Bioener: Aplicación de tecnologías biomiméticas a sistemas energéticos

Los avances tecnológicos han permitido diversificar y optimizar la producción de ener-gía, lo que ha conducido al mismo tiempo, a desarrollar nuevas vías de almacenamiento de la misma. En particular, a medida que se diversifican los métodos de producción energética, es necesario desarrollar nuevos materiales para almacenamiento de energía, para su uso en dispositivos de consumo y transporte. Esto es especialmente importante para países que, como España, llevan años aumentando la presencia de las renovables en su carta de tecnologías de producción eléctrica y son actualmente líderes mundiales del sector. El Plan de Fomento de las Energías Renovables 2000-2010 tiene como objetivo para este año generar hasta el 30% de las necesidades de consumo energético nacionales a partir de energías renovables, mientras que en algunas comunidades autónomas la cuota de renovables supone ya más del 75% del consumo anual. La progresiva penetración de las renovables debe ir necesariamente acompañada del desarrollo de nuevas tecnologías de distribución y almacenamiento energético, teniendo en cuenta que la potencia suministrada por las renovables es intermitente y variable, al depender las condiciones meteorológicas. Otra estrategia a corto plazo para reducir la dependencia de los combustibles fósiles es la mejora de la eficiencia los sistemas de generación de energía convencionales mediante el aumento de las temperaturas de operación, por ejemplo en turbinas de combustión de gas. El desarrollo de nuevos materiales para aplicaciones de alta temperatura ha ido tradicionalmente ligado a la demanda de mayores eficiencias. De entre ellos, los materiales cerámicos se postulan como candidatos para aplicaciones en entornos químicamente agresivos a temperaturas superiores a los 1000ºC. Carburos y nitruros en particular, con su elevado punto de fusión y excelentes propiedades termomecánicas, están siendo extensamente estudiados en la actualidad para este tipo de aplicaciones. Los cerámicos porosos también son de gran interés en aplicaciones energéticas, como intercambiadores de calor o sistemas de filtrado de gas de síntesis, entre otros. De las líneas de investigación en nuevos materiales para almacenamiento energético, el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento electroquímico tendrá un gran impacto a corto plazo, especialmente en el consumidor final: el desarrollo de baterías y condensadores electroquímicos de alta capacidad es clave para la viabilidad de tecnologías que, como los vehículos eléctricos, deberán implantarse en un corto plazo para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Es por esta razón que los materiales para almacenamiento electroquímico han recibido gran atención de la comunidad científica y constituyen uno de los grandes retos tecnológicos actuales. El carburo de silicio biomórfico (bioSiC) es un material cerámico obtenido por infiltra-ción reactiva de preformas de carbono obtenidas mediante pirólisis de precursores vegetales. El precursor, generalmente madera, se mecaniza en bruto y se carboniza mediante un proceso de pirólisis en atmósfera controlada a alta temperatura, obteniéndose un material de carbono macroporoso (bioC) cuya microestructura es similar a la del precursor vegetal. Este precursor se mecaniza hasta una forma cercana al producto final y se infiltra reactivamente con silicio líquido o gaseoso para obtener un material de SiC/Si que presenta unas excelentes propiedades termomecánicas, con una microestructura que mimetiza la microestructura de la madera original. Es posible seleccionar las propiedades del material resultante mediante la elección adecuada del precursor. El silicio residual puede eliminarse para obtener un material de SiC macroporoso. Es posible, por último, reinfiltrar el bioSiC poroso con otros materiales, por ejemplo metales para obtener cermets bioSiC/Al o bioSiC/Cu. La posibilidad de producir materiales de carbono macroporosos con nanoporosidad controlada es interesante para su uso en aplicaciones electroquímicas, puesto que es posible infiltrar o recubrir los macroporos con una fase secundaria que proporcione funcionalidad adicional, por ejemplo en pilas de litio con arquitectura tridimensional o en supercondensadores oxido/carbono. En este sentido, el desarrollo de nuevos carbonos con porosidad y/o estructura controlada puede abrir una puerta hacia nuevas arquitecturas y diseños de dispositivo capaces de almacenar mayores densidades de energía. La mayoría de materiales nanoporosos de carbono utilizados en la actualidad se obtie-nen mediante la activación de carbones obtenidos por pirólisis de precursores orgánicos sintéticos, aunque en los últimos años el carbono obtenido a partir de carburos ha sido objeto de gran interés. Es posible, mediante el tratamiento a alta temperatura de carburos metálicos en una atmósfera clorada, obtener carbonos nanoporosos de alta pureza que resultan idóneos para aplicaciones electroquímicas. En este sentido ya se ha demostrado la posibilidad de obtener carbono nanoporoso a partir de carburos obtenidos por infiltración reactiva de precursores vegetales. El objetivo de este proyecto es doble: por un lado, se estudiará en detalle el procedi-miento de obtención de materiales de carbono a partir de precursores vegetales, prestando atención a la posibilidad de introducir distintos gases (CO2, vapor de agua) durante el proceso de pirólisis para obtener carbones activos con nanoporosidad para su uso en sistemas de almacenamiento electroquímico. Se estudiará además el efecto de la temperatura de pirólisis en el grado de cristalinidad, nanoporosidad, tamaño de cristal y estructura del carbono resultante, y se explorará la posibilidad de promover la cristalización del carbono mediante el uso de distintos catalizadores. Se caracterizará la microestructura de los materiales resultantes, así como sus propiedades físicas y termo-mecánicas.

WhatsApp
X
LinkedIn
Email