Introducción
La tecnología de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido es una de las direcciones principales para superar el cuello de botella del almacenamiento y transporte de hidrógeno. Los materiales a base de tierras raras (como los aleaciones de almacenamiento de hidrógeno tipo AB₅) y los materiales a base de magnesio (como MgH₂) se complementan en términos de densidad de potencia, coste y seguridad debido a sus diferencias en propiedades materiales. En abril de 2025, se vieron avances frecuentes en la industrialización de estos dos tipos de materiales en el sector global de energía de hidrógeno: la Universidad de Ciencia y Tecnología de China anunció que la densidad de almacenamiento de hidrógeno atmosférico de los tanques de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras alcanzó el 7,2% en peso, y ThyssenKrupp en Alemania lanzó un sistema de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio con un ciclo de vida superior a quinientos ciclos. Este artículo, basado en los desarrollos industriales de esta semana, revisa sistemáticamente las vías tecnológicas, la adaptabilidad a escenarios y las prácticas de industrialización de empresas nacionales para estos dos tipos de materiales, y explora sus caminos de desarrollo colaborativo.
I. Almacenamiento de Hidrógeno en Estado Sólido a Base de Tierras Raras: La "Tecnología Fundamental" para Escenarios de Alta Densidad de Potencia
1. Características Técnicas y Avances Clave
Los materiales de almacenamiento de hidrógeno a base de tierras raras, representados por LaNi₅ y MmNi₅ (aleaciones de níquel a base de tierras raras mixtas), logran el almacenamiento de hidrógeno a través de reacciones de hidruros metálicos. Sus ventajas técnicas incluyen:
Alta Densidad de Almacenamiento de Hidrógeno Volumétrico: Bajo presión normal, puede alcanzar 30-35 kg/m³ (más del doble que el almacenamiento de hidrógeno líquido), adecuado para escenarios con restricciones de espacio como vehículos de pasajeros y drones.
Amplio Rango de Temperatura de Estabilidad: Rango de temperatura operativa de -30°C a 100°C, con excelente rendimiento de arranque en frío a bajas temperaturas (absorción de hidrógeno completada en cinco minutos).
Ciclo de Vida: A nivel de laboratorio ha superado los diez mil ciclos (verificado por los camiones pesados de hidrógeno de Toyota).
Avances Clave en Abril de 2025:
Nueva Aleación de Tierras Raras-Metal de Transición por USTC: Utilizando el sistema compuesto CeCo₀.8Ni₀.2, la densidad de almacenamiento de hidrógeno alcanza el 7,2% en peso bajo una presión normal de 1 MPa, con un ciclo de vida superior a doce mil ciclos, planeado para su uso en el proyecto de demostración de autobuses de hidrógeno de Shanghai Lingang.
Línea de Producción de Bajo Coste y Gran Escala de China Northern Rare Earth: Lanzada en Baotou, Mongolia Interior, con una capacidad anual de producción de cincuenta mil conjuntos de tanques de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras, utilizando aleaciones a base de Pr-Nd (contenido de lantano-cerio >60%), con un coste unitario reducido en un 40% en comparación con los productos importados.
Material Compuesto a Base de Tierras Raras-Vanadio por Youyan Technology Group: Desarrolló una nueva aleación (V₀.3Ce₀.7), con una densidad de almacenamiento de hidrógeno de 35 kg/m³ bajo una presión de 5 MPa, adecuada para sistemas de propulsión de barcos de hidrógeno.
2. Escenarios de Aplicación Central y Prácticas Nacionales
(1) Suministro Dinámico de Hidrógeno para Vehículos de Células de Combustible
Adaptabilidad Técnica: Los tanques de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras pueden satisfacer las demandas frecuentes de arranque y parada de los vehículos de células de combustible. Por ejemplo, el camión pesado de hidrógeno chino "Hydrogen Teng 3.0" está equipado con un módulo de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras, logrando un alcance de conducción de ochocientos kilómetros en la línea de transporte de carbón de Ordos, con una reducción del 12% en el consumo de hidrógeno por cada cien kilómetros en comparación con los sistemas de hidrógeno puro.
Caso Más Reciente: Jie Hydrogen Technology de Shanghai ha asociado con China Northern Rare Earth para integrar tanques de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras en los sistemas de almacenamiento de estaciones de repostaje de hidrógeno, compatibles con estaciones de repostaje de hidrógeno de 35 MPa, con el objetivo de alcanzar una tasa de localización superior al 90% para 2026.
(2) Generación de Energía Distribuida para Ajuste de Picos
Solución de Integración del Sistema: Los tanques de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras se integran con células de combustible para lograr una conversión bidireccional "hidrógeno-electricidad". El sistema de generación de energía distribuida de 50 kW lanzado por Hyzon Motors de Alemania puede proporcionar suministro de energía estable durante las cargas pico de la red, con una eficiencia cíclica del 45%.
