Archivo de agosto, 2015

Jornadas técnicas ETRERA_2020 dedicadas a las energías renovables los días 29 y 30 de septiembre en Madrid

Autora: Raquel Portela-ICP-CSIC

Los días 29 y 30 de septiembre de 2015 se celebran en Madrid unas jornadas técnicas dedicadas a las energías renovables organizadas en el marco del proyecto europeo ETRERA_2020 con la colaboración del IMDEA y del CSIC.

ETRERA_2020 (Empowering Trans-Mediterranean Renewable Energy Research Alliance for 2020 energy targets, Fortalecimiento de alianzas transmediterráneas en la investigación sobre energías renovables de cara a los objeticos energéticos del 2020) es un proyecto de cooperación internacional financiado por el séptimo programa marco que tiene como objetivo reforzar la colaboración entre países europeos del área del Mediterráneo para reducir la brecha entre la investigación y la innovación (R2I-PEV), centrándose en el reto social de producir energía de forma segura, limpia y eficiente a través de las tecnologías eólica, fotovoltaica, solar térmica e hidrógeno y pilas de combustible, y de redes inteligentes. Colaboran un total de nueve países representados por ocho centros de investigación, dos organizaciones intermediarias que apoyan a la innovación y la transferencia de tecnología y dos comunidades empresariales y entidades gestoras de parques de clústeres e incubadoras.

Madrid Network, el “clúster de clústeres” tecnológicos de la Comunidad de Madrid que participa en el proyecto a través su Clúster de Energías Renovables, organiza el taller técnico ETRERA_2020, que celebrará el 29 de septiembre en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP-CSIC), situado en el Campus Mixto Universidad Autónoma de Madrid/CSIC de Cantoblanco, y el 30 de septiembre en el IMDEA Energía, situado en el Parque Tecnológico de Móstoles, y en el que estarán representantes de los principales participantes nacionales e internacionales del proyecto, así como de otras instituciones nacionales y rgionales.

En la web del evento se puede descargar los programas provisionales de las jornadas del día 29 (CSIC) y 30 (IMDEA Energía), así como hacer la inscripción, que es obligatoria.

Ver agenda día 29. Reserve su plaza para este día aquí

Ver agenda día 30. Reserve su plaza para este día aquí

 

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Membranas de intercambio aniónico comerciales y su aplicación en pila de combustible alcalina

Autores: D. Herranz, P. Ocón. Universidad Autónoma de Madrid

En los últimos años ha aumentado el interés a escala mundial sobre las membranas de intercambio aniónicas debido a su potencial en sistemas electroquímicos de conversión y almacenamiento de energía, lo cual se ha traducido en un importante desarrollo de la investigación y comercialización de las mismas.

Las membranas de intercambio aniónicas o alcalinas tienen distintos usos en la actualidad, entre los cuales cabe destacar: electrodeionización (usado para purificación del agua), electrocoating (para sistemas de pintura anódica y catódica), electrólisis (obtención a partir de agua de hidrógeno y oxígeno puros), electrodiálisis (para desalinización y desmineralización del agua),  diálisis por difusión (para recuperación de ácidos) y pilas de combustible (transformación de energía química en eléctrica directamente) entre otros.

Algunas de las empresas más importantes que están comercializando en la actualidad este tipo de membranas son: Membranes International Inc., Fumatech, Mega a.s., Solvay y Tokuyama. Para sintetizar sus membranas utilizan diversas estrategias de síntesis y polímeros, algunos ejemplos son el uso de gel poliestireno entrecruzado con divinilbenzona o el polietileno mezclado con poliamida ó poliéster; además usan distintos refuerzos para las membranas con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, como ejemplo se tiene el PEEK (poliéter éter cetona) o el PET (tereftalato de polietileno).

Varios ejemplos de membranas aniónicas que son utilizadas para este tipo de procesos se muestran en la siguiente tabla:

Como se indicó arriba uno de los posibles usos es la aplicación en pilas de combustible, con las cuales se consigue una conversión directa de la energía química, que contienen los combustibles, en energía eléctrica, lo cual lleva asociada una alta eficiencia energética teórica (del 83% en el caso de la pila H2/O2). Este dispositivo presenta por lo tanto unas características ideales para funcionar como sistemas transformador de energía con una contaminación asociada despreciable o incluso nula, características muy necesarias debido a los graves problemas de contaminación que se tienen en la actualidad.

En el campo de las pilas de combustible, las de membrana polimérica son dispositivos donde los iones viajan a través de la misma entre el ánodo y el cátodo; las membranas que han tenido un mayor desarrollo y que más se han comercializado hasta la fecha han sido las de intercambio catiónico (funcionan en medio ácido) ya que tienen una buena estabilidad química y mecánica aunque presentan una cinética lenta para la reducción del oxígeno y por lo tanto necesitan catalizadores de metales nobles, en general caros, como por ejemplo el Pt. El material más común y ampliamente comercializado de este tipo de membranas es el Nafion®.

Por otro lado, las membranas de intercambio aniónico funcionan en medio alcalino; la ventaja más importante que presenta este medio es que las cinéticas de reacción son más rápidas que en medio ácido, sobre todo en la reducción del oxígeno y la oxidación de alcoholes, permitiendo por tanto el uso de catalizadores menos nobles y más baratos y siendo de especial relevancia para la futura comercialización y aplicación final en dispositivos tanto estacionarios como móviles y portátiles.

Las membranas de intercambio aniónico sin embargo no han tenido un uso importante en su aplicación para pilas de combustible comerciales, esto se debe básicamente a que todavía no se han conseguido desarrollar membranas que cumplan de manera satisfactoria el conjunto de las siguientes características: alta conductividad de iones OH-, alta estabilidad mecánica y alta estabilidad química a elevados pHs y temperaturas.

