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Cómo almacenar energía en silicio fundido

Almacenar energía a temperaturas superiores a los 1000 ºC a través del silicio fundido. Ese el objetivo del proyecto europeo AMADEUS en el que participan investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid, que ya han patentado un concepto que combina los efectos termiónico y fotovoltaico para lograr la conversión directa del calor en electricidad.

Investigadores del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) coordinan AMADEUS, un proyecto del programa Horizonte 2020 que busca el desarrollo de nuevos dispositivos de almacenamiento de energía basados en el silicio fundido, a temperaturas superiores a los 1000 ºC.

Los expertos tratarán de crear una nueva generación de dispositivos de acumulación energética extremadamente compactos y de menor coste con potencial aplicación en diversos sectores.

El proyecto investigará un nuevo concepto patentado por investigadores españoles que combina los efectos termiónico y fotovoltaico para convertir el calor en electricidad
El almacenamiento directo de energía solar en plantas termosolares, o la integración del almacenamiento eléctrico y la cogeneración en domicilios y distritos son sólo algunas de las aplicaciones que podrían tener los nuevos dispositivos resultantes del proyecto que ha logrado financiación de la convocatoria Future Emnerging Technologies (FET) del programa Horizonte 2020 de la Comisión Europea. Se trata de un logro en sí mismo ya que solo 4 de cada 100 propuestas presentadas han logrado financiación en esta convocatoria, una de las más competitivas de todo el programa.

Con un presupuesto de 3,3 millones de euros para los próximos tres años, AMADEUS (Next Generation Materials and Solid State Devices for Ultra High Temperature Energy Storage and Conversion) investigará nuevos materiales y dispositivos que permitan almacenar energía a temperaturas en el rango de los 1000 y 2000 ºC. De esta forma, se pretende romper con la barrera de los 600ºC, raramente superada por los sistemas actuales empleados en centrales termosolares.

Para conseguirlo, los expertos trabajarán con distintos aleados metálicos de silicio y boro, que funden a temperaturas superiores a los 1385ºC y que permitirán almacenar entre 2 y 4 MJ/kg, “un orden de magnitud superior a la de las sales empleadas actualmente”, explica Alejandro Datas, del Instituto de Energía Solar de la UPM y uno de los coordinadores del proyecto.

Además, se estudiarán los materiales necesarios para contener estos metales fundidos durante largos periodos de tiempo y lograr un buen aislamiento térmico, así como los dispositivos para lograr una conversión eficiente del calor almacenado en electricidad.

Dispositivos que toman como base tecnología UPM

Para esto último, el proyecto investigará un nuevo concepto, patentado por investigadores de la UPM y publicado en diversas revistas científicas, que combina los efectos termiónico y fotovoltaico para lograr la conversión directa del calor en electricidad.

A diferencia de las máquinas térmicas convencionales, este sistema no requiere contacto físico con la fuente térmica, ya que se basa en la emisión directa de electrones (efecto termiónico) y de fotones (efecto termofotovoltaico).

Pero, de tener éxito en su desarrollo, estos nuevos dispositivos no sólo podrán trabajar a temperaturas muy elevadas, sino que también permitirán simplificar y abaratar drásticamente el sistema, ya que no requieren de un fluido caloportador, ni de tuberías e intercambiadores de calor, que a día de hoy, suponen gran parte del coste de estas instalaciones.

Además de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), en el proyecto colaboran otros seis socios de cinco países europeos, con experiencia en campos tan diversos como la metalurgia, el aislamiento térmico, la dinámica de fluidos y dispositivos semiconductores.

El consorcio de investigación, coordinado por Alejandro Datas y Antonio Martí, ambos de la Universidad Politécnica de Madrid, contará con la participación del Consejo Nacional de Investigación de Italia, el Instituto de Investigación de la Fundición de Polonia, la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, el Centro Hellas para la Investigación y la Tecnología de Grecia, la Universidad de Stuttgart de Alemania, y la compañía IONVAC Process SRL de Italia.

Transistores con flexibilidad

El material mantiene su capacidad conductiva incluso cuando se dobla o estira al 100% de su longitud.

Los dispositivos vestibles o wearables se están convirtiendo en una tendencia con un gran potencial dentro de la electrónica de consumo. Ya es habitual ver relojes o pulseras inteligentes, pero todavía existen problemas de funcionalidad en otro tipo de gadgets debido su incapacidad de funcionar correctamente cuando tratan de adaptarse al movimiento de cuerpo humano.

Esta semana se publica en la revista Science un estudio de un grupo internacional de científicos, de EEUU, China, Corea del Sur, Canadá y Reino Unido, que muestra una tecnología de materiales semiconductores que logra mantener la conductividad eléctrica incluso cuando se estiran hasta el doble de su longitud normal.

