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Proyectos de Investigación

Materiales Biomórficos para almacenamiento de energía




Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico
Periodo: 05-10-2021 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_011860 - PAIDI 2020
Componentes: María Dolores Alba Carranza, Alfonso Bravo León, Manuel Jiménez Melendo, Esperanza Pavón González
Materiales de Diseño para la Energía y Medioambiente

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El objetivo principal de esta propuesta es desarrollar materiales de carbono a medida para aplicaciones relacionadas con tecnologías energéticas y medioambientales, con un enfoque en tres aplicaciones principales: almacenamiento de energía, soportes de catalizador en pilas de combustible y electrolizadores y el almacenamiento y captura de gas, especialmente hidrógeno y dióxido de carbono. Proponemos producir estos materiales mediante pirólisis de desecho de biomasa y otros residuos orgánicos. El uso de biomasa como precursor en la síntesis de materiales tiene interés dada su abundancia y bajo costo, y presenta una oportunidad para convertir los residuos de la industria agroalimentaria local en un producto de alto valor añadido.

BioMatStor desarrolla I + D en diferentes niveles de aplicación: fundamental para la caracterización y fabricación de la ciencia de los materiales, y ciencia aplicada para el modelado y caracterización de sistemas de almacenamiento de energía. Este proyecto combina ciencia de materiales e ingeniería energética con el objetivo de obtener materiales de alto rendimiento para una amplia gama de aplicaciones en la producción y almacenamiento de energía. Proponemos un enfoque multidisciplinar que tiene su base en la excelencia científica, responde a los desafíos sociales y puede resultar en una transferencia de tecnología significativa a la industria. Este proyecto también aborda los objetivos socio-estratégicos de Horizonte 2020, ya que tiene como objetivo contribuir a la mejora de nuestro entorno a través de la ciencia avanzada y la investigación multidisciplinar, y está totalmente alineado con los objetivos y políticas de la Unión Europea, Horizon2020, SET Plan y los objetivos RIS3 de la región de Andalucía.


Biomasa para la desalación por desionización capacitiva y almacenamiento de energía




Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico
Periodo: 01-01-2022 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: US-1380856
Componentes: Alfonso Bravo León, Manuel Jiménez Melendo, Julián Martínez Fernández
Materiales de Diseño para la Energía y Medioambiente

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La presión sobre nuestros recursos hídricos, el calentamiento global y la escasez de combustibles fósiles son tres de los principales desafíos que, como sociedad, tendremos que abordar en la próxima década. Las soluciones a estos desafíos se basan en el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan el uso eficiente y la reutilización de los recursos hídricos, así como en nuevos sistemas de almacenamiento de alta potencia y alta densidad de energía que se combinen con fuentes renovables. Estos dos temas aparentemente dispares dependen de una tecnología: electrodos y adsorbentes de carbono. Tanto los sistemas de desalinización y purificación como los supercondensadores y las baterías usan materiales basados en carbono con propiedades controladas mediante procesos físico-químicos. Una de las rutas más interesantes para la síntesis de estos materiales es la pirólisis de biomasa, un precursor barato y ampliamente disponible. La desionización capacitiva (CDI) es una tecnología emergente para aplicaciones en desalación que utiliza una pequeña diferencia de potencial eléctrico entre dos electrodos de carbono para eliminar iones de una solución mediante electrosorción. El pequeño potencial necesario para el proceso permite alimentar un dispositivo de CDI mediante paneles solares, lo que hace que esta tecnología sea útil en sistemas portátiles o fácilmente desplegables. Los supercondensadores y las baterías también se basan en mecanismos de adsorción y/o intercalación para almacenar carga eléctrica, en un proceso que es esencialmente el mismo, pero adaptado en este caso a maximizar la densidad de energía almacenada. Ambas tecnologías se basan en el uso de electrodos de carbono, con propiedades y estructura adaptadas a cada una de las aplicaciones.
El objetivo principal de esta propuesta es explorar el uso de residuos de biomasa como precursores de materiales de carbono con propiedades controladas para aplicaciones electroquímicas relacionadas la energía y el medio ambiente, con un enfoque en dos aplicaciones principales: almacenamiento de energía en sistemas de supercondensadores y baterías, y desalación por CDI. La ruta de preparación de será la pirólisis de precursores de biomasa, centrándonos en productos de desecho de explotaciones agrícolas. Para la obtención de electrodos monolíticos usaremos madera y tableros prensados de fibra. Desarrollaremos métodos físicos y químicos con el fin de controlar sus propiedades para mejorar su capacitancia o selectividad de iones.
Construiremos un dispositivo de CDI a escala laboratorio para determinar el comportamiento de desalinización y correlacionarlo con información microscópica obtenida por técnicas avanzadas como microscopía electrónica, experimentos de difracción de dispersión total, isotermas de adsorción de nitrógeno y otros. Estudiaremos las propiedades electroquímicas de estos materiales y las correlacionaremos con la estructura y las condiciones de procesado. Nuestro objetivo será optimizar los electrodos de carbono derivados de la biomasa para aplicaciones específicas y desarrollar materiales de carbono derivados de la biomasa ‘a la carta’.


