Efectos Relevantes de la Nanotecnología en el

Sector Energético

Joaquín Tutor Sánchez12 de Diciembre de 2011

La disponibilidad de energía nivel de bienestar, a la salud y a la duración de vida del ser

humano.

En realidad vivimos en una sociedad que se podía denominar como “ENERGIVORA".

En esta sociedad, los países más pobres muestran los consumos más bajos de energía, mientras que los países más ricos utilizan grandes cantidades de la misma.

Este escenario está cambiando de forma drástica donde serán precisamente los países en vías de desarrollo quienes experimenten con mayor rapidez un aumento en su consumo de energía debido al incremento que tendrán tanto en sus poblaciones como en sus economías.

FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES

• Fuentes de energía fósil

• Fuentes de energía geotérmica

• Energía Nuclear

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

• Energía Solar• Energía Eólica• Energía de la Biomasa• Temperatura

Oceánica• Energía de las Olas• Energía Hidráulica• Energía de las Mareas

Potencia Empleada Mundial (TW = 1012 Watios)1965 - 2005

Btu (British Thermal Unit) = 1.055 Julios

Consumo de Energía Primaria en España

Producción de Energía Eléctricaen España

• El consumo de energía en el mundo se incrementará en un 57% entre 2004 y 2030, a pesar de que se espera que el aumento de precios tanto del petróleo como del gas natural siga en aumento.

• Gran parte de este incremento será producido por el experimentado en los países con economías emergentes.

• Se prevé que el consumo de energía en el mercado experimente un

incremento medio de un 2,5% por año hasta 2030 en los países ajenos a la OCDE, mientras que en los países miembros será tan solo del 0,6%

• Los países OCDE incrementarán su demanda energética en un 24%, mientras que el resto de países lo harán al 95%.

Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE)

• El dióxido de carbono (CO2) es uno de los gases invernadero que permanecen durante más tiempo en la atmósfera.

• Las emisiones de CO2 causadas por el hombre provienen principalmente de la combustión de combustibles fósiles para la producción de energía, siendo el centro del debate del cambio climático.

• Las emisiones de CO2 que están previstas para el periodo estudiado es que aumenten de 26,9 billones de toneladas en 2004 a 33,9 en 2015 y 42,9 en 2030

¿Crisis?• La situación energética actual debe ser

planteada como una crisis.

• No podemos continuar con el modelo de desarrollo actual: sólo la ganancia empresarial.

• Hay que asegurar que los habitantes tengan acceso a los recursos energéticos para garantizar buenas condiciones de vida.

• Hay que cuidar el medio ambiente.

• Hay que encontrar una estrategia de salida de la era de los combustibles fósiles, para asegurar el futuro de la civilización.

• Hay que seguir trabajando en un análisis adecuado de I+D+i suficientes para explorar alternativas energéticas nuevas y sustentables.

¿Una única solución?• Formación, divulgación y apoyo a todo lo

relacionado con el desarrollo sostenible: no hacer desaparecer nuestro capital natural, ni las fuentes de energía no renovables. Crear la PERMACULTURA.

• No alcanza con plantear soluciones específicas orientadas a un solo aspecto: la crisis abarca numerosos ámbitos, y debemos tomar el problema de raíz, encontrar posibles soluciones realistas con una mirada estratégica.

• No podemos sustituir completamente las energías convencionales por las renovables: pero se puede reducir progresivamente la dependencia excesiva de combustibles fósiles.

¿PUEDE LA NANOTECNOLOGÍA CONTRIBUIR A RESOLVER LOS PROBLEMAS QUE HOY SE PRESENTAN EN EL SECTOR

ENERGÉTICO?

En las últimas décadas, la ciencia y la ingeniería han estado buscando nuevos y mejorados tipos de tecnologías energéticas de cara a mejorar la vida en el planeta. Un salto adelante en la generación de nuevas tecnologías ha sido las Aplicaciones de la Nanotecnología al Sector de la Energía.

El aspecto principal de la nanotecnología relacionado con la energía es la NANOFABRICACIÓN:

• Nanofabricación es el proceso de diseñar y crear dispositivos a escala nanométrica.

• Los dispositivos fabricados a escala inferior a 100 nanómetros abren muchas puertas para el desarrollo de nuevos métodos de conversión, producción, almacenamiento y ahorro de energía.

• El nivel de control en el proceso de nanofabricación es crucial para proporcionar la capacidad de resolver muchos de los problemas que el mundo está enfrentando hoy relacionados con la creación actual de tecnologías energéticas.

