Dinamarca sigue a toda máquina: imprimen motores de hidrógeno en 3D y logran quintuplicar su potencia

Dinamarca no levanta el pie del acelerador en su carrera por la sostenibilidad. Tras sorprendernos recientemente con sus innovadoras puertas de hongo resistentes al fuego y sus sistemas para generar energía limpia y agua potable simultáneamente mediante el oleaje, el país nórdico vuelve a sorprender al sector energético.

Investigadores del departamento de Almacenamiento y Conversión de Energía de la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) han desarrollado un nuevo concepto de motores de hidrógeno mediante impresión 3D que promete revolucionar el transporte pesado y la industria aeroespacial.

Esta nueva apuesta tecnológica se basa en el rediseño total de las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). Gracias a la libertad que ofrece la impresión 3D, han logrado fabricar estructuras cerámicas con una geometría inspirada en la naturaleza que permite quintuplicar su potencia en relación con su peso. Según explican los expertos, este avance podría reducir la carga de los sistemas de propulsión en aviones que dependen de interconectores metálicos pesados.

Dinamarca y su avance con motores de hidrógeno por impresión 3D

El equipo de científicos daneses ha logrado alcanzar una potencia de 1 vatio por gramo. Para entender la magnitud del hallazgo, las arquitecturas convencionales de estos motores de hidrógeno apenas logran 0,2 vatios por gramo. Esta mejora del 500 % supone un cambio de paradigma, ya que permite que dispositivos que antes eran demasiado pesados para volar sean candidatos para propulsar transportes modernos.

El secreto de este éxito está en la arquitectura monolítica del diseño. Basados en la investigación liderada por el profesor Vincenzo Esposito, este modelo se fabrica mediante la tecnología LCM de la empresa Lithoz. Al prescindir de estos elementos, se consigue una ligereza sin precedentes sin sacrificar la robustez mecánica.

«Con su revolucionario concepto monolítico, estos elementos eliminan la necesidad de optimizar gradualmente los puntos de salida, allanando el camino para un replanteamiento completo del diseño de pilas de combustible. Por supuesto, estamos muy entusiasmados con el impacto que esto tendrá en la industria mundial basada en hidrógeno», afirmó Johannes Homa el CEO de Lithoz.

De acuerdo con el medio especializado 3DPrint, la utilización de zirconia totalmente estabilizada con itrio (8YSZ) garantiza que el motor soporte temperaturas superiores a los 500 °C sin degradarse, algo fundamental para la conversión electroquímica del hidrógeno en electricidad.

¿Por qué el diseño de coral maximiza la potencia de este motor de Dinamarca?

La respuesta para el sector aeroespacial está en la geometría matemática de tipo giroide. Los investigadores han utilizado una estructura basada en la naturaleza, de superficie mínima triplemente periódica (TPMS), similar a la que se encuentra en las alas de las mariposas o en las formaciones de coral. Esta arquitectura optimiza al máximo el área de superficie dentro de un volumen mínimo, lo que permite que los gases fluyan de manera mucho más eficiente y que el calor se distribuya uniformemente por toda la pieza.

Vincenzo Esposito, profesor de la DTU y uno de los responsables del proyecto, destaca que esta innovación ha sido posible gracias a la impresión 3D de alta precisión con materiales cerámicos. El uso de la tecnología de estereolitografía basada en resinas dopadas permitió replicar estas formas complejas con paredes internas extremadamente finas.

«Nuestro lema, Escapar de Flatland, suena lógico, pero ha sido imposible de lograr hasta ahora. La disposición de materiales y microestructuras requiere una complejidad elevada y, simplemente, carecíamos de la herramienta para hacerlo realidad», admitió el profesor Vincenzo Esposito, director de la investigación.

«Con su precisión y escalabilidad, la tecnología LCM de Lithoz ha permitido replicar estas geometrías inspiradas en la naturaleza con las paredes internas más delgadas posibles. Este concepto monolítico solo se pudo alcanzar al reproducir esas unidades giroides y añadir una carcasa sellada para mantener la estanqueidad al gas», sumó Vincenzo.

Actualmente, el proyecto busca escalar la producción de estas celdas giroides. Es indudable que la potencia alcanzada sitúa a la tecnología de hidrógeno en una posición de salida privilegiada para descarbonizar la industria mundial para Dinamarca.