aplicaciones de nanotecnología para el sector agropecuario. · 2019-03-03 · deben ir de la mano:...

Aplicaciones de nanotecnología para el sector agropecuario.

Villahermosa, Tabasco a 9 de Noviembre del 2018.

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Contenido.

-Objetivos.

-Antecedentes.

-Aplicaciones de uso de nanotecnología.

-Tecnologías para la remoción de H2S.

-Uso de nanotecnología para remoción de H2S.

-Nanotecnología para filtrado de agua.

-Nanotecnología en la agricultura.

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Proyectos.

DESARROLLADOS:

-Desarrollo de pellets y briquetas a partir de residuos y elevando la cantidad de calor por kilogramo (solicitud de ejidos de

Veracruz, Oaxaca y empresa Global Products)

-Determinación de factores ambientales asociados al brote de plagas forestales. (INIFAP-GOBIERNO DEL ESTADO DE

CHIHUAHUA)

-Análisis del impacto ambiental por el uso de agroquímicos en el sector algodonero. (INIFAP-FUNDACION PRODUCE)

-Evaluación de tecnologías para elevar el coeficiente de asierre y eficientar la producción. (GOBIERNO DEL ESTADO)

-Uso de nanotecnología para la remediación de agua. (INIFAP)

EN DESARROLLO.

-Eficientar la producción de biogás mediante la eliminación de impurezas por medio de nanopartículas.

-Evaluación de residuos provenientes de biodigestores. (INIFAP)

-Uso de biomasa forestal para la generación de energía eléctrica

-Sistema de desalinización de agua de mar por medio de membranas bio-poliméricas y nanopartículas. (INIFAP-UNEA)

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Patentes generadas.

1-USO DE OXIDOS DE MANGANESO SUERPARMAGNETICOS Y DE ALTA AREA SUPERFICIAL PARA LA REMOCIÓN DE ARSÉNICOCONTENIDO EN AGUA. , MX/E/2016/024799.

2-USO DE NANOPARTICULAS DE FERRITA DE MANGANESO OBTENIDAS POR COPRECIPIOTACION QUIMICA PARA LA REMOCION DEBORO, MX/E/2015/091372.

3-PROCESO PARA REMOVER ARSÉNICO DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO POR MEDIO DE NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS,OBTENIDAS POR COPRECIPITACIÓN QUÍMICA., MX /A/2011/ 005703.

4-PROCESO PARA SINTETIZAR NANOPARTÍCULAS DE MAGNETITA MESOPOROSAS Y HUECAS DE ALTA ÁREA SUPERFICIAL EN UN SOLOPASO POR LA TÉCNICA DE DEPÓSITO QUÍMICO DE VAPOR ASISTIDO POR AEROSOL (AACVD), MX/A/2012/004874 .

5-MÁQUINA HIDRÁULICA PARA PRODUCIR CILINDROS COMPACTADOS DE ASERRÍN DE MADERA, MX/A/2011/013521.

6-MODIFICACIÓN DEL ÁREA SUPERFICIAL DE FERRITAS MEDIANTE UN SOLO PASO Y A TEMPERATURA MENOR DE 100 GRADOSCELCIUS OBTENIDAS POR CO-PRECIPITACIÓN QUÍMICA, MX/E/2017/013537.

7-REMOCIÓN DE H2S A BAJA TEMPERATURA POR MEDIO DE FERRITAS NANOMÉTRICAS DE ALTA ÁREA SUPERFICIAL OBTENIDAS PORMÉTODO DE CO-PRECOPITACIÓN QUÍMICA MODIFICADO, MX/E/2017/013536

8- PROCESO DE REGENERACIÓN A BAJA TEMPERATURA DE MATERIAL A BASE DE FERRITAS DE TAMAÑO NANOMÉTRICO PARAREMOCIÓN DE SULFURO DE HIDRÓGENO (H2S), MX/E/2017/013535

9.-USO DE ESPECIES ARBOREAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, EL PROCESO Y EL SISTEMA DE OBTENCION,MX/E/2017/011522

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Objetivos.

-Presentar avances y resultados de proyecto.

-Demostrar que la nanotecnología puede ser una alternativa para la remoción

de H2S.

-Comparar la nanotecnología con otras existentes para la remoción de H2S.

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Antecedentes.

7

Antecedentes: Emisiones de GEI a nivel mundial y en México por sector.

8

ONU: Existe Responsabilidad Común Entre los Países en Desarrollo y los Industrializados.