Diseño de Catalizadores Avanzados para procesos de HDO: un apuesta revolucionaria para la conversión de biomasa: CLEVER-BIO




Investigador Principal: Tomás Ramírez Reina
Periodo: 05-10-2021 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_00667
Componentes: Luis Francisco Bobadilla Baladrón, José Antonio Odriozola Gordón, Laura Pastor Pérez, Anna Dimitrova Penkova
Química de Superficies y Catálisis

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CLEVER-BIO propone un concepto revolucionario para la producción de biocombustibles limitando la emisión de gases de efecto invernadero sembrando las bases de una tecnología verde: conversión de residuos a combustibles y productos de alto valor. La idea central de CLEVER-BIO es el Desarrollo de catalizadores avanzados para llevar a cabo la reacción de HDO de bio-aceites derivados de lignina. El proyecto se llevara a cabo en 24 meses y comprende un programa intenso de investigación multidisciplinar con fuerte participación de instituciones internacionales.


Diseño de fotocatalizadores altamente eficientes mediante control de la nanoescala para la producción de H2 NanoLight2H2




Investigador Principal: Gerardo Colón Ibañez
Periodo: 05-10-2021 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20-00156 - PAIDI 2020
Componentes: Alfonso Caballero Martínez, Rosa Pereñiguez Rodríguez, Juan Pedro Holgado Vázquez
Materiales y Procesos Catalíticos de Interés Ambiental y Energético

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El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de catalizadores heteroestructurados basados en óxidos semiconductores altamente eficientes (Nb2O5, WO3, TiO2 y Fe2O3) y g-C3N4, con control a nivel de la nanoescala, y potencial aplicación en la reacción de fotoreformado de alcoholes para la producción de H2.  Así mismo, se pretende estudiar la optimización del proceso catalítico mediante una aproximación multi-catalítica, mediante la combinación de termocatálisis y fotocatálisis. La producción fotocatalítica de H2 una reacción de gran interés desde el punto de vista energético mediante el uso de una tecnología limpia y sostenible como la fotocatálisis. En este proyecto se pretende el desarrollo de sistemas altamente eficientes para la producción de hidrógeno. Se prestará especial atención al diseño de heteroestructuras que permitan la optimización del proceso fotoinducido. De igual modo se incidirá en el uso de co-catalizadores alternativos a los tradicionales metales nobles; sistemas basados en metales de transición (Cu, Co, Ni), así como estructuras bimetálicas con metales nobles formado aleaciones o core-shell. Junto al proceso fotocatalítico en fase líquida, se estudiará la viabilidad de un proceso de fotoreformado en fase gas, basándonos en recientes estudios que ponen de manifiesto el efecto sinérgico de una aproximación foto-termo catalítica en estos procesos. De esta forma esta propuesta pretende abordar de forma ambiciosa el aumento de la eficiencia del proceso fotocatalítico a fin de poder plantear esta tecnología a mayor escala. En este sentido, además de los estudios de optimización de los catalizadores y del proceso fotocatalítico, se afrontará como algo primordial su escalado a planta solar piloto. 


