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PILAS DE HIDRÓGENO, ENERGÍA LIMPIA PARA VEHÍCULOS

 
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pilasdehidrogeno14 de agosto de 2014

En lo que va del siglo, los vehículos que utilizan hidrógeno como combustible se han convertido en una opción ante el agotamiento del petróleo y la contaminación por gasolina. Los principales fabricantes de automóviles en el mundo han invertido millones de dólares en investigación y desarrollo de motores que funcionen con este recurso.

Alejandra López Suárez, del Instituto de Física (IF) de la UNAM, trabaja en el diseño de pilas de ese elemento, como celdas de combustible a partir de un hidruro metálico, metal en cuya estructura se introdujo hidrógeno.

TiAlV

“Pongo en contacto el metal con el hidrógeno y aplico calor. Al recibirla, el elemento en forma molecular queda en la superficie. Como el sistema recibe aún esta energía, el hidrógeno molecular se disocia, se convierte en atómico y fluye dentro de la estructura”, explicó.

Los metales son estructuras cristalinas, por lo que sus átomos se acomodan en forma de red. En ellas hay huecos en los que los átomos de hidrógeno, muy pequeños y ligeros, se filtran y utilizan rutas intersticiales para migrar al interior.

“Sin embargo, en esta fase todavía no se tiene un hidruro metálico porque el hidrógeno se puede escapar. El sistema recibe temperatura, por lo que en algún momento se satura de hidrógeno”.

No todos los metales pueden absorber hidrógeno y formar hidruros metálicos. Los que funcionan mejor son las aleaciones de titanio, como la de este metal y el fierro o cromo. No obstante, un hidruro metálico formado por la aleación de titanio-fierro se oxida fácilmente y se vuelve quebradizo a medida que recibe hidrógeno.

Por eso trabajo con una aleación de titanio, aluminio y vanadio (Ti-6Al-4V) conocida también como TiAlV, que en la práctica ha demostrado ser resistente. Aunque también se oxida, tiene la ventaja de que al entrar en contacto con el aire se forma una capa superficial delgada de óxido que protege al resto del material.

Después de muchas pruebas se observó que absorbía gran cantidad de hidrógeno y que en los primeros ciclos de hidrogenación se comportaba como titanio-fierro y titanio-cromo.

“También llevé a cabo pruebas de liberación de este elemento (desorción). Debemos tener control sobre este proceso para que en el momento en que a las pilas se les aplique la temperatura necesaria, liberen el hidrógeno”, puntualizó.

Hidrogenaciones

Con el Peletrón —el acelerador de partículas del IF— y una técnica nuclear denominada ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) midió la cantidad de hidrógeno tanto en la superficie como dentro del TiAlV. Con esta información analizó cada temperatura a la cual se horneó la aleación y cómo ingresó el elemento en ella.

“A mayor temperatura entra más. Para saber en qué momento el TiAlV y el titanio usado como control empezaban a absorberlo apliqué temperaturas desde los 50 grados Celsius hasta los 750. A 500 grados se quedó en la superficie del material; a 550 grados, se absorbió poco, pero a partir de ahí empezó a entrar grandes cantidades. Fue un salto fundamental en la hidrogenación, tanto del titanio como del TiAlV. Este último no sufrió ningún cambio en su estructura, pero el titanio se fracturó a partir de los 650 grados”.

En esta etapa, la investigadora sabía de esta presencia dentro de su material, pero no si estaba como hidruro presente en enlaces o como hidrógeno atómico.

Con otra técnica conocida como difracción de rayos X, que brinda una especie de fotografía del material, se observaron estos vínculos entre los elementos y se comprobó que se formaba hidruro metálico.

Era importante conocer la estabilidad del material por lo cual lo almacenó un año a temperatura ambiente para analizar su evolución. Después de ese lapso descubrió que la cantidad en forma de hidruro metálico se conservaba intacta.

Sin embargo, para usar este último como tanque de combustible, una sola hidrogenación es insuficiente. “Hice hasta cinco más y descubrí que cada vez era más fácil introducir el elemento en el sistema”, dijo.