-La lucha contra la pobreza y-El acceso a energía sustentable

Deben ir de la mano:

Buscar un modelo de crecimiento yprosperidad, que no sea aexpensas del medio ambiente, delas generaciones futuras o de lospaíses en desarrollo.

Internacionalmente se reconoce que la administración eficiente de los diferentes tipos deenergía es esencial para alcanzar las metas de un desarrollo sostenible

Antecedentes: Desarrollo Sustentable

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¿Qué es un material?.

Material: Proviene del termino latino materialis y hace referencia a lo que tiene que

ver con la materia. Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio.

10

Características de los materiales.

11

Características de los materiales.

12

Características de los materiales.

Micrografía de metales.

13

Nanotecnología.

14

Nanotecnología.

Hipertermia (tratamientocontra el cáncer)

15

Uso de nanotecnología:

Nanotecnología es la manipulación de la materia a escala atómica para ser usada en finesmédicos o industriales.

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Uso de nanotecnología:

Los óxidos de Fe y Mn son candidatos

Óxidos metálicos

Westmorelandpublicó un lista de 28

metales termodinámicamente

potenciales para la desulfuración

17

Uso de nanotecnología :

Sellos de motores.

Disipadores de calor en bocinas.

Hipertermia (tratamientocontra el cáncer)

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Uso de nanotecnología para remoción de H2S:

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Uso de nanotecnología para remoción de H2S:

Uso de nanotecnología para remoción de H2S:

Reacciones en superficie

Área superficial

Capacidad de adsorción

m2/g

Fe3O4

Fe 2.5Mn 0.5O4

Barrientos et al.

130

200

Fe 2.7Mn 0.3O4

Fe 2.9Mn 0.1O4

Uso de nanotecnología:

Universidad Tecnológica de Chihuahua, a 22 de Marzo del 2018.

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Antecedentes:

23

24

PLANTA DE BIOGÁS

Inputs

Outputs

Biogás

Biol y biosol

1)BIOMASA•Sólidos•Relación C:N /Ración•pH•Antibióticos•Detergentes y Sanitizantes•Materias toxicas

2)CLIMA•Diferencial Temps.3)DISEÑO PLANTA DE BIOGÁS4)MANTENIMIENTO5)Calidad del agua

Para que se produzca BIOGÁS es necesario que la BIOMASA sea biodigerida por bacterias, las cuales en tres etapas: Hidrólisis, Formación de ácidos o acidogénesis y metalogénesis completan el proceso de Biodigestión.

Variables

Aplicaciones de nanotecnología:

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Limitantes del uso de biogás:

Sulfuro de hidrogeno H2S

Gas tóxico y corrosivoReactivo con óxidos metálicos

Tratamiento de agua proveniente de biodigestor:

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Proyectos de Bioenergía de INIFAP:

ESQUEMA DE GENERACIÓN DE ENERGIA ELÉCTRICA A PARTIR DE

BIOMASA DE NOPAL

MC Miguel Angel Perales de la Cruz

28

Proyectos de Bioenergía de INIFAP:

Establecimiento de 70 hectáreas de nopal

Construcción de planta para generar 1mw verde

Elaboración de biofertilizantes

Monitoreo de Sulfuro de Hidrógeno

0

20

40

60

80

100

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

Conce

ntr

ació

n [

ppm

]

Tiempo [hr]

H2S biogas salida [ppm]

Monitoreo de Metano y Dióxido de Carbono

0

5

10

15

20

25

30

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

Co

nce

ntr

ació

n [

%]

Tiempo [hr]

CO2 Biogás de salida [%]

CO2 Biogás de Salida seco

Porcentaje de CO2 de entrada

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00

Co

nce

ntr

ació

n [

%]

Tiempo [hr]

CH4 Biogás de Salida [%]

CH4 Biogás de Salida Seco [%]

Porcentaje de CH4 de entrada

Capacidad potencial de producción de Biogás del Biodigestor

31,200 m3/día de metano

Dr. Eutiquio Barrientos

BIODIGESTORAprovechamiento integral

Tratamiento de agua residual

Biofertilizante

Biocombustible

Potencial Equivalente en $Tabla de combustibles

Como Gas para Caldera31,200 m3 Biogás x día = 21,060 L de Gas LP x día

=$140,680 x díaMensual=$4,220,400

Como Gas para generador eléctrico31,200 m3 Biogás x día= 88,452 kW/día=

$97,297 x díaMensual=$2,918,910

Como Gas para Vehículos31,200 m3 Biogás x día = 26,565 L de diésel x día

=$382,801 x díaMensual=$11,484,030

Como biofertilizante liquido se comercializa entre $15 a $45 por litro

Tratamiento de agua residual

Biofertilizante

Combustible para Generador

Combustible para caldera

Combustible para vehículos

1 m3 biogás (60%

de concentración

de metano)

precio

1 m3 biogás (90%

de concentración

de metano)

precio

Gasolina (l) 0.71 11.90 1.065 17.86

Diésel (l) 0.55 9.60 0.825 14.41

Gas LP (l) 0.41 4.45 0.675 6.26

1 m3 de biogás

(kWh)1.89 2.0820 2.835 3.123

Uso de Biogás para calderas (Necesario comprimir el Biogás filtrado)