Aun así ya hay varias membranas comerciales, las cuales están siendo estudiadas desde distintos puntos de vista: tanto como referencia durante el desarrollo de otras membranas,1-3 como alterándolas de distintas formas para obtener membranas mejoradas basadas en estas comerciales4 ó usándolas directamente en la pila de combustible5,6.

Con estas membranas comerciales se han conseguido ya a día de hoy resultados muy prometedores al medir en pila de combustible. Por ejemplo con membranas Tokuyama se han obtenido picos de densidad de potencia máxima de 450 mW cm-2 y 340 mW cm-2 en H2/O2 y H2/aire (libre de CO2) respectivamente, a 50ºC.7 También se estudia la posibilidad de utilizar alcoholes como combustible (que se ve especialmente favorecida en medio básico como antes se ha mencionado), un ejemplo de los buenos resultados obtenidos en este campo son los 165 mW cm-2 que se han conseguido obtener con una membrana Tokuyama A-006 a 80ºC alimentada con etanol al 10% y O2.8

Como conclusión se puede afirmar que aunque las membranas de intercambio aniónico alcalinas aun no tienen un uso extenso para su aplicación en pila de combustible, sí que empieza a haber membranas comerciales con buenas características y en el futuro seguramente puedan desarrollarse hasta igualar o superar a las de intercambio catiónico.

 Bibliografía

1.        Zarrin, H., Jiang, G., Lam, G. Y.-Y., Fowler, M. & Chen, Z. High performance porous polybenzimidazole membrane for alkaline fuel cells. Int. J. Hydrogen Energy 39, 18405–18415 (2014).

2.        Ren, X., Price, S. C., Jackson, A. C., Pomerantz, N. & Beyer, F. L. Highly conductive anion exchange membrane for high power density fuel-cell performance. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 13330–3 (2014).

3.        Gopi, K. H., Peera, S. G., Bhat, S. D., Sridhar, P. & Pitchumani, S. 3-Methyltrimethylammonium poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) based anion exchange membrane for alkaline polymer electrolyte fuel cells. Bull. Mater. Sci. 37, 877–881 (2014).

4.        Follain, N. et al. Water Transport Properties of Plasma-Modified Commercial Anion-Exchange Membrane for Solid Alkaline Fuel Cells. J. Phys. Chem. C 116, 8510–8522 (2012).

5.        Kruusenberg, I. et al. Highly active nitrogen-doped nanocarbon electrocatalysts for alkaline direct methanol fuel cell. J. Power Sources 281, 94–102 (2015).

6.        Pandey, T. P., Peters, B. D., Liberatore, M. W. & Herring, A. M. Insight on Pure vs Air Exposed Hydroxide Ion Conductivity in an Anion Exchange Membrane for Fuel Cell Applications. ECS Trans. 64, 1195–1200 (2014).

7.        Varcoe, J. R. et al. Anion-exchange membranes in electrochemical energy systems. Energy Environ. Sci. 7, 3135–3191 (2014).

8.        Bianchini, C. & Shen, P. K. Palladium-based electrocatalysts for alcohol oxidation in half cells and in direct alcohol fuel cells. Chem. Rev. 109, 4183–4206 (2009).

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FOTOFUEL: Red de Excelencia para Abordar los Nuevos Desafíos en la Producción de Combustibles Solares

Autor: Fernando Fresno – Instituto IMDEA Energía

FOTOFUEL es una Red de Excelencia abierta, destinada al desarrollo de materiales y dispositivos para la producción eficiente de combustibles solares a partir de CO2 y H2O, a través de la búsqueda de sinergias y cooperación en red de grupos de investigación punteros. Las actividades de la red se distribuyen en cuatro aspectos: investigación de vanguardia; formación; difusión y comunicación; y transferencia de tecnología.

Por lo que respecta a las actividades científicas, se engloban cinco líneas de investigación: (i) el diseño y la síntesis de fotocatalizadores multifuncionales avanzados; (ii) el desarrollo de nuevas herramientas teóricas y experimentales de caracterización; (iii) el diseño y montaje de fotorreactores eficientes y la aplicación de tecnologías de control, análisis y gestión de resultados; (iv) el estudio de la viabilidad del proceso y el desarrollo de normas de estandarización; y (v) el estudio del impacto de los combustibles solares a nivel científico, medioambiental, económico y social.

La cooperación en ámbitos diferentes al puramente científico es también un objetivo primordial de esta Red. La formación de jóvenes investigadores tiene aquí un papel central. Se organizarán dos workshops así como una escuela de verano centrados en la utilización de la luz solar en aplicaciones energéticas y medioambientales. Asimismo, FOTOFUEL fomenta la difusión de resultados no sólo en el sector científico, incluyendo la organización de un congreso internacional especializado, sino también por medio de la divulgación a la sociedad. Se invitará asimismo al sector empresarial a los eventos y jornadas de difusión de resultados para fomentar el interés industrial y atraer la financiación del sector privado.


A día de hoy, participan en FOTOFUEL:

Instituto IMDEA Energía (Dr. Víctor A. de la Peña O’Shea, coordinador)

Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC

Institut Català d’Investigació Química

Instituto de Tecnología Química, UPV-CSIC

Instituto IMDEA Materiales

Sincrotrón ALBA

Institut de Química Teòrica i Computacional, Universitat de Barcelona

Departament de Física, Universitat Jaume I

Plataforma Solar de Almería, CIEMAT


La red FOTOFUEL está financiada por el Ministerio de Economía y Competitividad, a través de las Acciones de Dinamización “Redes de Excelencia” del Programa Estatal de Fomento de la Investigación Científica y Técnica de Excelencia.

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