Un nuevo sistema de refrigeración mejora el almacenamiento de hidrógeno líquido sin añadir más aislamiento.
- ❄️ Refrigeración dirigida en puntos críticos.
- 🚢 Hasta un 66,5% menos de entrada de calor en simulaciones.
- 🔬 Identificación de puentes térmicos como clave del diseño.
- ⚡ Menor evaporación del hidrógeno líquido.
- 🌍 Transporte más eficiente para la economía del hidrógeno.
- 🧪 Resultados basados en simulaciones, pendientes de validación experimental.
Investigadores surcoreanos logran reducir hasta un 66,5% la entrada de calor en tanques de hidrógeno líquido con una estrategia mucho más inteligente que aumentar el aislamiento
El gran reto del hidrógeno líquido no está en producirlo, está en conservarlo
El hidrógeno ocupa un lugar cada vez más importante dentro de la transición energética. Cuando se obtiene mediante electrólisis alimentada con energías renovables, puede convertirse en un combustible prácticamente libre de emisiones para sectores donde la electrificación resulta muy complicada, como el transporte marítimo, la aviación o determinadas industrias pesadas.
Sin embargo, almacenarlo continúa siendo uno de sus principales desafíos tecnológicos. Para mantenerse en estado líquido necesita permanecer a unos 20 kelvin, equivalentes a -253 °C. A esa temperatura extrema, incluso una pequeña cantidad de calor que atraviese las paredes del depósito provoca que parte del hidrógeno vuelva a convertirse en gas.
Ese fenómeno, conocido como boil-off, aumenta la presión interna del tanque y obliga a consumir energía adicional para volver a licuar el hidrógeno, liberar presión de forma controlada o emplear sistemas de gestión más complejos. Todo ello incrementa tanto el coste operativo como las pérdidas energéticas.
Hasta ahora, la estrategia habitual consistía en mejorar continuamente el aislamiento mediante espumas de poliuretano, aislamiento multicapa o materiales con muy baja conductividad térmica. Aunque estas soluciones siguen siendo fundamentales, presentan limitaciones relacionadas con el envejecimiento de los materiales, el mantenimiento del vacío o la complejidad de fabricación.
Una idea sencilla: enfriar únicamente donde realmente entra el calor
El estudio desarrollado por investigadores de la Universidad Nacional de Pusan (PNU) y basado en un diseño del Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering (KRISO) plantea un enfoque completamente diferente.
En lugar de intentar bloquear todo el calor mediante capas cada vez más gruesas de aislamiento, los investigadores analizaron exactamente por dónde penetraba el calor dentro del depósito.
La respuesta fue sorprendente.
Las simulaciones mostraron que más del 85% del calor no atravesaba el aislamiento, sino los soportes estructurales que sostienen el tanque interior. Estos elementos metálicos funcionan como auténticos puentes térmicos, creando caminos mucho más fáciles para la transmisión del calor.
Una vez identificado el problema, el equipo diseñó un sistema de canales criogénicos que recorren precisamente esas zonas críticas.
Por esos conductos circula un segundo fluido extremadamente frío —gas natural licuado (GNL) o nitrógeno líquido (LN₂)— cuya misión consiste en absorber el calor antes de que alcance el hidrógeno.
Los investigadores describen este sistema como un refrigerante «sacrificial». En realidad, el fluido secundario no se desperdicia, ya que el diseño prevé su relicuefacción y recirculación en un circuito cerrado, minimizando el consumo adicional.
Menos material, más inteligencia en el diseño
Para evaluar esta estrategia, el equipo desarrolló un modelo tridimensional mucho más detallado que los empleados habitualmente.
El modelo combinó la conducción térmica del tanque completo con el comportamiento del refrigerante dentro de los canales, incluyendo fenómenos como la ebullición en las paredes y los flujos multifásicos.
Después analizaron múltiples configuraciones:
- Tamaño de los canales.
- Número de conductos.
- Caudal del refrigerante.
- Posición exacta dentro del depósito.
El resultado dejó una conclusión muy clara: la ubicación importa mucho más que la cantidad de canales instalados.
