La energía se pone verde

El Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq) desarrolla nanomateriales para la generación de electricidad. La estrategia de investigación reutiliza desechos industriales como glicerol crudo, bioetanol y anticongelante a través de procesos de electroquímica y electrocatálisis.

El docente investigador del Cideteq a cargo del proyecto, Walter Noé Velázquez Arjona, explicó que el objetivo de esta investigación es encontrar el sustento tecnológico para la promoción de nuevas alternativas para la generación sustentable de energía.

“Es una combinación de varias líneas de investigación, se basa en la valorización de desechos, incluidos combustibles no convencionales. El año pasado se hizo una nota para el portal de los centros del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) del uso de anticongelante como un vector energético para la generación de electricidad”.

Nuevos materiales

Velázquez Arjona indicó que ante los altos niveles de contaminación que se registran en todo el mundo, diferentes grupos de investigación, e incluso industrias, le están apostando al desarrollo de nuevos combustibles, biocombustibles o tratamientos sustentables de residuos, es decir, la energía verde. Una de estas líneas está basada, precisamente, en la generación sustentable de electricidad.

“Existen varias tecnologías que se enfocan en ello pero cada una tiene sus ventajas y desventajas; las energías solar y eólica están pensadas para aplicaciones fijas, que tienen que estar ubicadas en un lugar específico. Si pensamos en aplicaciones móviles, como vehículos, equipos de cómputo o telefonía, no es posible utilizarla, por lo que se requiere  pensar en otras fuentes de energía, como nuevas baterías y celdas que puedan operar con combustibles no convencionales, siguiendo la línea de incrementar la sustentabilidad, que es lo que desarrollamos en Cideteq”.

Velázquez Arjona puntualizó que en el Cideteq trabajan con desechos, como el anticongelante, compuesto mayoritariamente por etilenglicol, una molécula que al oxidarse libera un flujo de electrones que se puede aprovechar para la generación de electricidad; y con el biodiesel, que tras un proceso de transesterificación, genera al menos 10 por ciento de glicerol crudo, que es considerado un desecho cuando no es tratado.

“El problema es que durante el proceso de elaboración del biodiesel se utilizan otros compuestos como el hidróxido de potasio (KOH), el metanol, que se usa como catalizador, o surfactantes que dejan remanentes en el glicerol, lo que lo hace poco atractivo para darle otro tipo de usos. Localizamos ciertos desechos como bioetanol, anticongelante y glicerol crudo que podemos utilizar. Lo que hacemos en Cideteq es trabajo de investigación para que, a partir de ellos, podamos generar electricidad a través de nuevos materiales que puedan utilizarse como electrocatalizadores”.

Nanomateriales nobles

El investigador del Cideteq señaló que desde que se construyó el microscopio electrónico de transmisión en los años cincuenta, se detonó la nanotecnología, con lo que se aprovechan mejor las propiedades de estos nuevos materiales a nanoescala por la modificación que hay en la relación del área superficial con el volumen total.

“Actualmente se trabaja mucho con nanomateriales de metales nobles como el oro (Au), paladio (Pd) y platino (Pt), son muy activos, facilitan el rompimiento de enlaces y la generación de electricidad. Hablamos de una conversión química a una eléctrica. El problema que tenemos con los nanomateriales es que están diseñados y probados en compuestos puros empleados como combustibles, pero no para los que tenemos actualmente, que tienen una combinación de desechos. De ahí que debemos determinar cómo diseñar nuevos materiales que permitan esta conversión energética de manera adecuada. Nosotros lo conocemos como electrocatálisis”.

Walter Noé Velázquez Arjona destacó que para el desarrollo de esta investigación, los estudiantes del Cideteq son especializados en disciplinas académicas como química, fisicoquímica, termodinámica, electroquímica, espectroelectroquímica y electrocatálisis, ciencias de los materiales y nanotecnología, donde se analizan los factores relacionados con estos combustibles y los materiales que se requieren para poder generar de manera sustentable y eficiente la electricidad.

“No hemos podido quitar la dependencia a los materiales nobles que, por cierto, son muy caros, pero sí hemos reducido su uso trabajando con nanopartículas bi- y tri-metálicas. La electroquímica y la química son áreas interfaciales, es decir, todo lo que está en la capa más externa de una nanoesfera es lo que reacciona. Lo que hacemos con los materiales que desarrollamos es que en la parte del centro —que es lo que no se usa— le ponemos un metal más barato y lo recubrimos con el metal caro, como lo es el cobre (Cu), níquel (Ni) o el hierro (Fe). Con esto estamos también ahorrando átomos porque estamos además trabajando con nanopartículas huecas”.

Al respecto, el estudiante del doctorado en electroquímica del Cideteq Isaac Velázquez Hernández explicó que para el estudio de la interacción química y electroquímica que existe entre el compuesto que se está analizando —con todo lo que contiene— y las nanopartículas, el Cideteq trabaja con una técnica de espectroscopia Raman de superficie mejorada, la cual es acoplada a una celda electroquímica fabricada en Cideteq.

«Consiste en incorporar una celda electroquímica donde tenemos nuestras nanopartículas de electrocatalizador donde hacemos incidir un haz Raman; a través de las vibraciones que emiten los enlaces, podemos determinar el nivel de interacción del combustible con las nanopartículas y el proceso de adsorción, así como la ruta de reacción que siguen los combustibles utilizados. De tal manera que se puedan hacer eficientes las celdas de combustible que se desarrollan en Cideteq».

El polímero conductor de electricidad

Walter Noé Velázquez Arjona destacó que este centro trabaja con investigadoras de la Universidad Autónoma de Querétaro (UAQ) en el desarrollo de un material con base en oro y paladio usando un polímero llamado polianilina, que es un conductor eléctrico utilizado en el sector aeroespacial.

«Cuando hablamos de polímeros nos vienen a la mente plásticos, pero la polianilina tiene la particularidad que conduce la electricidad. Nosotros lo utilizamos por dos aspectos, incrementa el área superficial por la forma déntrica que tiene y su conductividad. Además hemos trabajado con materiales de paladio níquel que son en forma de nanocubos en diferentes facetas cristalinas, particularmente el 100 que es más activo para los alcoholes».

El investigador del Cideteq subrayó que con estos proyectos de investigación de diseño de materiales con propiedades únicas, se establecen las bases para nuevos desarrollos enfocados en la generación de energías verdes a través del aprovechamiento de desperdicios industriales con procedimientos electroquímicos.

Fuente: CONACYT.