Integración de Energía y Gasificación para procesos sostenibles (GENIUS)




Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón
Periodo: 05-10-2021 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_00594
Componentes: Luis Francisco Bobadilla Baladrón, Laura Pastor Pérez, Anna Dimitrova Penkova, Tomás Ramírez Reina
Química de Superficies y Catálisis

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GENIUS representa una propuesta innovadora para la conversion de bio-residuos en vectores energeticos sostenibles. El proyecto propone la combinacion de tecnologias maduras como la gasificacion y reformado acuaso para aportar soluciones cataliticas al proceso de conversion de bioresiduos. GENIUS desarrollara reactores de micronales que permiten el diseño de plantas compactas para el procesado de residuos lo que facilita su implementacion en aplicaciones deslocalizadas como por ejemplo explotaciones agricolas donde los residuos pueden convertirse en productos de valor añadido


Nanoscopías y Espectroscopías integradas para el análisis en la nano-escala de nuevos materiales funcionales




Investigador Principal: Asunción Fernández Camacho
Periodo: 05-10-2021 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_00239 - PAIDI 2020
Componentes: M. Carmen Jiménez de Haro
Materiales Nanoestructurados y Microestructura

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El desarrollo de los nanomateriales y materiales funcionales, así como sus aplicaciones nanotecnológicas, vienen determinados por las capacidades actuales para la caracterización de la microestructura, la composición y las propiedades de los materiales en la nano-escala. El proyecto propone potenciar una investigación de frontera en la caracterización microestructural de materiales. Se integrarán las técnicas nanoscópicas y espectroscópicas, ligadas a la microscopía electrónica (sonda de electrones), con las técnicas asociadas a las sondas de fotones (rayos-X) y de haces de iones (técnicas IBA en general). La caracterización se asociará a materiales funcionales seleccionados de alto interés actual en la temática de recubrimientos y láminas delgadas en las que el equipo de trabajo es experto.

Será objetivo central el desarrollo y aplicación de manera integrada de las técnicas disponibles con múltiples sondas, tanto en el ICMS, como en otros centros de las Universidades de Sevilla (CITIUS, CNA) y Cádiz (servicios centrales). Igualmente a través de colaboraciones y solicitudes de medidas se tendrá acceso a otras instalaciones internacionales.

En el proyecto se dispondrá de materiales seleccionados en dos tecnologías emergentes: i) Láminas delgadas y recubrimientos nanoporosos que estabilizan gases a ultra-alta densidad y presión. ii) Catalizadores para los procesos de almacenamiento y generación de hidrógeno en líquidos orgánicos portadores de hidrógeno (LOHCs). La caracterización avanzada que se propone contribuirá a la comprensión fundamental de las relaciones síntesis-microestructura-propiedades con el objetivo de alcanzar un diseño racional de nuevos materiales funcionales en las líneas seleccionadas. El proyecto incide directamente en las tecnologías facilitadoras o emergentes como son “la nanotecnología” y “los materiales avanzados”. Incide también en los retos sociales y objetivos RIS3 de Andalucía en relación al almacenamiento de energías renovables.


Nuevos agentes de contraste multimodales para el diagnóstico médico por imagen




Investigador Principal: Ana Isabel Becerro Nieto
Periodo: 05-10-2021 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Junta de Andalucía
Código: P20_00182 - PAIDI 2020
Componentes: Manuel Ocaña Jurado, Nuria O. Nuñez Alvarez, María Luis García Martín
Materiales Coloidales

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El proyecto persigue el diseño de agentes de contraste (CAs) multimodales para el registro de imágenes para diagnóstico médico. Estos CAs estarán constituidos por nanopartículas inorgánicas basadas en lantánidos con propiedades adecuadas para el registro de imágenes mediante técnicas complementarias, con objeto de obtener información esencial para un diagnóstico médico más riguroso sin necesidad de inyectar al paciente CAs específicos para cada técnica. Una ventaja adicional de las sondas propuestas respecto a los CAs comerciales es que permiten controlar el tiempo de residencia en el organismo y su biodistribución y, por tanto, disminuir las dosis necesarias, resultando en un claro beneficio para el paciente. En concreto, se desarrollarán agentes de contraste para resonancia magnética (MRI) dual con funcionalidad adicional como agentes de contraste para para tomografía computarizada de rayos X (CT) e imagen luminiscente en la región del infrarrojo cercano (NIR) conocida como ventana biológica (650-1800 nm), en la que las radiaciones no son dañinas para los tejidos y tienen alto poder de penetración en los mismos. Se ensayarán varias composiciones: fosfatos, vanadatos, molibdatos y volframatos de elementos lantánidos tales como el Gd, Dy y Ho, que aportarán la funcionalidad magnética y cuyo alto número atómico es óptimo para CT. El dopado de todas ellas con Nd3+ permitirá la obtención de imágenes luminiscentes en el NIR. La exploración de la aplicabilidad de dichas sondas al campo del diagnóstico médico por imagen se llevará a cabo mediante la obtención de imagen “in vivo” en ratones.


