a 100 psia) . En este caso, el dispositivo de descarga se puede operar en el intervalo de 2.68 - 8.96 kg/cm2 (30 a 100 psia) para reducir el costo del compresor de hidrógeno. El intervalo de presión típicamente será seleccionado para minimizar el costo del sistema. Por ejemplo, si el hidrógeno será consumido por una celda de combustible, la presión requerida solamente puede ser 1.43 -1.79 kg/cm2 (16 a 20 psia). En este caso, el dispositivo de descarga probablemente será operado a una presión de 1.43 -1.79 kg/cm2 (16 a 20 psia) para eliminar la necesidad de un compresor de hidrógeno.
El dispositivo de descarga se diseña para excluir aire y agua, específicamente oxígeno y agua. El dispositivo de carga también se diseña para excluir aire y agua ya que estos materiales pueden reaccionar con el hidruro de metal y prevenir que absorba o desorba hidrógeno. Cuando la pasta aguada de hidruro de metal cargada 38 se calienta y el gas hidrógeno 23 se descarga, la pasta aguada llega a ser pasta aguada de hidruro de metal agotada 34 (una pasta aguada de hidruro de metal que incluye menos de una cantidad significativa de hidrógeno, por ejemplo, debido a que algo de hidrógeno se ha desprendido de la pasta aguada o debido a que la pasta aguada se ha formado nuevamente y no se ha hidrurado) . La pasta aguada reversible agotada es extraída por una bomba 84 a través de una salida de gas 80 en un portador de pasta aguada 60 (el cual podrá ser, por ejemplo, los mismos camiones usados para transportar la pasta aguada) para transportar de nuevo a la primera ubicación 12 (u otra instalación de recarga) para recarga. El gas hidrógeno 23 que se descarga de la pasta aguada de hidruro de metal cargada 38 es venteado a través de una salida de gas 80 y se colecta, por ejemplo, embotella en una botella de hidrógeno 90. El hidrógeno embotellado se puede usar posteriormente como una fuente de energía, transportando efectivamente la energía desde, por ejemplo, la granja eólica en Kansas a, por ejemplo, New York, donde la demanda de
energía es mayor que en Kansas . El hidrógeno embotellado se podrá usar, por ejemplo, para energizar celdas de combustible en un vehículo. Por ejemplo, el hidrógeno se puede descargar de la botella en una celda de combustible en un vehículo en una estación de servicio, o la botella misma se puede colocar en un vehículo y se puede alimentar incrementadamente en una celda de combustible en el vehículo. El hidrógeno se puede embotellar como un gas o como un líquido. En algunos casos, el hidrógeno se puede colocar para usar diferente de una fuente de energía. Por ejemplo, el hidrógeno se puede usar en trabajo de laboratorio como un gas portador para un cromatógrafo de gas, como un reactivo en una reacción química que requiere hidrógeno, o como un gas de soldadura, por ejemplo, para reemplazar el acetileno. En algunas modalidades, la pasta aguada de hidruro de metal recargable se puede usar como una fuente de energía para un vehículo directamente, antes que como una fuente para hidrógeno embotellado. Por ejemplo, la pasta aguada de hidruro de metal recargable se puede bombear directamente en un vehículo, por ejemplo, en un tanque de almacenamiento en un vehículo. El vehículo puede tener un dispositivo de descarga ubicado dentro del vehículo, permitiendo el desprendimiento de hidrógeno para uso como una fuente de combustible en el vehículo. En algunas modalidades, el vehículo también podrá tener un dispositivo de carga, de modo que la pasta aguada de
hidruro de metal recargable se puede recargar dentro del vehículo mismo. El hidrógeno de una fuente de hidrógeno se puede bombear en el dispositivo de carga en el vehículo para hidrurar la pasta aguada. En algunas implementaciones , la pasta aguada de hidruro de metal reversible inicialmente se puede formar en la primera ubicación 12, por ejemplo, en el dispositivo de carga 30. Para este propósito, un líquido inerte {por ejemplo, aceite mineral) 105 puede ser extraído por una bomba 104 de un tanque de líquido inerte 100 a través de una tubería de líquido inerte 102 y en el dispositivo de carga 36. También se incluye un contenedor de almacenamiento 106 para almacenar un formador de hidruro de metal 107, por ejemplo, un metal elemental en forma de polvo. El contenedor de almacenamiento 106 se acopla al dispositivo de carga 30 a través de un conducto para transferencia en el dispositivo de carga 30. Alternativamente, uno o ambos del contenedor de almacenamiento 106 y el dispositivo de líquido inerte 100 se pueden desacoplar al dispositivo de carga; luego el líquido inerte 105 y/o el formador de hidruro 107 se pueden agregar al dispositivo de carga 30 con la mano. Otros componentes de la pasta aguada, tales como, por ejemplo, un dispersante y/o un catalizador de hidruro, se pueden almacenar y agregar al dispositivo de carga 30 para formar la pasta aguada. El formador de hidruro 107, líquido inerte 105, e ingredientes
