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Soluciones químicas y electroquímicas al problema de la energía
Dr. Marcelo Videa VargasDepartamento de Química
- El desarrollo de la humanidad se ha basado en un creciente requerimiento de energía.
● fuentes fijas● fuentes portátiles● autotransporte
Antecedentes
- Consumo mundial de energía (1998)
12.7 TW (Terawatts = 1012 watts !)
Estados unidos 25%México 1.6%
proyecciones: 2050 30 TW 2100 52 TW
Consumo de energía
Emisiones de Dióxido de Carbono (toneladas anuales por persona)
< 1.01 – 33 – 77 – 15> 15
No se tieneinformación
Fuente: New Scientist 2000
- Es una prioridad resolver problemas de uso ineficiente de la energía:
● elevar la eficiencia en la generación de energía.● mejorar la capacidad para "transportar" y distribuir la energía.
● eficientar los procesos industriales y de manufactura.● crear fuentes de energía limpia (costo ambiental cero) y confiable.
La problemática
¿Cuáles son las alternativas?
- energía geotérmica
- energía hidrotérmica
- energía eólica
- energía química
● combustión
● electroquímica
- energía solar
● térmica
● fotovoltaica
Buscando una (?) solución
Hidrógeno
Aire
Capa de difusión de gas
Catalizador(Pt,Pd)
Aire
húmedo
Electrolito(PEM)
Arreglo membrana-electrodoColectores
bipolares
Anatomía de una celda de combustión
- Fuentes de hidrógeno- reformado de hidrocarburos- electrólisis del agua- fotorreducción del agua
- Almacenaje de Hidrógeno- Materiales más adecuados para la fabricación de las celdas de combustión.
- Electrolitos mas competitivos- polímeros conductores iónicos- materiales cristalinos y vitreos
- Catalizadores mas duraderos, mas económicos y mas eficientes
- micro y nanopartículas de metales de transición
Principales requerimientos para el funcionamiento de celdas de combustible óptimas
On-board energy storage
For a vehicle having a range of 400 km:
24 kg of petrol 8 kg hydrogen
– Or 4 kg hydrogen (electric fuel cell) 5 m diameter sphere!
Dr. Omar YaghiUCLA
hidruros de metal
alanatos
gas comprimido
H2 líquido
Investigación Des. Ingenieril Des. Producción
concepto producto
Materiales almacenadores de Hidrógeno
MOFs
Metal-Organic Frameworks (MOFs)
Desarrolló métodos simples y reproducibles
Siguiendo una variación sistemática de su estructura y funcionalidad.
Estas estructuras tienen poros disponibles para albergar en su interior una variedad de moléculas.
Las moléculas pueden adsorberse y desorberse reversiblemente
Tienen áreas de superficie entre 2,000-5,500 m2/g
BASF ya está produciendo MOFs para catálisis, separaciones y almacenamiento de gas.
+ MOF-177
MAXSORB
Carbón activado
Almacenamiento de hidrógeno a 32 bar y 298K (140 % peso of
MOF-177)
+Dr. Omar YaghiUCLA
Dr. U. Müller, GCC/Z, BASF
Escalamiento de la producción de MOFs
Cost of materials: US$4/kgDr. Omar YaghiUCLA
Respondiendo a las necesidades
• Investigación del comportamiento de la substancias a nivel molecular
• Estudio de las sustancias y diseño de sus propiedades
• Desarrollo de productos de acuerdo a necesidades específicas
• Análisis del mercado y tecnologías
• Conceptualización del proceso de producción
• Diseño, operación y administración del proceso
• Servicios técnicos
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