Demostración en entorno relevante del uso de reacciones de calcinación-solar/carbonatación para almacenamiento de energía térmica




Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda y Pedro Enrique Sánchez Jiménez
Periodo: 01-12-2021 / 30-11-2023
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PDC2021-121552-C21 - Proyectos I+D+i "Prueba de Concepto"
Componentes:
Reactividad de Sólidos

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España es uno de los países europeos con mayor irradiación solar media y lider mundial en implantación de Energía Solar Concentrada (CSP). Una ventaja de la tecnología CSP es su capacidad de almacenar energía térmica y usarla cuando no hay irradiación. La plantas CSP de última generación incluyen sistemas de almacenamiento en sales fundidas (calor sensible) que pesentan limitaciones: temperatura máxima limitada por degradación térmica, almacenaje a alta temperatura para evitar solidificación, corrosión y coste. En nuestro proyecto CTQ2017 se investigó el almacenamiento termoquímico mediante reacciones de calcinación/carbonatación, proceso calcium-lopping (CaL), usando caliza natural, que es abundante, barata, no corrosiva y permite operar a alta temperatura aumentando la eficiencia de conversión termoeléctrica. Su densidad energética (~1 MWhr/m3) es superior al de las sales (0.25-0.40 MWhr/m3). Un problema del CaL para almacenamiento termoquímico es la desactivación del CaO con el número de ciclos. En nuestro proyecto CTQ2017 se propusieron diversas estrategias de mejora con las que se consiguieron rendimientos muy altos incluso después de muchos ciclos: (i) cambio de condiciones de calcinación-carbonatación (reducción de la temperatura de calcinación e incrementar la de carbonatación para mejorar el rendimiento tanto del proceso como de la planta) y (ii) propuesta de otros carbonatos diferentes de la caliza, uso de aditivos, uso de residuos (escorias) y materiales sintéticos de bajo coste. Estos resultados de laboratorio son de extraordinario interés para su aplicación a plantas de CSP, pero para su transferencia se requiere de validación en entorno relevante. En este proyecto se propone escalar los resultados de laboratorio mediante ensayos en planta piloto, el desarrollo y ensayo de un nuevo calcinador solar, así como la evaluación de la viabilidad técnico-económica de la tecnología a escala industrial. En este proyecto se desarrollará una prueba de concepto de un novedoso reactor/intercambiador de calor de tipo ciclón basado en energía solar. La radiación solar concentrada alcanzará el calcinador solar tipo ciclón mediante un sistema beam-down (concentrador solar secundario) desde el campo solar, formado por 14 heliostatos con una superficie total de 30 m2 de la planta piloto construida en el marco del proyecto H2020 SOCRATCES, en el que han participado la mayor parte de los miembros del equipo de investigación del proyecto coordinado. El estudio y desarrollo de esta prueba de concepto permitirá establecer la viabilidad del diseño y demostrar su interés a empresas del sector energético y del cemento de cara a una futura integración de energía solar, en busca de una reducción de costes y emisiones de CO2. Se parte de estudios a nivel de concepto desarrollados en el proyecto CTQ2017 con nivel de madurez tecnológica TRL 4, y se estima que se avanzará hasta niveles TRL 5-6. Se realizará un análisis de la viabilidad económica de la implantación de los nuevos conceptos propuestos en el marco del proyecto CTQ2017 y se elaborará un plan de transferencia. Este plan recogerá las acciones a llevar a cabo para favorecer una transferencia efectiva al sector industrial. Además, dado el potencial de patentabilidad de la tecnología objeto del proyecto, una vez probada en escala relevante (prueba de concepto), se desarrollará un plan de explotación y protección de derechos intelectuales.