adicionales opcionales se pueden combinar en el dispositivo de carga 30 para formar una pasta aguada agotada inicial 34. En algunos ejemplos la pasta aguada de hidruro de metal reversible inicialmente se puede formar en otra ubicación y se transporta en camión a la primera ubicación 12 para uso . Aunque solamente una primera ubicación que tiene un dispositivo de carga y una segunda ubicación que tiene un dispositivo de descarga se muestran en la figura 1, la primera ubicación puede incluir múltiples dispositivos de carga, la segunda ubicación puede incluir múltiples dispositivos de descarga, y pueden existir múltiples primeras ubicaciones y segundas ubicaciones que forman una red de distribución para la energía derivada en algunas ubicaciones y usada en otras ubicaciones. En algunos ejemplos, la pasta aguada generalmente incluye un líquido portador, tal como un portador orgánico, un dispersante, tal como un triglicérido , para estabilizar la pasta aguada, y un hidruro de metal reversible y/o formador de hidruro de metal reversible (es decir, el metal y/o aleación del hidruro de metal en forma elemental) dispersado en el líquido portador. La concentración del hidruro y/o formador de hidruro en la pasta aguada típicamente está en el intervalo de 40 a 80% en peso (por ejemplo, 50 a 70% en peso ó 55-60% en peso) . La concentración generalmente es dependiente del
hidruro de metal seleccionado para uso en la pasta aguada. El uso de hidruros de metal más densos resultará en mayores concentraciones de hidruro de metal que el uso de hidruros de metal menos densos . Los hidruros de metal densos son hidruros de metal que tienen una densidad de al menos aproximadamente 1 gm/ml, e incluyen, por ejemplo, lantano penta-niquel , mientras que los hidruros de mental menos densos tienen una densidad de no más de aproximadamente 1 gm/ml, e incluyen, por ejemplo, hidruro de litio. Las pastas aguadas de hidruro de magnesio pueden tener concentraciones de hidruro de al menos aproximadamente 50% en peso (por ejemplo, al menos aproximadamente 55% en peso, al menos aproximadamente 60% en peso, al menos aproximadamente 65% en peso, al menos aproximadamente 70% en peso, o al menos aproximadamente 75% en peso) , y/o a lo mucho aproximadamente 80% en peso (por ejemplo, a lo mucho aproximadamente 75% en peso, a lo mucho aproximadamente 70% en peso, a lo mucho aproximadamente 65% en peso, a lo mucho aproximadamente 60% en peso, o a lo mucho aproximadamente 55% en peso) . Generalmente, mayores porcentajes producen densidades de mayor energía (es decir, la cantidad de energía que se puede obtener de volúmenes de pasta aguada dados) mientras que generalmente son más viscosos y pueden requerir más fuerza de bombeo, mientas que porcentajes menores son típicamente menos viscosos, requiriendo menos fuerza de bombeo, pero produciendo una densidad de energía
inferior . La pasta aguada se puede almacenar y transportar de manera segura, y el hidrógeno se puede extraer fácilmente para el uso como un combustible. La pasta aguada generalmente no es altamente inflamable o combustible y puede ser manejada, almacenada y transportada de manera segura. La pasta aguada es estable a temperaturas y presiones ambientales normales, por ejemplo, de modo que el hidrógeno no se disocia del hidruro y se desprende. Debido a que es un liquido, la pasta aguada fácilmente se puede bombear a través de conductos y en tanques de almacenamiento, dispositivos de transportación, y/o dispositivos de carga y descarga. La pasta aguada incluye un liquido portador, por ejemplo, un líquido inerte en el cual el hidruro de metal y/o formador de hidruro de metal reversible se suspende. Un "líquido fundido" incluye un líquido que no reacciona químicamente ya sea con H2 o con el hidruro de metal y/o formador de hidruro de metal reversible a las temperaturas y presiones en las cuales será usado, y que no desactivará la superficie del hidruro o formador de hidruro con relación a su capacidad catalítica para disociar la molécula de H2 en átomos o para prevenir la recombinación de los átomos en la molécula de H2. El líquido inerte tiene la capacidad de disolver cantidades medibles de hidrógeno. El líquido portador en algunos ejemplos es un
líquido portador orgánico, tal como un aceite mineral o un hidrocarburo de bajo peso molecular, por ejemplo, un alcano (por ejemplo, pentano o hexano) . Otros líquidos portadores podrán incluir hidrocarburos fluorados, tal como perfluorodecano, solventes a base de silicona, líquidos orgánicos saturados, tales como undecano, iso-octano, octano y ciclohexano, o mezclas de hidrocarburos de alto punto de ebullición tal como queroseno, y mezclas de los mismos. En algunos ejemplos, el líquido portador inerte es un aceite mineral ligero no tóxico que exhibe un alto punto de inflamación, en el intervalo de aproximadamente 154°C a aproximadamente 177 °C y una viscosidad en el intervalo de aproximadamente 42 segundos Saybolt Universal (S.U.s.) a aproximadamente 59 S.U.s. El aceite mineral no es químicamente reactivo con hidruros de metal, produce presión de vapor relativamente baja, y permanece líquido a través de un intervalo de temperatura de aproximadamente -40°C a 200°C. El líquido portador vuelve a la pasta aguada bombeable y, como un líquido seguro, simple de almacenar o transportar. El portador puede actuar como una barrera entre el hidruro y agua atmosférica, reduciendo la reacción de los dos para formar un hidróxido, que pueden reducir la capacidad de la pasta aguada para almacenar y liberar hidrógeno. El uso de una pasta aguada permite el fácil reabastecimiento, por relleno de un tanque. Otros portadores pueden trabajar bien, incluyendo portadores
