NANOTECNOLOGÍA Y CONVERSIÓN ENERGÉTICA:
RETOS Y OPORTUNIDADES
Víctor Manuel Castaño Meneses Ingeniero Físico y Doctor en Ciencias
Noviembre 3, 2011
CONTENIDO
Introducción Energía: el futuro nos ha alcanzado La Nanotecnología: una perspectiva desde la
Ingeniería Nanotecnología y energía Conclusiones
LA ERA DE LA NANOTECNOLOGÍA
Una unidad de medida longitudinal, como pulgada, pie, metro…
Un nanómetro (nm) es una mil millonésima parte de un metro
(1 nm = 1x10-9 m).
Diámetro de un cabello = 100, 000 nm
El poder manipular átomos, moléculas a escala nanométrica y arreglarlos de la forma que deseemos puede facilitar la creación de estructuras complejas “al precio de los vegetales”
Las propiedades ópticas, electrónicas, magnéticas y térmicas de las nanopartículas dependen del tamaño, forma, composición, distancia inter-partícula, y el ambiente que las rodea
Area superficial con relación a la masa Material: oro
Cubo de 1 x 1 x 1 cm V = 1 cm3
Masa = 19.3 g area superficial = 6 cm2
Nanocubos de 10x10x10 nm No. de cubos = 1 x 1018 cubos V = 1000 nm3
area superficial por cubo = 600 nm2
area superficial total = 6 x 1020 nm2 = = 6 000 000 cm2
Reactividad química Temperatura de fusión menor Parámetro de red menor No. de átomos superficiales mayor Mayor superficie de contacto Solubilidad Efectos cuánticos Propiedades ópticas
Manipulación de la propiedades superficiales: Diagnóstico Tratamientro enfermedades Alimentación
Energía
Nanotecnología y celdas solares • Fundamentos de celdas fotovoltáicas
a. Encapsulado b. Rejilla de contacto c. Recubrimiento an4reflejante d. Silicio 4po N e. Silicio 4po P
La nanotecnología y la energía solar El problema principal con la tecnología actual es su
baja eficiencia Aún las más avanzadas celdas sólo pueden convertir,
como máximo, entre el 10 y el 30 % de toda la energía solar que les llega
El uso de materiales renovables (pigmentos de plantas) permitiría incrementar el cociente costo/eficiencia: nanoceldas Gratzel
Celdas fotovoltáicas sensibilizadas con pigmentos de plantas mexicanas y con recubrimientos de nanotubos
Problemas de la ingeniería de las nanoceldas
Capa de titania demasiado delgada
Espaciadores demasiado gruesos
Capa de 4tania
espaciadores
Nanotecnología aumenta la eficiencia
Nanocristales Más electrones – 3 a 1 Más energía
Celda normal Nanocelda
nanoMejora de las propiedades de absorción
Nanoantenas Uso de sistemas a partir del DNA Incremento en la absorción de fotones
Temas de R&D e nanoceldas
• Eficiencia del 6% de celdas de plástico – Ventajas de fotoceldas plásticas
• Flexibles • Enrollables • Uso doméstico (bajo costo)
• Aplicaciones en curso – Techos – Automóviles – Militares
Nanotecnología en baterías
Estructura básica de una batería moderna
Nano posibilidades
• Mayor duración – 20+ años
• Recarga más rápida – minutos
• Temperaturasde operación – de -50°C a +75°C
• Mayor potencia – 4 veces la de las de litio
Producción de hidrógeno Problemas con los métodos actuales
Electrólisis Uso de electricidad que proviene de la quema de
combustibles fósiles –
Reforma por vapor Crea mucho monóxido de carbono
Nanotubos de titania para fotocatálisis del agua
Producción de hidrógeno
nanoAlmacenamiento de Hidrógeno
En sistemas nanoporosos que permiten prototipos con autonomía de varios cientos de km
NANOFUEL
Nanogotas de agua en gasolinas comerciales: hasta 40% de agua y octanaje de 200
Menor costo Menos contaminación
Conclusiones El futuro nos ha alcanzado Necesidad de una revolución energética:
Políticas públicas Nuevas tecnologías Nanotecnología ofrece oportunidades históricas
a la Ingeniería Mexicana