En éste, el hidrógeno no está en estado gaseoso ni líquido, sino sólido, lo que hace estable y seguro su manejo. Al aplicar altas temperaturas se rompen los enlaces metal-hidrógeno y éste se libera de manera controlada.

Hasta ahora, el hidrógeno almacenado en celdas de combustible puede utilizarse mediante dos procesos: la combustión y la conversión en electricidad. En la primera se quema en un motor de explosión, como la gasolina, pero de esta manera es poco eficiente. En la segunda, las pilas de este elemento dan mejores resultados, pues los vehículos funcionan como si fueran eléctricos de baterías.

Las pilas trabajan así: reciben hidrógeno de las celdas de combustible y oxígeno del aire; luego, mediante un proceso electroquímico se genera vapor de agua y energía eléctrica para hacer funcionar el motor. Como el subproducto del proceso de conversión en electricidad es vapor de agua, este combustible se considera limpio.

Créditos: UNAM-DGCS-464-2014

“Los combustibles fósiles no se van a acabar tan fácilmente”

 
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El medioambiente no aguantará el uso de energía basada en combustibles fósiles.
El medioambiente no aguantará el uso de energía basada en combustibles fósiles.

15 de Agosto de 2012

Así lo asegura Humberto Rodríguez Murcia, físico y profesor emérito de la UN.

“Es demasiado el material orgánico que hay bajo la tierra y que se podría utilizar líquido o gaseoso”, aseveró durante la conferencia “Transición energética y energías renovables”, organizada por la Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia y llevada a cabo ayer.

El profesor dijo que no podía responder hasta cuándo van a durar. Pero aseguró que no se van a acabar tan pronto como se cree, si bien los expertos en el tema han señalado la futura escasez de esa fuente de energía —así como su alto grado de contaminación— para promover la búsqueda de fuentes alternativas.

También indicó que no hay medioambiente que soporte la estructura actual de suministro de energía, basada en los combustibles fósiles. Por eso, recomendó utilizar las energías renovables tanto como sea posible y ampliar la oferta de ciertos energéticos, como la energía eólica.

“Tenemos lugares privilegiados: la Guajira, el desierto de la Tatacoa, cierta región del Vichada, la Orinoquía, la costa atlántica. Debemos aprovechar los recursos que hay allá, buscar su mayor desarrollo posible y echar mano de los otros recursos en la medida en que existan, se estén utilizando y se puedan explotar”, señaló.

Asimismo, afirmó que el sistema energético es el responsable del aumento de dos tercios de gases de efecto invernadero en la atmósfera y que se teme que el cambio climático tenga impactos desastrosos sobre la salud humana y los ecosistemas.

“Esas energías renovables están allí presentes todos los días. El Sol no hay que comprarlo, ese es un recurso muy conveniente: la energía solar no produce ninguna emisión y tiene factores ambientales muy positivos”, concluyó.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co

Descubren que mezcla de materias primas mejora el biodiesel

 
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Se espera que el adelanto se implemente en países europeos y en Estados Unidos para optimizar aun más la sostenibilidad del planeta.
Se espera que el adelanto se implemente en países europeos y en Estados Unidos para optimizar aun más la sostenibilidad del planeta.

13 de diciembre de 2011

Una investigación de la UN en Medellín halló que combinando distintas materias para hacer biodiesel se puede mejorar su calidad.

El método empleado por los investigadores consiste en evaluar el efecto del biodiesel en el desempeño de motores y el comportamiento de sus emisiones con mezclas, así como efectuar comparaciones al combinar materias primas para la elaboración de dicho combustible.

El adelanto científico es liderado por el Grupo de Investigación de Bioprocesos y Flujos Reactivos de la Sede Medellín y hace parte de la línea de trabajo en biocombustibles que ya cuenta con diez años de trayectoria, por lo cual se convierte en uno de los pioneros en Colombia en estudiar el tema del biodiesel a profundidad.

Pedro Benjumea, integrante del grupo que adelanta la investigación, indicó que ellos explican cómo, modificando la composición química, lograban  “optimizar  y diseñar un biodiesel que no subiera tanto las emisiones de óxido de nitrógeno, pues esa es una de las principales problemáticas mundiales en cuanto al uso de combustibles debido a sus efectos en el medioambiente”.