que están sin enlaces de agua y preferiblemente están sin enlaces OH. Los portadores a base de silicona también pueden trabajar para pastas aguadas. En algunos casos, la pasta aguada incluye un dispersante. El dispersante puede ser, por ejemplo, un dispersante triglicérido, el cual estabiliza estéricamente la pasta aguada. El dispersante triglicérido puede ser, por ejemplo, triglicérido de ácido oleico, o trioleína. Otros dispersantes que se podrán usar incluyen dispersantes poliméricos, por ejemplo, Hypermer™ LPl . El dispersante puede ser dispersante polimérico. Una combinación de dispersante triglicérido y polimérico también se puede usar y puede ser particularmente útil si el hidruro es hidruro de magnesio. Otros dispersantes incluyen ácido oleico, ácido poliacrílico , y bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB) . El dispersante puede en algunos casos estar presente a concentraciones de al menos aproximadamente 0.05% (por ejemplo, al menos aproximadamente 0.1%, al menos aproximadamente 0.5%, al menos aproximadamente 0.75%, al menos aproximadamente 1.0%, al menos aproximadamente 1.5%, al menos aproximadamente 2.0%, al menos aproximadamente 2.5%, al menos aproximadamente 3.0%, o al menos aproximadamente 3.5%) y/o a lo mucho aproximadamente 4.0% (por ejemplo, a lo mucho aproximadamente 3.5%, a lo mucho aproximadamente 3.0%, a lo mucho aproximadamente 2.5%, a lo mucho aproximadamente 2.0%, a lo mucho aproximadamente 1.5%, a
lo mucho aproximadamente 1.0%, a lo mucho aproximadamente 0.75%, a lo mucho aproximadamente 0.5%, o a lo mucho aproximadamente 0.1%). Por ejemplo, una mezcla que incluye hidruro de magnesio, aceite mineral ligero y una mezcla de 0.0625% CTAB con 1% ácido poli (acrílico) forma una pasta aguada estable. El CTAB hace a la pasta aguada más fluible y el ácido poli (acrílico) ayuda a mantener las partículas de hidruro de magnesio en suspensión. Otra función del dispersante es unir las partículas de hidruro, incrementando el arrastre de la partícula en el fluido portador ayudando así a prevenir el asentamiento. El dispersante también ayuda a mantener las partículas fuera de aglomeración. El dispersante promueve la formación de la pasta aguada y la estabilización del hidruro en el aceite mineral. Los dispersantes pueden, en ciertas modalidades, también tener propiedades tensioactivas que también pueden ser útiles en la formación de la pasta aguda . El hidruro de metal es típicamente un hidruro de metal reversible, por ejemplo, un hidruro de metal o aleación de metal reversible. Un formador de hidruro reversible, por ejemplo, un formador de hidruro de metal reversible, es cualquier cosa (por ejemplo, cualquier metal o aleación) que es capaz de reaccionar con hidrógeno de manera reversible para formar un hidruro (es decir, que es capaz de ir reversiblemente de forma de hidruro a forma no de hidruro,
generalmente dependiendo de las condiciones a las cuales la pasta aguada se somete) . La reacción, en una forma simple, involucra poner el hidrógeno gaseoso en contacto con el formador de hidruro. En el caso de un formador de hidruro de metal, esta reacción se puede representar como sigue:
+x/2H2 ^? MHx
donde M es el formador de hidruro de metal y X es el número de átomos de hidrógeno en el producto de hidruro final. Esta reacción es algunas veces descrita como un proceso de adsorción antes que un proceso de unión. La dirección de la reacción se determina por la presión del gas hidrógeno y/o la temperatura de la reacción. En algunos ejemplos en los cuales el hidruro de magnesio se utiliza, una temperatura desde aproximadamente 250°C a aproximadamente 400°C (por ejemplo, desde aproximadamente 280°C a aproximadamente 350°C o desde aproximadamente 290°C a aproximadamente 320°C) se requiere para la hidruración del metal, mientras que una temperatura desde aproximadamente 280°C a aproximadamente 400°C (por ejemplo, desde aproximadamente 300°C a aproximadamente 380°C, desde aproximadamente 320°C a aproximadamente 360°C, o desde aproximadamente 310°C a aproximadamente 340°C) resulta en la deshidruración del metal. Otros hidruros pueden operar con
temperaturas y presiones significativamente reducidas, por ejemplo, temperaturas de absorción y desorción de no más de aproximadamente 250°C (por ejemplo, no más de aproximadamente 225°C, no más de aproximadamente 200°C, no más de aproximadamente 175°C, no más de aproximadamente 150°C, no más de aproximadamente 125°C, no más de aproximadamente 100°C, o no más de aproximadamente 80°C) . En ciertas modalidades, las aleaciones y/o mezclas de hidruros pueden mejorar tanto la cinética como los intervalos de temperatura de uso. Los ejemplos se proporcionan posteriormente. Generalmente, para la hidruracion del metal, un incremento en la presión de hidrógeno resulta en una reacción de hidruracion más rápida y/o un requerimiento de temperatura inferior para hidruracion.
