Materiales inorgánicos para la Energía

El Departamento de Química Inorgánica, Cristalografía y Mineralogía propone las siguientes actividades para la reunión de divulgación científica “La noche de los investigadores. Mujeres y hombres que hacen ciencia para ti”.

Como es bien sabido, las reservas fósiles se están agotando progresivamente, por lo que se deben buscar fuentes de energía alternativas que puedan reemplazar a estos combustibles fósiles a medio plazo, además deben ser fuente de productos químicos basados en el carbono, que puedan sustituir a los que actualmente se obtienen desde estas materias primas de origen fósil.

Biomasa

La biomasa, y, en particular, la lignocelulosa, es una fuente de energía abundante y ampliamente disponible en nuestro planeta que puede emplearse para la obtención de combustibles, generación de energía y producción de compuestos químicos. Dentro de esta jornada, el Departamento va a realizar distintos experimentos básicos en los que la biomasa aparecerá involucrada en la obtención de productos de interés para la sociedad. A continuación, se detallan algunos de estos experimentos.

• Síntesis de biodiésel

El biodiésel es, junto al bioetanol, uno de los más importantes biocombustibles. En esta jornada se pretenden realizar ensayos a pequeña escala donde se sintetice biodiésel a partir de aceites vegetales. Aunque a nivel industrial se emplean aceites vegetales comestibles, como aceites de girasol, oliva, soja, colza, entre otros, en esta experiencia se pretende demostrar la viabilidad del uso de aceites no comestibles, sin interés comercial, como es el aceite de cocina usado, un residuo de difícil tratamiento. Estos aceites se harán reaccionar con un alcohol de cadena corta mediante catálisis básica para dar lugar a dos subproductos que se separarán en dos capas. En la parte superior quedará el biodiésel y en la parte inferior aparecerá el alcohol que no haya reaccionado con la glicerina, un subproducto que posee una gran variedad de aplicaciones industriales.

• Efecto de microorganismos en la biomasa

Uno de las etapas iniciales para el tratamiento de la biomasa es su fraccionamiento en sus componentes principales, para después someterlos a otros procesos para su valorización. Estos procesos se pueden llevar a cabo mediante tratamientos químicos o bioquímicos. Entre ellos, un proceso muy elemental y a la vez visual es la fermentación de esta biomasa con el uso de una levadura comercial. Tras un tiempo se observarán ciertas modificaciones en la biomasa y la generación de gases, principalmente CO₂, que se capturará en un globo.

Por otro lado, se llevarán a cabo diversos experimentos donde se obtendrán otros productos comerciales a partir de subproductos obtenidos de la biomasa. Entre ellas podemos destacar la síntesis de nylon que es un polímero sintético que se emplea en la industrial textil. Dicho nylon se puede sintetizar a partir del ácido adípico, que puede obtenerse de la biomasa lignocelulósica, y una diamina. A partir de una rápida reacción de polimerización, se pueden obtener estas fibras de nylon.

Hidrógeno como vector energético

Actualmente, la producción de energía se hace a través de la quema de combustibles fósiles y el movimiento de una turbina con el calor generado; sin embargo, este proceso posee una eficiencia energética muy baja, inferior al 20 %. Una forma alternativa de obtener energía, y más eficiente, es la conversión directa de la energía contenida en un combustible en electricidad. Las pilas de combustible realizan este proceso, con eficiencias superiores al 80 %, con la ventaja añadida de que el residuo resultante de la obtención de energía es agua, un compuesto no contaminante. Por ello, dentro de la química sostenible, el uso de H₂ como vector energético ha generado un gran interés para la sociedad como fuente de energía. En estas jornadas de divulgación se van a realizar diversos experimentos donde a partir del electrolisis del agua se obtendrá energía que se aplicará para la generación de luz, para el movimiento de un vehículo, o para hacer girar un ventilador. Por otro lado, se obtendrá energía eléctrica de otras fuentes presentes en todos los hogares.

Motor de Stirling

Un motor Stirling es un motor térmico operando por compresión y expansión cíclica de aire u otro gas, el llamado fluido de trabajo, a diferentes niveles de temperatura tales que se produce una conversión neta de energía calorífica a energía mecánica. O más específicamente, un motor térmico de ciclo cerrado regenerativo con un fluido gaseoso permanente, donde el ciclo cerrado es definido como un sistema termodinámico en el cual el fluido está permanentemente contenido en el sistema, y regenerativo describe el uso de un tipo específico de intercambio de calor y almacenamiento térmico, conocido como el regenerador. Esta inclusión de un regenerador es lo que diferencia a los motores Stirling de otros motores de ciclo cerrado. El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, por lo que, en lo que a rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor opción. En esta jornada se hará una demostración del funcionamiento de este tipo de motores.

Otros experimentos

Como Departamento de Química Inorgánica también se llevarán a cabo otros experimentos de química recreativa y divertida, realizando ensayos donde se observarán cambios de coloración, forma, estado de la materia, entre otros. Estos ensayos despertarán una gran atención de los participantes en esta jornada.