Benjumea explicó que la mezcla para obtener un biodiesel más benéfico consta del procesamiento entre materias primas tropicales, como el aceite extraído de la palma sembrada en Colombia, y el aceite de soya usado en Estados Unidos o extraído en Europa, pues según el docente, entre ambas plantas hay notables diferencias y, precisamente, desde allí surgieron los efectos positivos del hallazgo.

La investigación pudo demostrar que a partir del uso de este tipo de mezclas, propuesto por el grupo de la UN, no solo se cumplen las normas de desarrollo sostenible y del uso de biocombustibles, sino que se mejoró la calidad de estos.

“Lo que se les demuestra a las industrias biodiesel es que en sus plantas deben usar varias materias primas”, agregó Benjumea, al tiempo que mencionó que esta investigación se adelanta en unión con la Universidad de Antioquia.

El proceso experimental que arrojó el resultado de la investigación se llevó a cabo en una sala dotada con toda la instrumentación y equipos, además de una matriz de combustibles biodiesel de diferente origen, que permitió el aislamiento y el estudio de los efectos de saturación y composición de los mismos.

El trabajo de los investigadores fue reconocido en el Congreso Colombiano de Petróleo y Gas, con la presencia de más de seis mil personas del sector de la Ingeniería de Petróleos y del sector industrial del país.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co

Las altas concentraciones de CO2 incrementan temperatura del planeta

 
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Ligia Pérez Cruz, del Instituto de Geofísica de la UNAM.
Ligia Pérez Cruz, del Instituto de Geofísica de la UNAM.

6 de febrero de 2011

• Los niveles registrados en la Tierra se han dado en otros periodos geológicos, expuso Ligia Pérez Cruz, especialista del Instituto de Geofísica de la UNAM
• A través de la observación de las concentraciones se ha determinado cuáles periodos han tenido un clima más cálido o han sido más fríos

Al aumentar las concentraciones de dióxido de carbono (CO2), sea por actividad volcánica o quema de combustibles fósiles, la temperatura del planeta se incrementa. Por ello, se conoce que la temperatura registrada actualmente en la Tierra era semejante a la del Cretácico y quizá a la de otros periodos, expuso Ligia Pérez Cruz, del Instituto de Geofísica (IGf) de la UNAM.

La especialista aclaró que la medición de esas concentraciones ha podido determinar cuáles periodos geológicos han tenido un clima más cálido o más frío. Además, expuso que el CO2 es secuestrado por el océano, lo que provoca un efecto termorregulador.

Al impartir la ponencia Las mil y una láminas: archivo de la historia del clima, detalló “que enfrentamos una situación en la que hay tanto dióxido de carbono que provoca el incremento en la producción de ácido carbónico, lo que impacta en el desajuste del pH de las aguas y, en consecuencia, afecta a los organismos marinos, principalmente los corales.

“En la actualidad, si queremos un registro del clima, se utilizan diversas herramientas tecnológicas, como las estaciones meteorológicas o instrumentos electrónicos”.

Las estaciones tienen integradas una serie de aparatos que miden la intensidad de la lluvia, dirección del viento, intensidad, temperatura del aire, humedad relativa y radiación solar absoluta y neta, parámetros que determinan el tiempo y el clima en todo el mundo, explicó.

“Se tiene conocimiento y registros de los cambios de temperatura desde1850, año en que se contó con los instrumentos para estas mediciones, pero se sabe del clima del pasado debido a la paleoclimatología”.

Los especialista dijo que ella y sus colegas estudian registros que permiten entender cómo ha evolucionado y cambiado el clima. La paleoclimatología reconstruye cómo era el ambiente “y en esto trabajamos oceanógrafos, paleoceanógrafos y paleoclimatólogos”.

Los registros naturales depositados en la Tierra se dividen por su resolución temporal y por la información proporcionan. Están los episódicos, que se ubican en glaciares o el suelo, y los continuos, que se localizan desde en las cuencas marinas y hielos, hasta en los árboles, comentó en el auditorio Tlayolotl del IGf.