En algunos casos, la presión de hidrógeno es al menos aproximadamente 1.34 kg/cm2 (15 psia) (por ejemplo, al menos aproximadamente 4.48 kg/cm2 (50 psia) , al menos aproximadamente 8.96 kg/cm2 (100 psia), al menos aproximadamente 13.44 kg/cm2 (150 psia) , al menos aproximadamente 17.92 kg/cm2 (200 psia) , o al menos aproximadamente 22.40 kg/cm2 i [250 psia) y/o a lo mucho aproximadamente 26.88 kg/cm2 (300 psia) (por ejemplo, a lo mucho aproximadamente 22.40 kg/cm2 (250 psia), a lo mucho aproximadamente 17.92 kg/cm2 (200 psia) , a lo mucho aproximadamente 13.44 kg/cm2 (150 psia) , a lo mucho aproximadamente 8.96 kg/cm2 ( 100 psia) o a lo mucho
aproximadamente 4.48 kg/cm2 (50 psia) . La presión generalmente será parcialmente dependiente de la temperatura (y viceversa) . Por ejemplo, mientras que las pastas aguadas de hidruro de magnesio producen una absorción relativamente rápida de hidrógeno a 300°C a una presión de 13.44 kg/cm2 (150 psia), una temperatura inferior puede proporcionar una reacción más rápida . Generalmente, una reacción rápida es deseable para reducir costos. Durante la absorción, sin embargo, el calor es producido y se debe remover del sistema. Las altas velocidades de liberación de calor podrán potencialmente descomponer el aceite en la pasta aguada. En ciertas modalidades, una combinación de parámetros de temperatura y presión se puede usar para controlar la dirección y velocidad de la reacción, y por consiguiente el calor producido. Por ejemplo, la presión puede ser inicialmente relativamente baja, y luego se puede incrementar cuando el proceso procede. Cuando la reacción de hidruro es reversible, una pasta aguada de un formador de hidruro puede funcionar para transportar energía en la forma de hidrógeno repetidamente, siendo cargada y descargada muchas veces (por ejemplo, al menos aproximadamente 5 veces, al menos aproximadamente 10 veces, al menos aproximadamente 20 veces, al menos aproximadamente 25 veces, al menos aproximadamente 50 veces, al menos aproximadamente 75 veces, al menos aproximadamente
100 veces, al menos aproximadamente 125 veces, al menos aproximadamente 150 veces, al menos aproximadamente 250 veces, al menos aproximadamente 500 veces, al menos aproximadamente 1000 veces, o al menos aproximadamente 2000 veces) . Generalmente, tanto mayor el número de ciclos de carga/descarga, cuando más es efectivo de costo el sistema. Por ejemplo, a gran escala, una pasta aguada de hidruro química usada en forma no reversible (por ejemplo, en la cual el hidrógeno es desprendido mezclando un hidruro de metal con agua para formar hidrógeno y un hidróxido de metal; tal como se describe, por ejemplo, en Solicitud U.S. Serie No. 10/044,813, titulada Storage, Generation, and Use of hydrogen, presentada el 14 de Noviembre de 2002, e incorporada en la presente para referencia) deberá ser capaz de suministrar hidrógeno a un costo de aproximadamente $4/kg de hidrógeno. Si una pasta aguada de hidruro de magnesio reversible porta solamente la mitad de hidrógeno en el punto de suministro, el costo de hidrógeno para un uso único podría ser aproximadamente $8/kg de hidrógeno. Si la pasta aguada de hidruro de magnesio reversible se puede circular 100 veces, sin embargo, el costo de hidrógeno caerá a aproximadamente el costo del hidrógeno usado en la pasta aguada y el costo de transportación de la pasta aguada (por ejemplo, $1.65 + $0.10 + $8/100= $1.83 kg) . Cualquier reutilización de la pasta aguada de hidruro en un sistema reversible reducirá el costo
del hidrógeno. En ciertos ejemplos, un factor limitante del número de veces que la pasta aguada se puede cargar y descargar es la formación lenta de la forma de óxido o hidróxido del formador de hidruro químico, por ejemplo, debido a la exposición a la humedad atmosférica o aire. Otro punto que puede limitar la vida de una pasta aguada de hidruro de metal puede ser el daño a los aceites y dispersantes. Estos puntos pueden influenciar cuán frecuentemente la pasta aguada de hidruro debe regresar a la fábrica para ser recirculada. Para recircular la pasta aguada de hidruro, los aceites primero son separados de los sólidos. Luego los sólidos se reforman a metales puros. Luego los metales son aleados para formar formador de hidruro fresco y el formador de hidruro fresco se hace reaccionar con hidrógeno para formar pasta aguada de hidruro fresca. Generalmente, cualquier formador de hidruro reversible podría ser adecuado, incluyendo formadores de hidruro de metal y/o aleación de metal, tales como, por ejemplo, formadores de hidruro de magnesio, vanadio, FeTi, CaNi2, MgNi2, NaAl u otro metal si es un metal elemental, aleación de metal o material intermetálico. Los formadores de hidruro intermetálico incluyen LaNi4.5 Al5, LaNi5 y TiFe.7 Mn2. Los formadores de hidruro metálico incluyen metales de transición (Grupos IIIA a VIIIA de la tabla periódica) , incluyendo la serie de lantánido y actinido. Tienen una