Dispositivo optofluidico NIR para análisis de líquidos




Investigador Principal: Francisco Yubero Valencia
Periodo: 01-12-2021 / 30-11-2023
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PDC2021-121379-I00 - Proyectos I+D+i "Prueba de Concepto"
Componentes: Juan Pedro Espinós Manzorro, Ramón González García, Victor J. Rico Gavira, Agustín R. González-Elipe
Materiales Nanoestructurados y Microestructura

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NIRFLOW es un proyecto I+D+i para la realización de una Prueba de Concepto en el que se plantea desarrollar un prototipo precomercial para análisis óptico en el infrarojo cercano de fluidos en condiciones de flujo en entornos industriales relevantes. El proyecto se basa en varias innovaciones no contempladas en equipos comerciales basados en análisis NIR hoy en el mercado. De un lado, sustituir la óptica de análisis NIR convencional operada por espectrómetros NIR basados en redes de difracción o óptica de Fourier por una selección de la longitud de onda de análisis basada en combinaciones de filtros ópticos de paso alto y paso bajo variables de forma continua con respuesta sintonizada (centro y anchura de banda) a voluntad en el NIR. De otro lado, la celda optofluidica a desarrollar, operada en modo transflectancia, se caracteriza por tener camino óptico de análisis variable y sintonizable a los sobretonos de las absorciones características de las moléculas presentes en el fluido problema. De esta manera, los análisis estadísticos característicos de la espectroscopía NIR se van a ver apoyados por variables independiente (medidas correspondientes no sólo a variaciones de longitud de onda, sino también a distintos caminos ópticos de análisis), lo cual va a propiciar análisis estadísticos más robustos que los convencionales. Finalmente, el equipo se va a desarrollar con una concepción microfluídica de análisis automática, para su operación en remoto mediante tecnología wireless. Estas tres innovaciones hacen de NIRFLOW un proyecto I+D+i en el que parte de los conocimientos y uno de los desarrollos realizado en un proyecto de investigación previo del Plan Estatal (MAT2016-79866-R), parcialmente protegido con una patente, se pretende transferir a la sociedad a través del desarrollo de un equipo precomercial que demuestre sus capacidades de análisis en entornos operacionales significativos, en particular para el seguimiento de procesos de fermentación ligados a la producción de vinos.


Acido fórmico como vector de energía: de la biomasa al hidrógeno verde




Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego y Svetlana Ivanova
Periodo: 01-09-2021 / 31-08-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-113809RB-C32 - Proyectos I+D+i "Retos Investigación"
Componentes: Leidy Marcela Martínez Tejada, María Isabel Domínguez Leal
Química de Superficies y Catálisis

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El presente proyecto forma parte del proyecto coordinado ENERCATH2 que pretende integrar una estrategia que involucra múltiples reacciones para la producción y uso de hidrogeno verde a partir de la biomasa. El objetivo último es contribuir al desarrollo de tecnologías energéticas sostenibles que sustituyan a las actuales, derivadas de las fuentes fósiles. Específicamente, el proyecto del ICMS se centra en el uso del ácido fórmico como vector energético de hidrógeno, dado que es un compuesto químico líquido con una alta densidad gravimétrica de energía, que puede ser almacenado, transportado y manipulado de manera segura usando la infraestructura existente de distribución de hidrocarburos.

El objetivo principal del proyecto es la generación de ácido fórmico a partir de biomasa lignocelulósica y la posterior obtención de corrientes de hidrógeno a partir de éste. Para este fin, se pretende desarrollar catalizadores novedosos, preferiblemente basados en carbones derivados de la biomasa y/o en metales de transición, no nobles, (V, Ni, Cu, Co, etc.), activos, selectivos y estables, para: i) la oxidación directa y selectiva de la biomasa lignocelulósica, e.g. glucosa, bien hacia la producción masiva de ácido fórmico, bien hacia la producción de una mezcla de ácido fórmico con otros co-productos, tales como el ácido levulínico, que pueden servir como punto de partida para la generación de productos plataforma de interés industrial, intermedios en la producción de combustibles y ii) la deshidrogenación de ácido fórmico, tanto en fase líquida como gaseosa, para la producción de corrientes de hidrógeno libres de CO.