Tradicionalmente se usan materiales basados en silicona para crear este tipo de dispositivos pero son demasiado rígidos y frágiles. Aunque existen formas de aumentar su flexibilidad manteniendo además las propiedades conductoras, el coste de fabricación aumenta demasiado como para que hasta ahora se hayan podido aplicar más allá de la creación de prototipos.

“Para trabajar con materiales de silicona, se necesita una temperatura muy alta y vacío para procesarla. En nuestro caso, usamos capas de solución y las imprimimos, por lo que su coste de fabricación es menor”, explica a Sinc una de las autoras del estudio, Zhenan Bao, de la Universidad de Stanford (EE UU).

Los resultados del estudio y su posterior análisis muestran como este material experimenta cambios mínimos en su conductividad cuando lo estiran al 100% de su longitud o incluso al cubrir la superficie de un dedo y doblarse con su movimiento.

Nanopartículas de óxido de cerio para descontaminar aguas con varios metales pesados

La nanotecnología está cada vez más presente en áreas como las energías renovables, la mejora de la calidad del aire y el agua o la descontaminación de suelos y aguas. Una investigación desarrollada en esta última área ha estudiado el potencial de nanopartículas de óxido de cerio para eliminar metales pesados ​​presentes en aguas contaminadas con tres metales diferentes al mismo tiempo, situación muy poco estudiada hasta ahora. Los resultados han mostrado un elevado rendimiento y facilidad de separación de las nanopartículas que atrapan los metales.

 

En los últimos años, la nanotecnología se está convirtiendo en un área de investigación tanto a nivel de investigación como en primeras aplicaciones comerciales en ámbitos variados como el desarrollo de nuevos materiales, la industria farmacéutica o la medicina, entre muchos otros. Uno de los campos donde la nanotecnología está adquiriendo una especial relevancia es en las tecnologías del medio ambiente. En este caso, la nanotecnología se puede encontrar en áreas tan diversas como las energías renovables, la mejora de la calidad del aire y el agua o la remediación de suelos contaminados. En todas estas aplicaciones, es también de especial relevancia conocer los posibles impactos ambientales que pueda tener la introducción de estos nuevos materiales.

En la investigación desarrollada por investigadores del Grupo GICOM (Grupo de Compostaje, Departamento de Ingeniería Química UAB) y del ICN (Grupo de Nanopartículas Inorgánicas, Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología), se ha estudiado el potencial de nanopartículas de óxido de cerio (CeO2), que son de bajo coste y tienen varias aplicaciones en la eliminación de metales pesados ​​en agua, altamente contaminantes y tóxicos, en concreto plomo, cadmio y cromo, de origen industrial y con restricciones legales muy estrictas por parte de instituciones como la OMS. Estas nanopartículas se caracterizan por tener una gran capacidad de adsorción y permiten eliminar estos metales en concentraciones muy bajas, de forma que el agua tratada puede tener diferentes usos. La originalidad del trabajo reside en que las nanopartículas se han utilizado para tratar aguas que estaban contaminadas con tres metales a la vez, situación bastante habitual en la realidad pero muy poco estudiada en la literatura científica.

Los resultados obtenidos demuestran que se pueden utilizar nanopartículas de óxido de cerio para eliminar de forma efectiva estos tres metales con elevados rendimientos, sin observarse grandes diferencias respecto a cuando los metales se tratan individualmente, donde ya se tenían resultados muy satisfactorios. Al mismo tiempo, las nanopartículas que atrapan los metales se pueden separar del agua fácilmente por centrifugación.

Este hecho abre un nuevo campo de uso de los nanomateriales con aguas complejas que contengan una gran diversidad de contaminantes.

Tecnologia de Metales

La Tecnología de los Metales es la Ciencia que representa el conjunto de los conocimientos modernos referentes a los métodos de fabricación de materiales metálicos y medios de sus trasformaciones físico-químicas con el fin de fabricar piezas y artículos de diferente aplicación. Una de las propiedades más sobresalientes de los metales y aleaciones consiste en que mediante un cambio racional de su composición química y estructura interna pueden obtenerse distintos materiales de construcción con nuevas propiedades, que posibilitan su aplicación en todas las ramas de la economía nacional. A pesar de que de año a año aparece cada vez una mayor cantidad de polímeros y de otros materiales químicos, los materiales siguen desempeñando un papel fundamental en el moderno proceso de desarrollo técnico.

Introduccion

La investigación y desarrollo en la ciencia metalúrgica debe considerarse como una respuesta cultural al medio ambiente, tecnología y socioeconomía que caracteriza cada periodo del proceso histórico en los pueblos y organizaciones.