capacidad grande de almacenamiento de hidrógeno acoplada con fácil liberación de hidrógeno a temperaturas y presiones moderadas y una capacidad de sufrir muchos ciclos de absorción y desorción con poca disminución de capacidad. Los metales y aleaciones de metal conocidas para formar hidruros reversibles para capturar de manera reversible hidrógeno incluyen aleaciones de titanio como se describe en la Patente de Estados Unidos No. 4,075,312, aleaciones de lantano como se describe en la Patente de Estados Unidos No. 4,142,300, y otras aleaciones como se muestra en la Patente de Estados Unidos No. 4,200,623. Los metales elementales conocidos para formar hidruros de metal se describen en "Metal Hydrides" de W. M. Mueller, J.P. Blackledge and G.G. Libowitz, Academic Press, N.Y. 1968. Estas patentes y referencias se incorporan en la presente para referencia. La pasta de aguada inicialmente se forma agregando un formador de hidruro de reversible y opcionalmente un dispersante a un líquido portador. El formador de hidruro reversible generalmente es finamente molido antes de ser mezclado con los otros componentes de la pasta aguada. En algunos casos, el polvo de formador de hidruro reversible primero se combina con una mezcla de aceite mineral y dispersante, el cual luego es molido (por ejemplo, en un triturador o molino) para reducir adicionalmente el tamaño de las partículas. En algunos casos, las partículas finales son
principalmente desde aproximadamente 1 miera a aproximadamente 200 mieras (por ejemplo, desde aproximadamente 1 miera a aproximadamente 100 mieras o desde aproximadamente 1 miera a aproximadamente 50 mieras) de tamaño a través de su dimensión más pequeña. En algunos casos, una cantidad pequeña de hidruro (por ejemplo, un hidruro que incluye el mismo formador de hidruro reversible se agrega a la pasta aguada) se agrega a la pasta aguada previo a la carga de la pasta aguada. La cantidad de hidruro agregada al formador de hidruro en algunas modalidades es desde aproximadamente 1% a aproximadamente 50% (por ejemplo, desde aproximadamente 3% a aproximadamente 20%). El intervalo más efectivo de costo típicamente dependerá de la velocidad de reacción y el costo del formador de hidruro. Para hidruro de magnesio, el hidruro puede funcionar como un catalizador, incrementando la velocidad de formación de hidruro por el formador de hidruro reversible, por ejemplo, como se describe en la Patente de Estados Unidos No. 5,198,207, incorporada en la presente para referencia. En algunos casos, tal como cuando la pasta aguada agotada es una que se ha cargado y se ha descargado, se ha hecho hipótesis que algo de hidruro permanece en forma de hidruro y proporciona la función de catalizador sin la necesidad de adición de un hidruro químico como un catalizador. Los ejemplos de las pastas aguadas pueden tener una característica de flujo similar a líquido que puede permitir
el uso de infraestructura de combustible liquido existente en el almacenamiento y transportación de la pasta aguada. La naturaleza del liquido portador, la cantidad de dispersante, y el tamaño de las partículas de hidruro todo afecta la viscosidad de la pasta aguada. El aceite en la pasta aguada puede proteger el hidruro de contacto no intencional con la humedad en el aire. La pasta aguada puede servir como una trayectoria para la disipación de calor generado de la reacción de carga exotérmica. El dispersante mantiene las partículas de hidruro en suspensión. El dispersante une las partículas y detiene las partículas adyacentes para prevenir la aglomeración de las partículas. La pasta aguada se quema solamente si se aplica alto calor, como por un soplete, y se mantiene. En la remoción del calor, el quemado de la pasta aguada cesa y las llamas se extinguen . La pasta aguada generalmente es capaz de mantener entre aproximadamente 3% y aproximadamente 6% en peso de hidrógeno. La pasta aguada en algunas modalidades puede absorber hasta 100% de la cantidad teórica de hidrógeno que se puede absorber. La pasta aguada en ciertas modalidades puede liberar desde aproximadamente 70% a aproximadamente 98% del hidrógeno absorbido (por ejemplo, desde aproximadamente 80 a 98% o desde 90 a 98% del hidrógeno absorbido) . El hidruro residual que permanece puede funcionar luego como un
catalizador para recarga de la pasta aguada. El dispositivo de carga incluye un recipiente de contención de pasta aguada y un dispositivo de calentamiento (por ejemplo, serpentines de calentamiento, un intercambiador de calor, un tapón de calentamiento, y/o un intercambiador de calor de contra-flujo) para calentar la pasta aguada en este a la temperatura de carga. El dispositivo de carga también incluye una entrada de gas hidrógeno y opcionalmente un regulador de presión para mantener la presión de carga dentro del recipiente. Cuando la reacción de carga es exotérmica, el dispositivo de carga puede incluir un aparato de remoción de calor (por ejemplo, una bomba de calor, intercambiador de calor, ylo un tapón) para mantener la pasta aguada que se carga dentro de un intervalo de temperatura deseado. El dispositivo de carga también puede incluir agitar o mezclar componentes para crear una distribución de temperatura más uniforme en toda la pasta aguada y para asistir en la distribución de hidrógeno en toda la pasta aguada. El dispositivo de carga se puede suministrar con pasta aguada recientemente creada, pasta aguada agotada o una combinación de las dos. En algunos ejemplos, tal como en la figura 1, el dispositivo de carga opera en una base de lote por lote. La pasta aguada agotada es bombeada en el dispositivo, el cual se calienta y suministra con gas hidrógeno hasta que la pasta
