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NANOTECNOLOGIA Y ENERGIA

"Tecnología y Educación" Diálogos México-Canadá en el IPN . NANOTECNOLOGIA Y ENERGIA. CICATA, QUERETARO, 26 DE AGOSTO, 2009. Gerardo Cabañas Moreno Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías Instituto Politécnico Nacional. NANO se deriva de “enano”. IMAGINEMOS.

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NANOTECNOLOGIA Y ENERGIA

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Presentation Transcript

  1. "Tecnología y Educación" Diálogos México-Canadá en el IPN NANOTECNOLOGIA Y ENERGIA CICATA, QUERETARO, 26 DE AGOSTO, 2009 Gerardo Cabañas Moreno Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías Instituto Politécnico Nacional

  2. NANO se deriva de “enano” IMAGINEMOS Un virus sería del tamaño de una persona Una nanopartícula del tamaño de un balón de futbol Una gallina sería del tamaño de la Tierra Un glóbulo rojo sería del tamaño de un estadio

  3. glóbulos rojos El Universo de lo Pequeño virus pulga cabello nanotubos En la escala Nano (0.00001 a 0.0000001 cm) se unen los mundos de lo biológico, lo material y lo cognoscitivo DNA logo atómico catalizador The Royal Society - 2005

  4. GRAND CHALLENGESFOR ENGINEERINGNationalAcademy of Engineering (USA, 2009)

  5. Cambios Radicales se darán en la producción de energía Las Nanotecnologías serán piezas clave para desarrollos revolucionarios en el sector energético y en el uso de energías renovables.

  6. Aplicaciones Potenciales de la Nanotecnología en el Sector Energético Fuente: VDITZ Gmbh

  7. Aplicaciones Potenciales de la Nanotecnología en el Sector Energético

  8. Nanotecnologías –mundialmente consideradas como tecnologías clave para innovación y progreso tecnológico en todas las ramas de la economía • CARACTERISTICAS: • creación, análisis y aplicación de estructuras, materiales, • interfases en una escala < 100 nm • nuevas funciones y propiedades por efecto de la escala • efectos novedosos principalmente derivados de la alta • relación de superficies a volumen y de comportamiento • cuántico • interdisciplinarias e intra-sectoriales

  9. Utilización controlada de estructuras en la escala nano (10-7 – 10-9 m) Comprensión de principios que actúan a nivel molecular Mejoramiento tecnológico de materiales y componentes La Esencia de las Nanotecnologías

  10. Incremento rápido de la fracción de átomos “superficiales” para tamaños > 10 nm La Esencia de las Nanotecnologías Fracción de átomos en la superficie (%) Diámetro de la Partícula (en nm)

  11. Fuentes Primarias de Energía Nanotecnologías potencialmente útiles tanto para fuentes convencionales (combustibles fósiles y nucleares) como renovables (geotérmica, eólica, solar, hidráulica, biomasa, …) Recubrimientos de brocas de excavación Materiales para generadores eólicos Capas antireflexión para celdas solares Recubrimientos anticorrosivos Celdas solares de película delgada Celdas solares de pigmentos o poliméricas Puntos cuánticos y nanoalambres para mayor eficiencia de celdas solares

  12. Fuentes Primarias Convencionales Reservas Petróleo Convencional Conv + No-conv Recursos Gas Convencional Conv + No-conv Posibilidades para Nanotecnologías Carbón Duro Suave Uranio

  13. Fuentes Primarias No-Convencionales Energía Fotovoltaíca Principal problema a resolver: COSTO Celdas solares nanoestructuradas requieren mayores eficiencias y durabilidad

  14. Energía Fotovoltaíca

  15. Energía Fotovoltaíca

  16. Energía Eólica Hélices de mayores tamaños requieren de materiales de mayor resistencia específica (p. ej., compósitos metal-nanotubos de carbono) Mayores tamaños también conducen a mayor ruido. Se requiere un acabado especial de la superficie de los álabes para minimizarlo.