Los catalizadores preparados serán caracterizados estructural y químicamente por una gran variedad de técnicas (DRX, XPS, SEM, HRTEM, Raman, DRIFTS, TPR/TPD, UV-Vis, Análisis textural), tanto pre- como post-reacción, para evaluar las posibles modificaciones ocurridas en el transcurso de la misma. Igualmente, se realizarán estudios en condiciones de reacción (in-situ y operando) por espectroscopias DRIFTS y ATR, lo que, junto con los resultados de actividad y de caracterización, permitirá analizar el mecanismo de las reacciones y así poder establecer la relación estructura-actividad en cada caso. El conocimiento de esta relación permitirá optimizar el catalizador diseñado y, en última instancia, cada proceso catalítico de producción de vectores sostenibles de energía propuesto en el proyecto


Avanzando hacia la economía circular: Biocombustibles para el transporte pesado, a partir del reciclado de residuos (NICER BIOFUELS)




Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón y Tomás Ramírez Reina
Periodo: 01-09-2021 / 31-08-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PLEC2021-008086
Componentes: María Isabel Domínguez Leal, Laura Pastor Pérez
Química de Superficies y Catálisis

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Financiado por el programa RETOS-COLABORACION PUBLICO-PRIVADA del Ministerio de Ciencia e Innovacion con fondos EU bajo el marco Next Generation Europe, NICER BIOFUELS es fruto de la colaboracion entre las Universidades de Zaragoza y Sevilla y la multinacional URBASER. En el contexto de la economia circular y el desarollo de combustibles sostenibles que permitan descarbonizar el transporte y avanzar hacia una sociedad libre de emisiones, NICER-BIOFUELS representa un paso adelante para combatir el cambio climitaco combinando ciencia fundamental e ingenieria aplicada.


Diseño óptico optimizado de dispositivos optoelectrónicos basados en puntos cuánticos de perovskita sin ligandos




Investigador Principal: Hernán R. Míguez García y Mauricio E. Calvo Roggiani
Periodo: 01-09-2021 / 31-08-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-116593RB-I00 PN2020 - "Retos Investigación"
Componentes: Gabriel S. Lozano Barbero, Juan F. Galisteo López
Materiales Ópticos Multifuncionales

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La motivación del proyecto FreeDot es triple. Primero, proponer soluciones a los inconvenientes específicos que obstaculizan un mayor desarrollo de la tecnología optoelectrónica de perovskita (inestabilidad, durabilidad, sensibilidad ambiental, etc.). La aproximación propuesta se basa en el desarrollo de células solares nanoestructuradas y LED basados en nuevas matrices porosas que permiten la síntesis de ensamblados de nanocristales sin ligandos con buenas propiedades de transporte de carga y, simultáneamente, minimizan su exposición a entornos degradantes. En segundo lugar, demostrar que es posible, también en el caso de dispositivos basados en puntos cuánticos, mejorar la eficiencia de conversión de energía en células solares y de extracción de luz en LEDs mediante la optimización del diseño óptico. Por último, la posibilidad de obtener nanocristales libres de ligandos abre la posibilidad de estudiar las propiedades fotofísicas fundamentales de los puntos cuánticos, lo que normalmente es obstaculizado por la presencia de capas orgánicas en el caso de puntos cuánticos coloidales.