aguada se carga. La presión se ventea, la pasta aguada se enfría, y la pasta aguada se bombea del dispositivo (por ejemplo, a un tanque de almacenamiento) . El proceso luego es repetido . En otras implementaciones , el dispositivo de carga opera continuamente cuando pasta agua es continuamente bombeada, calentada, cargada, enfriada y removida. Como se muestra en la figura 2, en un aparato de carga de modo continuo 150, la pasta aguada de hidruro de metal agotada 152 se alimenta por una bomba 154 en una primera sección de tubería 156, donde se calienta a la temperatura de carga por serpentines de calentamiento 158. Una vez caliente, el hidruro de metal agotado se bombea en una cámara de presión 160 que tiene un espacio de encabezamiento 161 ubicado arriba de la pasta aguada 152. El gas hidrógeno 162 se introduce vía las entradas de gas 163 en el espacio de encabezamiento 161, donde está en contacto directo con una superficie 153 de la pasta aguada 152. El gas hidrógeno 162 se introduce bajo suficiente presión, dada la temperatura seleccionada, para iniciar la reacción de hidruro. La cámara de presión 160 es de una longitud 1 suficiente, cuando se combina con la velocidad de flujo de la pasta aguada, para resultar en un tiempo muerto de la pasta aguada en la cámara de presión 160 suficiente para completar sustancialmente la carga de la pasta aguada. Cuando el metal en la pasta aguada de hidruro de metal agotada 152 es
hidrurado para formar una pasta aguada de hidruro de metal cargada 168, el calor se da por la pasta aguada. Un intercambiador de calor opcional 166 colecta y transfiere el calor de la pasta aguada a la primera sección de tubería 156, donde asiste en el calentamiento de la pasta aguada de hidruro de metal agotada. Una vez que la pasta aguada es completamente cargada, sale de la cámara de presión 160 y entra a la tercera sección de tubería 172, en la cual se enfría a aproximadamente temperatura ambiente, por ejemplo, por el intercambiador de calor 166. La pasta aguada de hidruro de metal cargada luego se bombea fuera del dispositivo de carga 150. En una variación de este arreglo, el proceso se podrá iniciar bombeando algo de la pasta aguada descargada a través de un intercambiador de calor de contra-flujo y luego a través de un calentador (que podría elevar la temperatura de la pasta aguada descargada a la temperatura de operación hasta que exista suficiente calor de la pasta aguada que deja la sección de carga) y luego en el volumen de carga donde el hidrógeno hará contacto con la pasta aguada. Una reacción entre el hidruro agotado y el hidrógeno producirá calor, algo del cual se debe remover activamente para mantener la temperatura de la pasta aguada a la temperatura de reacción deseada. Después de que está en la sección de hidruración por un par de horas, la hidruración se deberá completar y la pasta aguada de hidruro cargada parará de nuevo a través del
intercambiador de calor de contra-flu o y en un contenedor separado para la pasta aguada cargada. La pasta aguada caliente que pasa a través de un lado del intercambiador de calor de contra-flujo perderá su calor a la pasta aguada agotada fría que pasa a través del otro lado del intercambiador de calor de contra-flujo. Generalmente, el dispositivo de descarga es similar al dispositivo de carga. El dispositivo de carga generalmente incluye un recipiente de contención de fluido y un dispositivo de calentamiento (por ejemplo, serpentines de calentamiento, un intercambiador de calor, y/o un tapón de calentamiento) para calentar la pasta aguada en este a la temperatura de descarga. Donde se utiliza hidruro de magnesio, la temperatura de descarga puede ser al menos aproximadamente 280°C (por ejemplo, al menos aproximadamente 300°C, al menos aproximadamente 320°C, al menos 340°C, al menos aproximadamente 350°C, al menos aproximadamente 360°C, al menos aproximadamente 370°C, al menos aproximadamente 380°C, o al menos aproximadamente 390°C) y/o a lo mucho aproximadamente 400°C (por ejemplo, a lo mucho aproximadamente 390°C, a lo mucho aproximadamente 380°C, a lo mucho aproximadamente 370°C, a lo mucho aproximadamente 360°C, a lo mucho aproximadamente 350°C, a lo mucho aproximadamente 340°C, a lo mucho aproximadamente 320°C, o a lo mucho aproximadamente 300°C) . Otros hidruros pueden operar con temperaturas y presiones