Estos registros se estudian con métodos geoquímicos y biológicos para obtener información de la atmósfera y la concentración de gases efecto invernadero en determinado periodo.

Los más estudiados en esta área son los núcleos de hielo, muestras que se toman mediante perforaciones o tubos cilíndricos de agua congelada para ser analizados a detalle. Si presentan una lámina clara y otra oscura, corresponde al tiempo de formación de un año. “La resolución que obtendremos tras analizarlas será anual”.

Al respecto, informó que un grupo de especialista del IGf trabaja en el Golfo de California y analiza registros de sedimentos laminados que posibiliten los estudios paleoclimáticos.

“Vemos los registros o archivos naturales de alta resolución, es decir, sedimentos laminados que nos ayuden a entender el tiempo y clima”, concluyó.
Créditos: UNAM-DGCS-0076-2011/unam.mx

Combustible eficaz, a partir de basura orgánica

 
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El biogás de la basura es una fuente de energía alterna que actualmente no se aprovecha, pero podría convertirse en un combustible útil y no contaminante, dijo Simón González Martínez..
El biogás de la basura es una fuente de energía alterna que actualmente no se aprovecha, pero podría convertirse en un combustible útil y no contaminante, dijo Simón González Martínez..

• La UNAM estudia procesos bioquímicos de ese tipo de residuos para obtener biogás

• Los organismos microscópicos que transforman los desechos en ese gas, sólo se alimentan de sustancias disueltas en agua o en un medio húmedo, señaló Simón González Martínez, del II de la UNAM

Especialistas de la UNAM realizan estudios para simplificar procesos bioquímicos de basura orgánica para obtener biogás. Se investiga cómo mejorar la capacidad de hidrólisis de esos residuos para que los microorganismos los aprovechen mejor y generen el combustible, explicó Simón González Martínez, del Instituto de Ingeniería (II).

Estamos en la fase inicial del proyecto, y aunque la creación de este gas por medios bioquímicos no es una propuesta novedosa a nivel internacional, sí lo es a nivel nacional. En Europa, dijo, existen plantas que tratan la fracción orgánica de los desechos sólidos para su producción, económicamente viable.

El biogás, agregó, es fácil de comercializar porque su transportación es similar a la del gas natural que se utiliza en la Ciudad de México.

El investigador de Ingeniería Ambiental de esa entidad sostuvo que el objetivo es conocer los detalles de la tecnología que se utiliza para obtener ese recurso. “En esta primera etapa, estudiamos el potencial de la basura orgánica para convertirse en alimento de los microorganismos”.
Sabemos que los organismos microscópicos que transforman los residuos en biogás únicamente se alimentan de sustancias disueltas en agua o en un medio húmedo, y muy poco de lo sólido se aprovecha, agregó.

El paso siguiente es exprimir la basura y “sacarle el jugo” para saber la cantidad de material disuelto y qué se puede diluir para ofrecerlo a los microorganismos, reiteró.

La primera parte de los procesos bioquímicos o microbiológicos es la hidrólisis de las grandes moléculas; se trata de la fase compleja, porque es donde esos organismos tienen problemas para metabolizar algunas sustancias. “Pretendemos observar el desarrollo y contribuir a mejorar la capacidad de hidrólisis”, comentó.

Para ello, expuso, se realiza una serie de muestreos en las 13 estaciones de transferencia del Distrito Federal, donde se concentra la basura de las distintas colonias y se transporta hacia el relleno sanitario.

Estudiantes e investigadores se dieron a la tarea de hacer procesos de “cuarteo” y clasificación de los desechos para conocer la fracción orgánica y la cantidad aprovechable en cada delegación y, en general, en la capital.

Tomamos entre 100 y 200 kilogramos, que fueron congelados para su análisis y procesamiento, indicó. Esta muestra será tratada de diferentes formas –con químicos, calor o enzimas comerciales– para hacerla más accesible como alimento de los microorganismos.

Para concluir, resaltó que el biogás de la basura es una fuente de energía alterna que actualmente no se aprovecha, pero podría convertirse en un combustible útil y no contaminante.

Créditos: Boletín UNAM-DGCS-193 – dgcs.unam.mx