Plasmas atmosféricos de arco deslizante para procesos sostenibles




Investigador Principal: Ana María Gómez Ramírez
Periodo: 01-09-2021 / 31-08-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-114270RA-I00 - Proyectos I+D+i "Retos Investigación"
Componentes: José Javier Brey Sánchez (US), José Cotrino Bautista, Paula de Navascués Garvín, Manuel Oliva Ramírez, Antonio Rodero Serrano (US)
Nanotecnología en Superficies y Plasma

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La necesidad de propiciar una transición efectiva desde una economía basada en el uso intensivo de combustibles fósiles a otra donde los criterios de desarrollo se basen en procesos sostenibles que no impliquen la generación de CO2 hace necesaria la puesta a punto de nuevos procesos, donde la fuente de energía primaria sea la electricidad generada a partir de fuentes renovables. El proyecto “Plasmas Atmosféricos de Arco Deslizante para Procesos Sostenibles”, FIREBOW en adelante, pretende el desarrollo de tecnologías de plasma atmosférico que usan la electricidad como vector energético directo para llevar a cabo procesos químicos convencionalmente abordados mediante técnicas catalíticas (a altas presiones y temperaturas, con bajos rendimientos y obtención de subproductos no deseados). En concreto se persigue la puesta a punto de un reactor de Plasma Atmosférico de Arco Deslizante (PAAD) para inducir tres procesos de gran impacto industrial y medioambiental, como son la síntesis de amoniaco (NH3), la producción de hidrógeno (H2) y la descontaminación de agua. El amoniaco es la sustancia base de los fertilizantes usados en agricultura, y su demanda aumenta conforme las necesidades de alimentación mundiales. En cuanto al hidrógeno, es conocido que el camino hacia una economía basada en dicho combustible es uno de los retos del siglo XXI. Por otro lado, el desarrollo de técnicas novedosas para la depuración de aguas es cada vez más necesaria, debido al aumento de contaminante emergentes, sustancias tales como pesticidas, compuestos derivados de la industria farmacéutica y química, microorganismos e incluso productos de higiene personal que los métodos convencionales no son capaces de eliminar en su totalidad. FIREBOW propone, en una primera etapa, desarrollar la tecnología PAAD mediante el diseño, construcción, modelización y puesta a punto de un reactor de arco deslizante. Se explorarán posibles modificaciones sobre los modelos de reactores PAAD actuales, contemplándose el efecto de la incorporación de materiales piezoeléctricos para inducir fenómenos de emisión secundaria de electrones, la modificación de las características superficiales de los electrodos o la geometría del sistema a fin de propiciar en el futuro una mejora en el rendimiento de los procesos estudiados. La complejidad de los procesos básicos involucrados en este tipo de reactores implicará un estudio fundamental de su respuesta eléctrica y de los fenómenos de transporte de masa y carga, así como una caracterización exhaustiva y diagnosis del plasma en función de parámetros como flujo de gases, interacción entre especies excitadas, tiempo de residencia y otros parámetros básicos de operación. Tanto la caracterización experimental como la simulación teórica del reactor, esta última llevada a cabo mediante métodos computacionales, serán fundamentales para su correcto funcionamiento y optimización de los procesos propuestos. En una segunda etapa se abordará el estudio de las reacciones de obtención de H2 y NH3, con el objetivo de maximizar el rendimiento energético de dichos procesos, así como de la purificación de agua. El desarrollo científico-tecnológico propuesto en FIREBOW es de gran interés para diferentes actores socio-económicos, planteándose actividades de transferencia a las empresas y entidades que ya han mostrado su interés en el desarrollo de mismo.


Procesos de Nucleación y Crecimiento en Superficies Piezoeléctricas Excitadas Acústicamente en Atmósferas de Plasma/Vacío




Investigador Principal: Alberto Palmero Acebedo
Periodo: 01-09-2021 / 31-08-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-112620GB-I00 - Proyectos I+D+i "Generación de Conocimiento"
Componentes: Rafael Alvarez Molina, Victor J. Rico Gavira, Agustín R. González-Elipe
Nanotecnología en Superficies y Plasma