reducidas. El dispositivo adicionalmente incluye una salida de gas hidrógeno para liberar gas hidrógeno del recipiente. El dispositivo de descarga opcionalmente adicionalmente incluye un aparato de remoción de calor (por ejemplo, una bomba de calor, intercambiador de calor, o un intercambiador de calor de contra-flu o aislado) para reducir la temperatura de la pasta aguada una vez que se agota de hidrógeno liberable. En algunos ejemplos, tal como en la figura 1, el dispositivo de descarga opera en una base de lote por lote. La pasta aguada cargada se bombea en el dispositivo y se calienta, en este tiempo el hidrógeno se desprende de la pasta aguada. La pasta aguada agotada luego es opcionalmente enfriada y bombeada del dispositivo (por ejemplo, a un tanque de almacenamiento). El proceso luego se repite. En algunos ejemplos, la pasta aguada cargada es continuamente bombeada en el dispositivo de descarga, se calienta, agota, enfría y remueve. La figura 3 ilustra un ejemplo de un dispositivo de descarga de modo continuo 200, en el cual la pasta aguada de hidruro de metal cargada 202 se alimenta por una bomba 204 en una primera sección de tubería 206, donde se calienta a la temperatura de absorción usando serpentines de calentamiento 208. Una vez calentada, la pasta aguada de hidruro de metal cargada 202 pasa en una cámara de desorción 210 que tiene un espacio de encabezamiento 211 arriba de una superficie 203 de la pasta aguada 202. El gas
hidrógeno 212 se desorbe de la pasta aguada cargada 202 en el espacio de encabezamiento 211, del cual se ventea vía las salidas de gas 212. Una válvula de presión 214 se puede usar para controlar la presión dentro del espacio de encabezamiento 211. La longitud 1' de la tubería de cámara de desorción 210 es suficiente, cuando se toma en combinación con la velocidad de flujo de la pasta aguada, para permitir que sustancialmente todo el hidrógeno disponible sea desorbido. La pasta aguada, la cual ahora es una pasta aguada de hidruro de metal agotada 216, sale de la cámara de desorción 210 y entra a una tercera sección de la tubería 220, en la cual se enfría a aproximadamente temperatura ambiente, opcionalmente por medio de un intercambiador de calor 222 el cual toma el calor de la pasta aguada de hidruro de metal agotada 216 y lo aplica a la pasta aguada de hidruro de metal cargada 202 que entra al dispositivo de descarga 200. La pasta aguada de hidruro de metal agotada 216 luego es bombeada fuera del dispositivo de descarga 200, por ejemplo, para almacenamiento y/o transporte. La válvula de presión 214, en algunos casos, se puede acoplar a un sistema de enfriamiento 226 para enfriar el gas hidrógeno 212 y para condensar cualquiera de los aceites 228 los cuales se han volatilizado y venteado conjuntamente con el gas hidrógeno 212. Cualquier aceite 228 así condensado se podrá agregar de nuevo en la pasta aguada
de hidruro de metal agotada 216. El gas hidrógeno 212 puede, en algunos casos, ser quemado a través de un filtro 230, por ejemplo, un filtro de carbón vegetal, para remover cualquiera de los aceites restantes u otras impurezas. El gas hidrógeno ahora purificado 212 ' luego se puede alimentar para procesamiento adicional, tal como, por ejemplo, embotellado. Alternativamente, el gas hidrógeno 212' se puede suministrar a un proceso que consume hidrógeno tal como una celda de combustible o un sistema de soldadura. Generalmente, una primera fuente de energía se usa para formar o extraer el hidrógeno que se almacena en la pasta aguda de hidruro. La primera fuente de energía es, en ciertos ejemplos, una fuente de energía que está fácilmente disponible en una ubicación particular (por ejemplo, una primera ubicación) y/o no está fácilmente disponible e, y/o no fácilmente transferible a, una segunda ubicación. Tales fuentes de energía incluyen fuentes de energía renovable tales como, por ejemplo, energía eólica, geotérmica, hidroeléctrica, oceánica (por ejemplo, extracción de la energía de olas oceánicas, mareas, o en la energía térmica almacenada en el océano) , biomasa, y energía solar en la forma de calor o electricidad. Tales fuentes de energía generalmente no producen gases de invernadero y no se someten a agotamiento. La biomasa puede producir gases de invernadero, pero típicamente no contribuye a cantidades
sustanciales de gases de invernadero adicionales a la atmósfera, puesto que la biomasa usa los gases de invernadero para producir los mismos. En algunas modalidades, la energía nuclear se puede utilizar para producir hidrógeno. En otras modalidades, la energía nuclear se puede utilizar para producir hidrógeno. En otras modalidades, los combustibles generalmente utilizados como fuentes de energía (por ejemplo, carbón, aceite, y/o gas natural) se pueden utilizar para producir hidrógeno. El hidrógeno se puede producir a un pequeño número de ubicaciones, donde se puede tomar cuidado de reducir la contaminación resultante del quemado de tales combustibles . Muchas de estas fuentes de energía no son por si mismas fácilmente transportables en una forma no usada y/o estable, en contraste con los combustibles fósiles. Además, muchas de estas fuentes de energía están en ubicaciones en las cuales la demanda de energía es baja (por ejemplo, áreas de baja densidad de población y/o poca industrialización) . Por ejemplo, como se ilustra en la figura 1, la primera ubicación 12, Kansas, tiene una abundancia de energía eólica disponible, pero poca demanda de energía cuando se compara con otras partes del país. En algunas ubicaciones, la energía disponible es mayor que la demanda de energía. Este exceso de energía se puede almacenar y transportar a ubicaciones de mayor demanda de energía.