  17. Conversión de Energía fuentes primarias  electricidad, calor y energía cinética MAYOR EFICIENCIA Materiales y sistemas resistentes mecánica y químicamente (corrosión) a mayores temperaturas • Plantas generadoras a partir de combustibles fósiles y gas: • mayores temperaturas de operación • secuestro de CO2 Membranas para separar CO2 Nanocatalizadores, materiales nanoporosos • Pilas de combustible: • electrodos, catalizadores, membranas optimizados Semiconductores nanoestructurados de materiales termoeléctricos Uso de calor desperdiciado

  18. Conversión de Energía fuentes primarias  electricidad, calor y energía cinética Pilas de combustible

  19. PILAS DE COMBUSTIBLE

  20. Conversión de Energía fuentes primarias  electricidad, calor y energía cinética Dispositivos termoeléctricos Bismuto

  21. Transmisión de Energía Eléctrica MAYOR EFICIENCIA Materiales de mayor conductividad eléctrica (nanotubos de carbono, grafeno) Transporte de energía inalámbrico: láseres, microondas, resonancias electromagnéticas Sistemas que incorporan materiales superconductores y magnéticos Sistemas para manejar nuevos modos de producción y distribución (sensores, electrónica de potencia)

  22. Materiales Magnéticos Sistemas que incorporan materiales superconductores y magnéticos

  23. Almacenamiento de Energía Baterías Supercapacitores Hidrógeno, Metano Materiales cerámicos, electrodos para batería de Li Hidruros, materiales porosos, materiales de alta área específica Sistemas y Materiales para almacenar calor por medios físico-químicos

  24. Almacenamiento de Energía Hidruros de Mg Cristalitos < 15 nm

  25. Almacenamiento de Energía Hidruros de Mg

  26. Uso Eficiente de la Energía Mejoramiento del consumo de combustible en automotores Nanocompósitos ligeros y antidesgaste Aislamiento térmico nanoporoso LED´s para iluminación general Edificios y Construcciones Nanopartículas en combustible y en neumáticos antifricción Ventanas inteligentes

  27. Uso Eficiente de la Energía Aislamiento térmico nanoporoso

  28. Confluencia de Factores

  29. RESUMEN • Crecimiento esperado en la demanda de energía • Calentamiento global • Agotamiento de combustibles fósiles • requieren • Urgente desarrollo de medios sustentables de generación y aprovechamiento de la energía Con el uso de Nanotecnologías es posible un aprovechamiento más eficiente de los combustibles tradicionales y el desarrollo de energías renovables Al aplicar Nanotecnologías, se deben visualizar los contextos macroeconómicos y sociales.

  30. CONCLUSIONES (continúa) Aprovechamiento de energías renovables requiere también de sistemas nuevos de almacenamiento y transporte-distribución de estas energías y de sus formas de conversión El uso de Nanotecnologías en el sector energético requiere la participación coordinada y sistemática de múltiples actores. Es necesario construir los “puentes” entre las diferentes instancias que participarán en esta empresa - AHORA

  31. GRACIAS POR SU ATENCION

  32. LABORATORIO DE CARACTERIZACION Y MANIPULACION DE NANOESTRUCTURAS Caracterización de la estructura de materiales orgánicos e inorgánicos desde la escala micrométrica hasta la escala nanométrica y subnanométrica CAPACIDADES ACEROS Amplificado 100 X 500 X 100 X Microscopía Optica 500 X

  33. LABORATORIO DE CARACTERIZACION Y MANIPULACION DE NANOESTRUCTURAS Microscopía Electrónica de Barrido CAPACIDADES ACEROS Amplificado 1,000 X 10,000X 1,500 X Orientaciones de los granos 10,000 X 50,000X Orientaciones – 3D Inclusión Perlita

  34. LABORATORIO DE CARACTERIZACION Y MANIPULACION DE NANOESTRUCTURAS Microscopía Electrónica de Transmisión CAPACIDADES ACEROS Acero de Construcción Amplificado 1,500 X 10,000X 20,000X 10,000 X 50,000X Acero Inoxidable

  35. LABORATORIO DE CARACTERIZACION Y MANIPULACION DE NANOESTRUCTURAS Microscopía Electrónica de Barrido y Transmisión – Otra Información CAPACIDADES imagen electrones Mapeo Ni 200 nm Mapeo O Al, Ni Mapeo O NiAl microcristalino

  36. LABORATORIO DE CARACTERIZACION Y MANIPULACION DE NANOESTRUCTURAS Microscopía Electrónica de Transmisión – Alta Resolución CAPACIDADES SrTiO3

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