Nanomateriales para aplicar en energías renovables

Energía solar, oceánica y eólica son algunas de las energías renovables que trabajan los científicos del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), mediante desarrollo de nanomateriales para aprovechar sus propiedades y lograr su aplicación en diversos aspectos de energías sustentables.

Los investigadores buscan aprovechar las diferentes propiedades que ofrecen los materiales poliméricos a escala nanométrica, con potencial uso en diversos elementos y procesos que implican las energías renovables como almacenamiento, transformación energética y protección de dispositivos.

A través de Cátedras Conacyt en el CIQA, los especialistas desarrollan nanomateriales que pueden ser empleados en la optimización de elementos y procesos que estimulen el uso de tecnología sustentable.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, científicos de la institución detallan el potencial de la tecnología nanométrica en las energías renovables, los proyectos que actualmente generan en el CIQA y el futuro de estas investigaciones que buscan contribuir a un desarrollo más sustentable para beneficio de todos.

Gran potencial a nivel nanométrico

Un nanomaterial es un material que está en la escala nanométrica, es decir, la milmillonésima parte de un metro. Estos materiales permiten —en determinado momento y circunstancia— maximizar las características o propiedades que puede presentar uno o varios elementos.

“Los nanomateriales se han venido estudiando desde hace unos 10 años, buscando precisamente mejorar las propiedades de los materiales en general; hemos considerado también los materiales avanzados que tienen o están analizados en escala nanométrica (…) Emplear los nanomateriales como un sistema para incrementar las propiedades que pueda tener un material a escala macro”, comentó el doctor José Manuel Mata Padilla, Catedrático Conacyt adscrito al Departamento de Procesos de Transformación del CIQA.

De acuerdo con los especialistas del CIQA, las aplicaciones de los nanomateriales en las energías renovables son diversas en aspectos como componentes de dispositivos para la transformación de energía, protección de sistemas, almacenamiento energético, entre otros.

“La mayoría de las aplicaciones está más enfocada tanto en la transformación como en la parte de la protección de estos sistemas (…) En muchos de los casos, se están utilizando materiales o partículas nanométricas que permiten precisamente esa transformación de la energía (…) Hemos buscado aplicar en polímeros; los polímeros tienen la característica que, generalmente, son aislantes térmicos, la idea de incorporar una nanopartícula pudiera favorecer el proceso de conducción de calor debido a las características que tiene la propia nanopartícula”, explicó el doctor Mata Padilla.

A través del programa Cátedras Conacyt, en un proyecto abierto, los científicos utilizan nanomateriales poliméricos o polímeros nanocompuestos en la transformación energética y en la protección de sistemas de transformación de energías renovables.

“La cátedra nos permite, hasta cierto punto, poder desarrollar esos nuevos materiales que puedan ser aplicados directamente en casi cualquier tipo de energía renovable, aunque nos estamos enfocando en tres que son energía oceánica, térmica-solar y eólica”.

Los investigadores aclararon que actualmente se enfocan en estos tipos de energías renovables, debido a que existe mayor posibilidad de que los nanomateriales generados en la institución impacten positivamente en esta clase de energías sustentables, de acuerdo con estudios existentes en la literatura especializada y otros análisis que desarrollaron los científicos. Aunque en otros tipos de energías renovables puede existir impacto, las condiciones y características de los sistemas de transformación reducen notablemente las posibilidades.

“El proyecto básicamente es desarrollo de materiales para aplicaciones de energía sustentable. Puede ser energía eléctrica o térmica, captar energía solar y transformarla en térmica. Principalmente para generar opciones en la captación o transformación de energías y en especial para disminuir el consumo de combustibles fósiles”, comentó el doctor Juan Guillermo Martínez Colunga, investigador del Departamento de Transformación de Plásticos del CIQA.

Proyectos sustentables

En el presente, los científicos en el CIQA trabajan diversos aspectos específicos, relacionados con la transformación —almacenamiento de energía y protección de sistemas de transformación.

“En muchas de las energías renovables podemos hablar de la parte de transformación de la energía renovable, como puede ser la solar, eólica u oceánica. Se genera un dispositivo, este dispositivo puede tener la posibilidad de transformar de la mejor forma posible estas energías, durante el proceso de transformación se necesitan diferentes componentes de ese dispositivo con características específicas según las necesidades”, indicó Mata Padilla.