Aplicación Nacional: Weishi Energy ha introducido un sistema de generación de energía distribuida de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras-células de combustible, adecuado para escenarios de respaldo de centros de datos, reduciendo el tiempo de respuesta a diez segundos.
(3) Suministro de Energía de Emergencia y Equipos de Alta Gama
Solución de Toshiba: Una célula de combustible de 5 kW combinada con un tanque de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras se ha desplegado como suministro de respaldo en un centro de datos de Tokio.
Avance Nacional: Zhongzi Environmental Protection ha desarrollado una tecnología de recuperación de catalizadores de tierras raras, logrando una tasa de recuperación superior al 95% de lantano y cerio mediante procesos hidrometalúrgicos, reduciendo los costes en un 60% en comparación con las tierras raras primarias.
II. Almacenamiento de Hidrógeno en Estado Sólido a Base de Magnesio: Un "Disruptor" para el Almacenamiento de Energía de Larga Duración de Bajo Coste (LDES)
1. Características Técnicas y Avances Nacionales
Los materiales de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio (por ejemplo, MgH₂) almacenan hidrógeno a través de la reacción reversible de magnesio e hidrógeno, con una densidad teórica de almacenamiento de hidrógeno del 7,6% en peso. Sin embargo, la cinética es lenta (requiere activación a alta temperatura). Los avances tecnológicos de 2025 se centran en:
Modificación de Estructura Nano: Los partículas de magnesio se refinan a menos de 50 nm mediante molienda, reduciendo la temperatura de absorción de hidrógeno de 300°C a 150°C e incrementando la tasa de absorción de hidrógeno en tres veces.
Optimización de Catalizador: El catalizador bimetálico Ti/Fe desarrollado por ThyssenKrupp aumentó el ciclo de vida de MgH₂ de trescientos a quinientos ciclos.
Avances Clave en Abril de 2025:
Proyecto de Hidrógeno Verde de China Energy Construction en Oriente Medio: Utilizó tanques de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio para almacenar la capacidad de producción de hidrógeno fluctuante de energía eólica y solar, con una duración de almacenamiento de hidrógeno de setenta y dos horas, reduciendo los costes del sistema en un 40% en comparación con el almacenamiento de hidrógeno líquido.
Línea de Producción Anual de 200 MWh de Yunhai Metals: Estableció una línea de producción de tanques de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio en Chizhou, Anhui, empleando un proceso integrado de molienda-sinterización, aumentando la tasa de rendimiento al 75%, y aplicado en el proyecto integrado de fotovoltaica-hidrógeno-almacenamiento de Qinghai.
Solución de Almacenamiento y Transporte Transfronterizo de Shanghai Magnesium Power: Se asoció con Mitsui para pilotar un ensayo de "producción de hidrógeno por reformado de vapor de metano-almacenamiento a base de magnesio" en Dubái, con una capacidad de tanque de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio de 10 MWh, reduciendo el volumen en un 60% en comparación con los tanques de hidrógeno líquido.
2. Escenarios de Aplicación Central y Prácticas Nacionales
(1) Almacenamiento de Energía de Larga Duración Industrial
Proyecto de la Nueva Ciudad NEOM en Arabia Saudita: China Energy Engineering Corporation proporcionó un sistema de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio de 50 MWh para mitigar la intermitencia de la generación de energía eólica y solar, reduciendo el coste del ciclo de vida en un 40% en comparación con el almacenamiento de hidrógeno líquido.
Material de Almacenamiento de Hidrógeno Compuesto de Tierras Raras-Magnesio de CATL: Desarrolló un material compuesto Mg₂NiH₄/CeO₂, reduciendo la temperatura de absorción de hidrógeno a 150°C, adecuado para camiones pesados en la línea de transporte de carbón de Ordos, aumentando el alcance de conducción a mil kilómetros.
(2) Suministro de Hidrógeno en Islas y Redes Aisladas
Proyecto de Kagoshima en Japón: Toray desplegó un electroizador de 5 MW + un sistema de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio de 20 MWh para lograr el suministro de energía a comunidades aisladas, reduciendo el coste del ciclo de vida en un 25% en comparación con la generación de energía diésel.
Escenario de Adaptación Nacional: Yunhai Metals proporcionó un sistema a base de magnesio para el Proyecto de Almacenamiento de Hidrógeno de Energía Eólica y Solar de Qinghai, almacenando cuarenta y ocho horas de capacidad fluctuante, reduciendo el coste en un 50% en comparación con el hidrógeno líquido.
(3) Comercio Transfronterizo de Energía de Hidrógeno
Proyecto Piloto de LNG a Hidrógeno entre Oriente Medio y Asia Oriental: Shanghai Magnesium Power colaboró con Mitsui para transportar hidrógeno en forma sólida por mar a Asia Oriental, evitando los altos costes y riesgos de seguridad del almacenamiento y transporte en estado líquido.