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Este proyecto aborda el estudio de los fenómenos de nucleación atómica y crecimiento de películas delgadas sobre materiales piezoeléctricos sometidos a excitación acústica en atmósferas de plasma y vacío. Los materiales piezoeléctricos se caracterizan por la aparición de una polarización eléctrica no nula al someterlos a una deformación mecánica, y por el efecto contrario, la aparición de una deformación mecánica al someterlos a una excitación eléctrica y, en la actualidad, se emplean en multitud de aplicaciones y dispositivos, tales como sensores de lluvia, pantallas táctiles o manipulación de líquidos en la microescala, entre otros. En un trabajo seminal publicado por el grupo investigador se demostró que, al crecer una película delgada mediante técnicas de plasma sobre este tipo de superficies excitadas, ésta se estructuraba de acuerdo al patrón definido por las ondas. Este resultado inicial demostraba que la interacción entre la onda/película delgada en crecimiento podría utilizarse como nueva metodología de nanoestructuración de superficies. En este proyecto se aborda esta problemática de tipo fundamental, estudiando específicamente dos mecanismos principales de interacción: i) la transferencia directa de energía/momento de la onda acústica a las especies depositadas, y ii) la interacción entre la onda de polarización eléctrica que se propaga por el material piezoeléctrico y las líneas de campo eléctrico en el plasma, con incidencia directa en el transporte de especies cargadas y al bombardeo superficial selectivo del piezoeléctrico durante el crecimiento de la película. De esta manera, este proyecto se centra en la descripción, desarrollo y compresión de una nueva fenomenología, y en el desarrollo de todo el marco teórico y conceptual que permita entender dicha interacción. Se espera que la activación acústica de piezoeléctricos y su efecto en atmósferas de plasma se convierta en un nuevo procedimiento para inducir la formación de centros de nucleación para la micro- y nano-estructuración de películas delgadas, permitiendo nuevos desarrollos en el campo de la física de superficies. Asimismo, en el campo de la física del plasma, la posibilidad de modular la interacción entre el plasma y una superficie de acuerdo a un patrón definido por ondas electro-acústicas podría abrir procedimientos alternativos para operar dispositivos de microplasmas o pantallas de plasma.


Valorización de CO2 mediante procesos catalíticos y termofotocatalíticos: reducción de emisiones y obtención de metano y otros hidrocarburos ligeros




Investigador Principal: Alfonso Caballero Martínez y Gerardo Colón Ibáñez
Periodo: 01-09-2021 / 31-08-2024
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia e Innovación
Código: PID2020-119946RB-I00
Componentes: Juan Pedro Holgado Vázquez y Rosa María Pereñiguez Rodríguez
Materiales y Procesos Catalíticos de Interés Ambiental y Energético

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En este proyecto se llevarán a cabo diversos estudios y desarrollos relacionados con la reacción de hidrogenación de CO2 para la producción de Gas Natural Sintético (GNS) e hidrocarburos ligeros. Así, la metanación y las denominadas reacciones modificadas de Fischer-Tropsch a olefinas (FTO) se están convirtiendo en procesos muy interesantes desde el punto de vista económico, energético y medioambiental. Por otra parte, el uso de hidrógeno verde como agente reductor, obtenido a su vez a partir de fuentes renovables, representa, además de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, una forma de almacenar la energía procedente de fuentes renovables, muchas de las cuales son intermitentes y, por tanto, difíciles de ajustar a las necesidades de consumo.
Con todo ello, este proyecto persigue un enfoque multicatalítico que comprende la termocatálisis y la fotocatálisis térmica con el fin de conseguir altos rendimientos, alta sostenibilidad y con los menores costes de producción, orientados en todo caso a una aplicación industrial final. Por otro lado, el desarrollo y optimización de los materiales catalíticos, considerando nuevos sistemas catalíticos heterogéneos basados en Ni, Fe, Co, Ru, Au, Pd entre otros metales, que han mostrado un gran potencial para estas reacciones de hidrogenación en los últimos años. En cuanto a los materiales catalíticos, se seleccionarán soportes micro y mesoporosos de composición variable (zeolitas, SBA-15, etc.), así como otros basados en óxidos y perovskitas ABO3. Para ello se utilizarán una serie de técnicas de preparación recientemente descritas (cristalización por microondas, proceso de autocombustión, mesoestructuración por nanocasting y porosidad jerárquica) que permiten obtener sistemas de alta superficie específica y nanoestructura controlada. La combinación de diferentes elementos en las posiciones A y B de la estructura de la perovskita, que actúan tanto como promotores de sistemas catalíticos como precursores de aleaciones metálicas en sistemas catalíticos reducidos, permitirá obtener materiales con propiedades catalíticas sintonizables, muy variadas y versátiles.


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