Requerimiento de Gas LP promedio mensual en calderas:

Establo “El Principal” 40 CC

Planta de Alimentos 200 CC

Dairyland 300 CC

Dairyland 500 CC

Estimación:234,000 Lts Gas LP

Gasto Anual por concepto de energía eléctrica y gas LP:

Incrementos promedios anuales

$-

$5,000,000

$10,000,000

$15,000,000

$20,000,000

$25,000,000

$30,000,000

Importe

$3,453,120

Importe, $28,080,000

$ Gasto en consumo energético

Energía eléctrica (kW)

$-

$10,000,000

$20,000,000

$30,000,000

$40,000,000

Importe

Potencial de Ahorro $31,533,120

Gas LP (lts) Energía eléctrica (kW)

Energía Eléctrica 5% promedio

Gas LP 23% promedio

Requerimiento promedio de energía eléctrica:

PromedioGenerador

200 kWcobertura 200

kWGenerador

100 kWcobertura

100 kWGenerador 40

kW cobertura 40 kW

90,805

Base 31,411 34.59% 32,400 103.15% 21,600 68.76% 8,640 27.51%

Intermedia 53,129 58.51% 56,700 106.72% 37,800 71.15% 15,120 28.46%

Punta 6,264 6.90% 8,100 129.32% 5,400 86.21% 2,160 34.48%

Resumen 90,805 97,200 107.04% 64,800 71.36% 25,920 28.54%

0

20000

40000

60000

80000

100000

Generador 150 kW

Generador 100 kW

Generador 40 kW

Generador 40 kW, 90805

Generador 150 kW, 97200

Generador 100 kW, 64800

Generador 40 kW, 25920

Requerimiento electricidad Vs Producción

Requerimiento Mensual Promedio Producción estimada Mensual

Propuestas:

Generador de 150 kW y Caldera

Concepto Cantidad Costo Importe Ahorros Anuales

Generador CAT 150 kW 1 $ 3,217,500 $ 3,217,500 $ 1,855,460.52 Calderas 1 $ 300,000 $ 300,000 $ 540,000.00 Reparación Biodigestor 1 $ 319,000 $ 319,000 Laguna de oxidación para generar Biogás Suficiente 1 $ 1,886,121 $ 1,886,121 Sistema de Filtrado 1 $ 2,200,000 $ 2,200,000 Subtotal $ 7,922,620.69 $ 2,395,460.52

Generador de 150 kW y Caldera

Concepto Cantidad Costo Importe Ahorros Anuales

Generador CHINO 150 kW 1 $ 1,000,000 $ 1,000,000 $ 1,855,460.52 Calderas 1 $ 300,000 $ 300,000 $ 540,000.00 Reparación Biodigestor 1 $ 290,000 $ 290,000 Laguna de oxidación para generar Biogás Suficiente 1 $ 1,886,121 $ 1,886,121 Sistema de Filtrado 1 $ 2,200,000 $ 2,200,000 Subtotal $ 5,676,120.69 $ 2,395,460.52

Inversión Ahorro Acumulado Año 1 $ 5,676,121 $ 2,395,460.52 -$ 3,280,660.17

Incentivo ISR hasta 30% inversión $ 1,702,836.21 -$ 1,577,823.96

Año 2 $ 1,293,549 $ 2,874,552.62 $ 3,179.98 Año 3 $ 1,552,258 $ 3,449,463.15 $ 1,900,384.71 Año 4 $ 1,862,710 $ 4,139,355.78 $ 4,177,030.39 Año 5 $ 2,235,252 $ 4,967,226.93 $ 6,909,005.20 Año 6 $ 2,682,303 $ 5,960,672.32 $ 10,187,374.98 Año 7 $ 3,218,763 $ 7,152,806.79 $ 14,121,418.71 Año 8 $ 3,862,516 $ 8,583,368.14 $ 18,842,271.19

Año 9 $ 4,635,019 $ 10,300,041.77 $ 24,507,294.17

Año 10 $ 5,562,023 $ 12,360,050.13 $ 31,305,321.73

$ 32,580,513 $ 63,885,834 $ 31,305,321.73

Notas:No se consideran gastos de mantenimiento del generador

Se estima un incremento anual del 20% precio energía eléctrica y gas

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Proyectos.