El doctor citó como ejemplo el caso de dispositivos que transforman la energía solar en térmica y, en muchos casos, requieren buen almacenamiento energético u óptima conducción del calor, como ocurre en los sistemas de colección de energía solar que necesitan que la radiación infrarroja pueda absorberse directamente sobre la superficie del colector y pueda transferirse directamente para su posterior transformación. Con este proyecto, los investigadores buscan mejorar este y otros procesos mediante la aplicación de nanomateriales poliméricos.

“La otra (parte de aplicación) tiene que ver, por ejemplo, con protección de los sistemas oceánicos que están sometidos a medios altamente corrosivos, y una forma de protegerlos es a través del uso de recubrimientos. Las pinturas con recubrimientos tienen la característica de poder proteger contra la corrosión muchos de los materiales de los cuales están construidos directamente los dispositivos”.

Los científicos agregaron que, para conseguir mejor protección para estos sistemas, buscan aumentar la propiedad de inhibición de la corrosión de los dispositivos al agregar partículas de tamaño nanométrico que incrementen de manera significativa la inhibición a la corrosión y la duración de esta característica.

Hasta el momento, de forma preliminar, los especialistas de CIQA cuentan con resultados prometedores; sin embargo, insisten que aún faltan pruebas por realizar.

“Respecto a resultados, en la parte de colectores, se han llegado a desarrollar los sistemas de colección y los tubos con ‘aletas’ que nos permiten en determinado momento colectar la luz solar, y en esto se han enfocado otros colegas. En la parte de recubrimientos, casi todo lo que se ha hecho ahora es junto con estudiantes de licenciatura y posgrado; se han obtenido recubrimientos con propiedades lo suficientemente altas para disminuir de manera significativa la corrosión, trabajando con recubrimientos e incorporándoles nanopartículas de grafeno, nitruro de boro y óxido de titanio, estos dos últimos con los mejores resultados”, especificó Mata Padilla.

Acerca de los recubrimientos, los especialistas aclararon que faltan pruebas para determinar la valoración exacta del porcentaje de protección que incrementa con la incorporación de nanopartículas.

“Apenas estamos a nivel laboratorio. (Para el escalamiento) necesitamos primeramente obtener materiales que tengan la suficiente eficiencia para poder producir las cantidades de energía que se necesitan”, aclaró el doctor Martínez Colunga.

Sobre el potencial de transferencia de tecnología y vinculación, los investigadores comentaron que están abiertos a colaborar con el sector industrial; ya han trabajado con una empresa de colectores solares plásticos en cuanto al desarrollo de nanomateriales para la transformación y almacenamiento de energía. Respecto al tema de protección de sistemas de transformación de energía, buscarán acercamientos con empresas especializadas en pinturas y crecer hacia otro tipo de aplicaciones como barcos y la corrosión por bioincrustación.

“En México, actualmente se está trabajando en lo que es el desarrollo de materiales que ayuden a la generación de energías, y aquí en México se puede hacer este tipo de investigaciones, no es necesario ir al extranjero. Aquí hay gente suficientemente capacitada para poder realizar investigaciones de este tipo”, enfatizó el doctor Martínez Colunga.

Respecto al futuro de los proyectos, los científicos indicaron que continuarán trabajando sobre estas líneas de investigación y en fortalecer los aspectos donde obtuvieron resultados más tangibles.

“En la parte termosolar, la idea es ver la posibilidad de desarrollar materiales termoeléctricos que puedan ser utilizados para generadores termoeléctricos. La idea es que estos materiales nos permitan transformar la energía solar, o incluso la energía de desecho de automóviles, en energía eléctrica y poderla utilizar en los propios automóviles, en edificios o en sistemas de comunidades aisladas, donde la generación de electricidad no es tan sencilla y podamos utilizar un generador con estas características”, visualizó el especialista Mata Padilla.

Añadió que también seguirán trabajando en mejorar los sistemas de almacenamiento térmico, a través de materiales de cambio de fase orgánicos y nanoestructurados con diferentes tipos de nanopartículas conductoras de calor.

“Continuaremos con la parte de los recubrimientos anticorrosivos y antivegetativos, pero tratando de desarrollarlos como recubrimientos inteligentes, recubrimientos autorreparables, recubrimientos con conducción de electricidad, que disminuya en determinado momento el proceso de corrosión, y los recubrimientos superhidrofóbicos que no solamente estén enfocados en la parte oceánica, sino en otro tipo de aplicaciones en energías renovables. Por ejemplo, para espejos solares que se utilizan en sistemas heliostatos, donde se requiere que la superficie sea autolimpiable”, destacó el investigador.

Fuente: CONACYT.