Charla del Ciclo B2011 por el Dr. Joaquin Tutor de la Red de Nanodyf

1. Efectos Relevantes de la
Nanotecnología en el Sector
Energético
Joaquín Tutor Sánchez
12 de Diciembre de 2011

2. 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.

3. FUENTES DE ENERGÍA NO
RENOVABLES
• Fuentes de energía fósil
• Fuentes de energía geotérmica
• Energía Nuclear

4. FUENTES DE ENERGÍA
RENOVABLES
• Energía Solar
• Energía Eólica
• Energía de la Biomasa
• Temperatura
Oceánica
• Energía de las Olas
• Energía Hidráulica
• Energía de las Mareas

5. Potencia Empleada Mundial (TW = 1012 Watios)
1965 - 2005
Btu (British Thermal Unit) = 1.055 Julios

6. Producción de Energía Eléctrica
en España
Consumo de Energía Primaria en España

7. • 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)

8. • 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

9. ¿Crisis? ¿Una única solución?
• La situación energética actual debe ser • Formación, divulgación y apoyo a todo lo
planteada como una crisis. relacionado con el desarrollo sostenible: no
hacer desaparecer nuestro capital natural, ni
las fuentes de energía no renovables. Crear la
• No podemos continuar con el modelo de
PERMACULTURA.
desarrollo actual: sólo la ganancia empresarial.
• No alcanza con plantear soluciones
• Hay que asegurar que los habitantes tengan
específicas orientadas a un solo aspecto: la
acceso a los recursos energéticos para
crisis abarca numerosos ámbitos, y debemos
garantizar buenas condiciones de vida.
tomar el problema de raíz, encontrar posibles
soluciones realistas con una mirada
• Hay que cuidar el medio ambiente. estratégica.
• Hay que encontrar una estrategia de salida de la • No podemos sustituir completamente las
era de los combustibles fósiles, para asegurar energías convencionales por las renovables:
el futuro de la civilización. pero se puede reducir progresivamente la
dependencia excesiva de combustibles
• Hay que seguir trabajando en un análisis fósiles.
adecuado de I+D+i suficientes para explorar
alternativas energéticas nuevas y sustentables.

10. ¿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.

11. 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.

12. PRINCIPAL DOMÍNIO DE APLICACIÓN DE LOS NANOMATERIALES EN EL SECTOR
ENERGÉTICO

13. 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

14. 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.

15. 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.

16. 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

17. Los campos más prometedores de aplicación de almacenamiento de
energía
PRINCIPALES NANOMATERIALES PARA EL ALMACENAMIENTO
DE HIDRÓGENO
Nanopartículas de Nanotubos de
Al, Mg y Al-Mg Carbono
Al, Mg, Al-Mg
nanoestructurados Nanopartículas de
Titanio
Nanopartículas de
Nanocristales de aleación
Grafito
Mg-Ni

18. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
• Almacenamiento de Hidrógeno
• Electrodos para baterías de litio
• Membranas nanocerámicas para
baterías de litio

19. MEJORES CATALIZADORES
• Mayor razón de reacción
• Bajas temperaturas de
procesamiento
• Reducción de emisiones
• Reducción de consumo
Nanofibras porosas orgánicas

20. 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.

21. Principales Nanomateriales para nuevas fuentes de luz con mayor
capacidad de iluminación
TEM de PAN (poliacrilonitrilo) recubierto por CNT´s
Aumento de la capacidad de fibra
de carbono; Sony OLED TV. 12
octubre 2007

22. 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

23. Financiamiento USA para
la Iniciativa Nacional en Nanotecnología
Año fiscal 2001 Año fiscal 2002 Año fiscal 2003
(Año 1) (Año 2) (Año 3)
Asignado Asignado
Dpto. Asig Ejec Total Total
Agencia 2006 -- 231,0 M USD
DOD 110 123 180 201
DOE 93 87,95 91,1 139,3
2007 – 235,2 M USD
D0J 1,4 1,4 1,4
D0T (FAA) 0 2 2 2008 – 331,5 M USD
EPA 5 5 5
NASA 20 22 46 51
Todas las cifras están dadas en M USD
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

25. “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