-Uso de membranas bio-poliméricas y nanotecnología para la remediación de Ar y F (INIFAP-UACH).

Muestra Flux

(L m-2 h-1 bar--

1)

Proceso

membranal

% de

remoción As

% de remoción

F-

QNP0 6.5 Nano-filtración 55 27.65

QNP025 4.64 Nano-filtración 87 86.17

QNP050 2.42 Nano-filtración 91.1 98

QNP1 2.13 Nano-filtración 69 61.7

QNP2 0.71 Nano-filtración 71 48

-Nanopartículas: óxidos de manganeso y fierro/ ZeolitaElementos capaz de remover: Pb (III), Pb (II), As (III), As (V), Cr (IV), Se (IV),Cl, Na, S, F, B. Cd, Zn y Cu.Ciclos de re-uso= hasta 8 ciclos.Área superficial: 275 m2/gÁrea de contacto del filtro son 5000 m2

Tecnología validada removió 97% de As.Tecnología testigo removió 80% de As.

Características de sistema de

tratamiento de agua con

nanopartículas.

CAPACIDAD TEORICA DE TRATAMIENTO (170 ppb de As) DE AGUA: 114 m3

Nanopartículas

Zeolita

SuperimanesConexión ½” PVC

Desalinización de agua de mar con membranas de cascara de camarón dopadas con nanopartículas

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

995

1000

1005

1010

1015

1020

1025

PlayaPrecipitada

PlayaHipersalina

FaroPrecipitada

FaroHipersalina

NavalPrecipitada

NavalHipersalina

Des

viac

ión

est

and

ar

Den

sid

ad [

kg/m

3]

Densidad del agua de la Laguna Madre a 28°C

Promedio Densidad del agua a 28°C [996.4 kg/m^3] Desv. Est.

0

5

10

15

20

25

30

35

Faro precip. Faro

Hipersalina

Naval precip. Naval

Hipersalina

Playita

precip.

Playita

Hipersalina

Concentración de iones de agua de Laguna Madre

Ca [mg/L]x10^2 K [mg/L]x10^2 Na [mg/L]x10^3 Cl- [mg/L]x10^3 F- [mg/L]

Uso de nanopartículas con membranas de

cascara de camarón para desalinizar agua de

mar.

Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.

Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.

Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.

Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.

Fierro (Fe): Interviene en los procesos de fotosíntesis, respiración, fijación biológica de nitrógeno,asimilación de nitrógeno y de azufre.

Manganeso (Mn): Interviene en los procesos de absorción iónica, fotosíntesis, respiración, controlhormonal y síntesis de proteínas.

Cobre (Cu): Interviene en los procesos de fotosíntesis, respiración, regulación hormonal, fijación denitrógeno, metabolismo de compuestos secundarios, etc.

Molibdeno (Mo): Interviene en la reducción del nitrato, fijación de nitrógeno, síntesis de proteína.

Zinc (Zn): Intervine en los procesos de respiración, control hormonal y síntesis de proteínas.

Níquel (Ni): Interviene en procesos de metabolismo del nitrógeno.

Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.

Fierro (Fe): Interviene en los procesos de fotosíntesis, respiración, fijación biológica de nitrógeno,asimilación de nitrógeno y de azufre.

Manganeso (Mn): Interviene en los procesos de absorción iónica, fotosíntesis, respiración, controlhormonal y síntesis de proteínas.

Cobre (Cu): Interviene en los procesos de fotosíntesis, respiración, regulación hormonal, fijación denitrógeno, metabolismo de compuestos secundarios, etc.

Molibdeno (Mo): Interviene en la reducción del nitrato, fijación de nitrógeno, síntesis de proteína.

Zinc (Zn): Intervine en los procesos de respiración, control hormonal y síntesis de proteínas.

Níquel (Ni): Interviene en procesos de metabolismo del nitrógeno.

Factores y su interacción, en la clorosis de las plantas

Fertilización con nanopartículas a Cacao variedad Olmeca

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Contacto:Dr. Eutiquio Barrientos Juárez

Investigador Titular CPrograma de Mitigación del Impacto Ambiental de la Producción Agropecuaria.

INIFAP La Campana.barrientos.eutiquio@inifap.gob.mx

5538718700 ext. 82906

SOLO TRIUNFAN LOS QUE SE ATREVEN A ATREVERSE.