Ejemplo 1 Una mezcla de 50% en peso de hidruro de magnesio y aceite de transferencia de calor Paratherm NF se colocó en autoclave Parr, donde se sometió a las siguientes condiciones experimentales. Una gráfica tanto de temperatura como presión del autoclave como una función de tiempo se encuentra en la figura 4. El autoclave se purgó con hidrógeno cinco veces a una presión de 13.44 kg/cm2 (150 psia) para reducir el contenido de oxígeno del gas en el recipiente a no más de aproximadamente 2 ppm. La presión en el recipiente se redujo a presión atmosférica después de cada presurización y después de la presurización final. El recipiente se calentó a 140°C, una temperatura a la cual cualquiera agua en el aceite podría haber reaccionado con el hidruro de magnesio para formar hidrógeno. La elevación de la presión resultante podría haber causado que el hidrógeno producido deje el recipiente y sea colectado en una botella invertida llena de agua; no se observaron burbujas, indicando que no estuvo presente agua en el aceite. El recipiente se calentó a 370°C, una temperatura a la cual el hidrógeno se desorbe del hidruro de magnesio, y se vio que el hidrógeno se desprendió por un período de aproximadamente 2 horas, durante este tiempo aproximadamente 80% del hidrógeno teóricamente unido en el hidruro de
magnesio se desprendió. El hidrógeno desprendido se midió en una botella invertida que desplazó agua en la botella. El autoclave luego se presurizó con gas hidrógeno a 13.44 kg/cm2 (150 psia) , mientras que la temperatura se mantuvo a aproximadamente 370°C. La presión cayó solamente unos cuantos psi durante el transcurso de 1.4 horas, indicando que poco hidrógeno fue absorbido por la pasta aguada. La temperatura luego se redujo a aproximadamente 320°C. A esta temperatura el hidrógeno fue fácilmente absorbido (es decir, fue fácilmente incorporado en hidruro de magnesio) . El sistema se mantuvo a esta condición por 1.5 horas, con una presurizacion de hidrógeno adicional, y luego se enfrio. Como se puede ver en la gráfica de la figura 4, cuando inicialmente se calentó a aproximadamente 370°C, la pasta aguada no desprendió hidrógeno (indicado por la presión de casi 0 psia) . Una cantidad de hidrógeno ajustada se introdujo, indicado por el incremento de presión a aproximadamente 13.44 kg/cm2 (150 psia) a aproximadamente 10000 segundos. A esta temperatura y presión, la pasta aguada no absorbió el hidrógeno (indicado por la presión que permanece a aproximadamente 13.44 kg/cm2 (150 psia) tiempo extra) . Una vez que la temperatura se redujo a la temperatura de absorción de aproximadamente 320°C, la presión cayó, indicando que el hidrógeno fue absorbido por la pasta aguada. La velocidad de caída de presión incrementó tiempo extra. Esto
se cree que es una función del hidruro de magnesio formado inicialmente que actúa como un catalizador, acelerando la reacción de hidruro y utilizando el hidrógeno a un paso más rápido. En la adición de más hidrógeno al sistema (indicado por la punta de presión a aproximadamente 18000 segundos) , la velocidad o caída de presión (indicativa de la velocidad de absorción de hidrógeno) incrementó de nuevo, disminuyendo poco a poco solamente cuando la temperatura se redujo al final del experimento . Mientras que las modalidades descritas anteriormente se refieren generalmente a la formación de hidrógeno en o cerca del sitio de carga o formación de hidruro de metal, el hidrógeno puede por si mismo ser almacenado y transportado a los sitios de carga de hidruro de metal. Por ejemplo, el hidrógeno se puede transportar de reformadores de metano de vapor a gran escala a mercados remotos (por ejemplo, mercados de varios cientos de millas lejos) . Otras modalidades están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.