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

Charles D. Keeling(1957)

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

Dr. Thomas GrubbDr. Leonard Niedrach (izq.)General Electric1955

Antecedentes

Combustible=Hidrógeno

Apollo

1st National Bank

Honda FCX-V4

Antecedentes

Toshiba DMFC10 mW

Cátodo

Separador/membranaÁnodo

Electrolito

Celdas electroquímicas: fundamentos

Hidrógeno

Aire

Capa de difusión de gas

Catalizador(Pt,Pd)

Aire

húmedo

Electrolito(PEM)

Arreglo membrana-electrodoColectores

bipolares

Anatomía de una celda de combustión

Requerimientos característicos

- 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

4 kg hydrogen 45 m3 or 5 m-diameter balloon

Dr. Omar YaghiUoMichigan

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. Omar YaghiUCLA

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

“La Química juega un papel crucial en lograr una

civilización sostenible en nuestro planeta”

Dr. Terry CollinsCarnegie Mellon University