La diversidad de las tecnologías de hidrógeno (electrólisis, pilas de combustible, reformado de Gas Natural, almacenamiento, etc.) da cabida a la introducción de la actividad de un FabLab (Fabrication Laboratory) por la multidisciplinariedad que ofrece, centrado especialmente en esta simbiosis en la fabricación de componentes y la I+D+i.
El concepto FabLab es el de un laboratorio de fabricación e innovación a pequeña escala con la idea de facilitar el acceso a la sociedad y a la comunidad técnico-científica a equipamiento y software de diseño y fabricación avanzados. La variedad de tecnologías empleadas puede ser muy amplia, por lo que es oportuno conocer las necesidades de la actividad del lugar de trabajo donde se ubique y complementar con los aportes de un FabLab.
En el caso del FabLab del CNH2, se han adaptado las tecnologías imprescindibles para compatibilizarlo con la labor científica que se viene desarrollando en esta entidad. Tanto diseño 2D como 3D, impresión 3D, mecanizado por corte láser, mecanizado CNC y testeo de propiedades por ensayos mecánicos se consideran imprescindibles para optimizar el trabajo en el ámbito del hidrógeno y su correspondiente desarrollo de I+D+i.
Las técnicas de fabricación pueden emplearse indistintamente para las diferentes tecnologías de hidrógeno, siempre que se tengan en cuenta las compatibilidades con los materiales de trabajo. A continuación, se realiza una breve descripción de la aportación técnica del FabLab.
En el desarrollo de pilas de combustible de baja temperatura son esenciales la impresión 3D de materiales poliméricos (técnicas FFF, PAM, diferentes variedades para resina, etc.) y el corte láser de CO2 (también de fibra) de materiales de baja resistencia. Adicionalmente, a través de mecanizado CNC se pueden fabricar componentes de materiales con propiedades mecánicas más elevadas (como placas bipolares de grafito o placas de cierre y colectoras metálicas).
La impresión 3D también se muestra muy útil en la fabricación de piezas destinados a la tecnología de electrólisis alcalina. Es el caso de materiales que presenten resistencia química, por las condiciones operativas, y mecánica, por la presión de operación y compresión en los ensamblajes de las diferentes partes del sistema. Adicionalmente, para esta tecnología también es frecuente el mecanizado láser para fabricar componentes principales, tales como marcos o sellos poliméricos (materiales EPDM, NBR, etc.), y celdas o prototipos con materiales transparentes (PMMA) para el estudio de formación de burbujas de hidrógeno y/o agua en electrodos porosos.
Otra de las áreas de producción y/o transformación electroquímica, como las anteriores, es la de óxido sólido, cuya tecnología se considera de muy alta temperatura (600ºC – 1000ºC), por lo que los materiales a emplear deben incluir entre sus propiedades una elevada resistencia térmica. Entre ellos, se encuentran diferentes aleaciones metálicas (en base cromo-hierro entre otras), las cuales se suelen utilizar para fabricar diferentes componentes como interconectores, soportes, placas bipolares, etc. (por impresión 3D y mecanizado CNC), y aleaciones cerámicas avanzadas (YSZ, ScSZ, etc.), con las que se fabrican diferentes elementos planos o tubulares, tales como soportes en electrolito. La geometría exterior de elementos fabricados en estos últimos materiales se suele mecanizar mediante corte láser de CO2, en verde (estado previo a sinterización), o mediante láser de fibra (tras sinterización). Este tipo de corte láser (en orden de femto o nanosegundos normalmente) permite un control adecuado del choque térmico sobre el material, lo que posibilita un mecanizado con ausencia o minimización de grietas microestructurales que puedan propagarse y dañar las piezas.
Un FabLab también capacita áreas como las referentes a la actividad de bio-energía, centrada en el uso energético a partir de residuos orgánicos (agrícolas, ganaderos, aguas residuales, etc.), a través de la impresión 3D de diferentes tipos de electrodos y/o soportes de capas delgadas de catalizadores y tapones de diferentes materiales para reactores, entre otros, de corte láser de soportes o capas difusoras de gases en telas carbonosas, etc. Además, el concepto open de este tipo de laboratorios de fabricación impulsa, por ejemplo, el desarrollo a pequeña escala de sistemas eléctricos propios para experimentación con la capacidad de regeneración de aguas residuales por el hidrógeno producido por microorganismos presentes en las mismas.
Adicionalmente a las tecnologías de hidrógeno en sí, se encuentra la ingeniería, mantenimiento y/o trabajos auxiliares asociados al desarrollo de las mismas. Por ejemplo, en el montaje de tuberías y valvulerías se hacen indispensables el diseño 2D y 3D para creación de diferentes sistemas o adecuación de espacios; la impresión 3D de componentes tales como soportes para electroválvulas o distanciadores de diferente equipamiento; la fabricación por corte láser de juntas poliméricas (PTFE, EPDM, etc.) para el sellado de diferentes componentes (válvulas, bombas, etc.). De hecho, tanto en esta parte como en el resto de tecnologías de hidrógeno, el testeo de propiedades mediante ensayos mecánicos se hace necesario para evaluar materiales propios y comerciales antes de montar sistemas y/o estudiar el envejecimiento tras un determinado tiempo de operación.
En este texto se han comentado algunas de las tecnologías existentes y su combinación con técnicas de fabricación de un FabLab concreto, como es el del CNH2, pero las soluciones pueden ser tan amplias como la disponibilidad de diferente tipo de software y maquinaria lo permita. Además, se han mostrado tan solo algunos ejemplos para introducir el concepto de implementar este tipo de laboratorios en el mundo del hidrógeno, pudiendo haberse enumerado una mayor cantidad de trabajos.
En definitiva, un FabLab como herramienta de impulso para las diferentes tecnologías de hidrógeno dota de gran autonomía y versatilidad a la hora de trabajar, teniendo en cuenta que, para un centro de investigación como el CNH2 o similares, pueden ser cruciales para flexibilizar soluciones tecnológicas, reducir tiempos de proceso y de espera de componentes o para realizar ingeniería inversa entre otras muchas ventajas.