Cuando los conductos se colocaron directamente sobre los soportes estructurales y se prolongaron hasta la unión entre la cabeza y el cuerpo del tanque, la reducción de calor fue muy superior a la obtenida distribuyéndolos de forma uniforme.
Con esta estrategia, las simulaciones alcanzaron reducciones máximas de la entrada de calor de:
- 43,6% utilizando GNL.
- 66,5% utilizando nitrógeno líquido.
Estos porcentajes corresponden exclusivamente al modelo analizado y a las condiciones concretas de funcionamiento simuladas.
Dos refrigerantes con comportamientos diferentes
El trabajo también permitió comparar el comportamiento de ambos fluidos criogénicos.
El nitrógeno líquido proporcionó la mayor protección térmica gracias a su temperatura más baja, interceptando una mayor cantidad de calor antes de que alcanzara el hidrógeno.
No obstante, también mostró una mayor tendencia a generar vapor dentro de los conductos, algo que puede complicar el control del sistema.
El GNL, por su parte, ofreció una capacidad de refrigeración algo menor, aunque con un comportamiento mucho más estable durante la simulación.
Este equilibrio entre eficiencia térmica, estabilidad operativa y complejidad del sistema será uno de los aspectos más importantes cuando esta tecnología evolucione hacia aplicaciones comerciales.
Un avance con implicaciones para el transporte marítimo del hidrógeno
La investigación tiene especial interés para el desarrollo del transporte marítimo de hidrógeno líquido, considerado uno de los pilares para crear cadenas internacionales de suministro de hidrógeno renovable.
Países como Japón, Corea del Sur, Australia o varios miembros de la Unión Europea llevan años impulsando proyectos destinados a transportar hidrógeno a grandes distancias mediante buques especializados.
Reducir las pérdidas por evaporación durante las travesías podría traducirse en una mejora significativa de la eficiencia energética, una reducción de los costes de operación y una mayor competitividad frente a otras formas de almacenamiento energético.
La propia Estrategia Europea del Hidrógeno considera imprescindible desarrollar soluciones de almacenamiento y transporte más eficientes para acelerar la implantación del hidrógeno renovable en la industria y el transporte pesado.
Aún queda camino antes de llegar a los depósitos comerciales
Pese a los excelentes resultados obtenidos, los propios investigadores subrayan que el trabajo se encuentra todavía en una fase de simulación avanzada.
El modelo considera un tanque concreto diseñado por KRISO funcionando en condiciones estacionarias. No reproduce todavía fenómenos reales que aparecen durante el transporte, como el movimiento del líquido (sloshing), la evolución temporal de la presión interna, la formación progresiva de gas en la parte superior del depósito o las variaciones de temperatura durante largos periodos de operación.
El siguiente paso será realizar ensayos experimentales que permitan comprobar hasta qué punto estas mejoras se mantienen en condiciones reales y optimizar el sistema para distintos tamaños y diseños de tanques.
Potencial
La principal enseñanza de esta investigación resulta aplicable mucho más allá del hidrógeno: comprender dónde se producen realmente las pérdidas suele ser más eficaz que añadir más materiales o aumentar la complejidad del sistema.
Si futuras pruebas experimentales confirman estos resultados, la refrigeración dirigida podría convertirse en un nuevo estándar para los depósitos criogénicos utilizados en barcos, terminales portuarias o grandes instalaciones industriales.
Una reducción significativa del boil-off ayudaría a disminuir costes, mejorar la seguridad operativa y hacer más competitivo el hidrógeno renovable frente a combustibles fósiles en aplicaciones donde la electrificación directa resulta poco viable.
La innovación también pone de manifiesto la importancia de combinar modelización avanzada, ingeniería térmica y diseño inteligente para resolver problemas energéticos complejos. No siempre hacen falta materiales más gruesos o equipos más grandes. A veces basta con entender mejor el recorrido del calor y actuar exactamente donde nace el problema.
Más información: Yi-Seul Kim et al, Design and evaluation of cryogenic sacrificial fluid-assisted insulation for boil-off reduction in liquid hydrogen Type-C tanks, Energy Conversion and Management (2026). DOI: 10.1016/j.enconman.2026.121402
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