III. Comparación de Vías Tecnológicas y Estrategias de Desarrollo Colaborativo
- Comparación de Parámetros de Rendimiento
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Dimensiones |
Almacenamiento de Hidrógeno a Base de Tierras Raras |
Almacenamiento de Hidrógeno a Base de Magnesio |
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Densidad de Almacenamiento de Hidrógeno |
Densidad en masa 1,5-2,0% en peso |
Teórico 7,6% en peso, volumen >50 kg/m³ |
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Temperatura de Operación |
-30°C a 100°C |
150°C a 300°C (se requiere fuente de calor) |
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Ciclo de Vida |
Superior a diez mil ciclos |
Quinientos a mil ciclos (después de la optimización del catalizador) |
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Coste |
Alto (las fluctuaciones en el precio de las tierras raras son significativas) |
Bajo (los recursos de magnesio son abundantes) |
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Seguridad |
Almacenamiento de hidrógeno a presión atmosférica, sin riesgo de fuga |
La activación a alta temperatura presenta un riesgo de escape térmico |
2. Escenarios de Aplicación Colaborativa y Prácticas Nacionales
(1) Sistema de Almacenamiento de Hidrógeno Híbrido
Escenario de Estación de Repostaje de Hidrógeno: La Estación de Repostaje de Hidrógeno de Anting en Shanghai utiliza tanques de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras para manejar el repostaje de vehículos de alta frecuencia, mientras que los tanques de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio almacenan hidrógeno verde de bajo coste.El sistema combinado reduce los costos en un 20%.
Escenario de Microred: Los materiales de tierras raras satisfacen las demandas instantáneas de alta potencia (como durante las fluctuaciones de la energía fotovoltaica), mientras que los materiales a base de magnesio manejan la producción y almacenamiento de hidrógeno durante los períodos de electricidad barata fuera de horario pico por la noche.
(2) Tecnología de Modificación de Materiales
Desarrollo de Aleaciones de Tierras Raras-Magnesio: Por ejemplo, el material compuesto Mg₂NiH₄ logra una densidad de almacenamiento de hidrógeno del 3,5% en peso y reduce la temperatura de absorción de hidrógeno a 100℃, actualmente en fase de pruebas piloto.
Proceso de Recubrimiento Nano: Recubrir partículas de magnesio con óxidos de tierras raras (como CeO₂) inhibe la descomposición de hidrógeno, aumentando la vida útil en ciclo a 800 ciclos.
IV. Desafíos de Industrialización y Oportunidades Políticas
1. Cuellos de Botella Técnicos y Direcciones de Avance
Serie de Tierras Raras: Las fluctuaciones en el suministro de tierras raras ligeras (por ejemplo, lantano, cerio) incrementan los costos, lo que requiere el desarrollo de sistemas libres de cobalto/níquel (por ejemplo, aleaciones de almacenamiento de hidrógeno a base de hierro).
Serie a Base de Magnesio: El rendimiento de las líneas de producción de mil toneladas es inferior al 60%, necesitándose avances en procesos de molienda automática y tecnologías de gestión térmica.
2. Vinculación de Políticas y Capital
Políticas Nacionales: El Ministerio de Finanzas ha incluido la I+D de materiales de almacenamiento de hidrógeno a base de tierras raras en el ámbito de subvenciones, con una subvención máxima de 500,000 yuanes por vehículo; los sistemas de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio reciben una subvención de 0,3 yuanes/Wh según la capacidad de ESS.
Despliegue de Capital: En el primer trimestre de 2025, la financiación nacional en el sector de energía de hidrógeno superó los 20,000 millones de yuanes, con la pista de almacenamiento de hidrógeno sólido representando el 35%, centrada en materiales a base de magnesio (Yunhai Metals, Magnesium Power) y catalizadores de tierras raras (Zhongzi Environmental Protection).
V. Perspectiva Futura: De la Doble Impulsión a la Competencia y Cooperación Global
Corto Plazo (2025-2030): Las tierras raras dominan el transporte y los escenarios distribuidos, mientras que la base de magnesio se enfoca en ESS industriales y el comercio transfronterizo.
Mediano Plazo (2030-2035): Los materiales de aleación de tierras raras-magnesio alcanzan la comercialización, y los sistemas híbridos de almacenamiento de hidrógeno se convierten en la corriente principal.
Largo Plazo (post-2035): El almacenamiento de hidrógeno sólido, el hidrógeno líquido y el almacenamiento de hidrógeno en líquidos orgánicos forman una competencia de múltiples rutas tecnológicas, acercando el costo de toda la cadena de energía de hidrógeno al de las energías tradicionales.
Conclusión Central: Las empresas nacionales, a través de la estrategia de doble impulsión de "tierras raras asegurando el transporte y la base de magnesio expandiendo ESS", han desarrollado capacidades de cadena completa en materiales, integración de sistemas y comercio transfronterizo. En el futuro, será necesario superar aún más cuellos de botella como la gestión térmica y la fabricación a gran escala, promoviendo la transición de la tecnología de almacenamiento de hidrógeno sólido desde el laboratorio a aplicaciones a gran escala, y proporcionando una solución china con ventajas tanto en costos como en rendimiento para la industria global de energía de hidrógeno.