PRINCIPAL DOMÍNIO DE APLICACIÓN DE LOS NANOMATERIALES EN EL SECTOR ENERGÉTICO

PRINCIPALES NANOMATERIALES EN EL SECTOR ENERGETICO

Nanocristales (polvos) de compuestos de Al – metales de transición

Oclusiones nanométricas de Al, Mg y nanogranos de Al-Mg en materiales volumétricos

Nanoespumas de Carbono Nanotubos de carbono; grafeno Nanotubos de carbono en matrices cerámicas y poliméricas Nanopartículas de SiOx (Sílica)

Nanocomposites Metal-Cerámico para recubrimientos Plaquetas de Montmorillonita (un tipo de Zeolita) Óxido de Polietileno-Poliestireno nanoestructurado Nanofibras de Carburo de Silicio Nanogranos de Ti y aleaciones Ti-Al en Aceros Nanopartícules de Ti

Los campos de aplicación más prometedores en la conversión y producción de energía son:

Conversión fotovoltaica (celdas o células solares)

Diseño de nanomateriales absorbentes de luz (p. Ej. Fulerenos) combinados con plásticos electrónicos para desarrollar polímeros semiconductores fotovoltaicos

EFE EL UNIVERSAL VIERNES 13 DE FEBRERO DE 2009

El segundo fabricante mundial de teléfonos móviles, el surcoreano Samsung Electronics, ha producido el primer celular del mundo equipado con un panel solar para recargar su batería, informó hoy la agencia local Yonhap.

ENERGÍA BARATA Y LIMPIA

La dificultad de satisfacer las necesidades

energéticas del planeta radica en la

necesidad de proteger el medio ambiente.

Los paneles solares incorporando tecnología

nanométrica son más eficiente que los

paneles estándares diseñados para

convertir la luz solar en electricidad,

prometiendo una potencia energética solar

barata y limpia en el futuro.

Conversión de hidrógeno (celdas o células de combustibles)

Imagen TEM de nanopartículas de Pt en un compuesto de K2 PtCl4

Estos nanomateriales han permitido mejorar propiedades tales como:

•Actividad catalítica •Reacciones de generación de hidrogeno•Catálisis de oxidación

Los campos más prometedores de aplicación de almacenamiento de energía

PRINCIPALES NANOMATERIALES PARA EL ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO

Nanopartículas de Al, Mg y Al-Mg

Al, Mg, Al-Mgnanoestructurados

Nanopartículas deGrafito

Nanotubos de Carbono

Nanopartículas deTitanio

Nanocristales de aleación Mg-Ni

ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

• Almacenamiento de Hidrógeno

• Electrodos para baterías de litio

• Membranas nanocerámicas para baterías de litio

MEJORES CATALIZADORES• Mayor razón de reacción• Bajas temperaturas de

procesamiento• Reducción de emisiones• Reducción de consumo

Nanofibras porosas orgánicas

Los campos de mayor interés de aplicación en el ahorro energético

Materiales compuestos que integran en sus estructuras nanopartículas (p. ej. Nano-tubos de carbono) reducen el peso de los productos obtenidos a partir de ellos.

En el caso de vehículos de automoción y aeronáutica la reducción de peso implica reducción del consumo energético.

TEM de PAN (poliacrilonitrilo) recubierto por CNT´s

Aumento de la capacidad de fibra de carbono; Sony OLED TV. 12 octubre 2007

Principales Nanomateriales para nuevas fuentes de luz con mayor capacidad de iluminación

LA NANOTECNOLOGÍA PUEDE CONTRIBUIR A RESOLVER LOS PROBLEMAS QUE HOY SE PRESENTAN EN EL SECTOR

ENERGÉTICO

Para comprender estas posibilidades con más detalle, es que debemos analizar como la Nanotecnología puede influir eficientemente en:

• La Conversión/Producción de Energía• El Almacenamiento de Energía• El Ahorro de Energía

y la generación de nuevas Fuentes de Luz: la NANO-OPTOELECTRÓNICA

Financiamiento USA para la Iniciativa Nacional en Nanotecnología

Año fiscal 2001(Año 1)

Año fiscal 2002(Año 2)Asignado

Año fiscal 2003(Año 3)

Asignado

Dpto. Agencia

Asig Ejec Total Total

DOD 110 123 180 201

DOE 93 87,95 91,1 139,3

D0J 1,4 1,4 1,4

D0T (FAA) 0 2 2

EPA 5 5 5

NASA 20 22 46 51

NIH 39 39,6 40,8 43,2

NIST 10 33,4 37,6 43,8

NSF 150 150 199 221

USDA 1,5 1,5 2,5

Total 422 463,85 604,4 710,2

Todas las cifras están dadas en M USD

2006 -- 231,0 M USD

2007 – 235,2 M USD

2008 – 331,5 M USD

“DESEO SIN ACCIÓN ES FICCIÓN,DESEO CON ACCIÓN ES REALIZACIÓN”

Alex Rovira Celma“Los 7 Poderes”

LA NANOTECNOLOGÍA SI PUEDE CONTRIBUIR A RESOLVER LOS PROBLEMAS QUE HOY SE PRESENTAN EN EL SECTOR

ENERGÉTICO