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Proyectos de Investigación

Desarrollo de catalizadores y soportes para procesos de almacenamiento químico de energía neutros en CO2 basados en líquidos orgánicos portadores de hidrógeno




Investigador Principal: María Asunción Fernández Camacho
Periodo: 1-1-2019 / 31-12-2021
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: RTI2018-093871-B-I00
Componentes: María del Carmen Jiménez de Haro
Materiales Nanoestructurados y Microestructura

Resumen [+]

El agotamiento de los combustibles fósiles (a corto y largo plazo) y el calentamiento global derivado del efecto invernadero son consecuencias del uso extensivo de estos combustibles. Por lo tanto, es muy conveniente utilizar y desarrollar energías renovables y así eliminar nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Esto hace que el almacenamiento de energía producida por fuentes renovables (que son intermitentes) sea un objetivo importante de investigación. En proyectos anteriores, hemos trabajado en el estudio de nanomateriales y catalizadores para el almacenamiento de hidrógeno como vector de transporte y almacenamiento de energía (ciclo del H2). En este nuevo proyecto, el grupo de investigación propone avanzar en la Implementación de líquidos orgánicos como portadores de hidrógeno (LOHC) como una forma prometedora de combinar los ciclos del C02 y del H2 que conduzca a un almacenamiento de energía sostenible en un ciclo neutro en carbono. Pequeñas moléculas orgánicas, como el ácido fórmico o el metanol, se pueden usar para almacenar el H2 (y la energía) proveniente de fuentes renovables. Estos combustibles alternativos se pueden quemar o usarse para generar H2 que alimente directamente a una pila de combustible.
En este proyecto se llevarán a cabo investigaciones para la implementación de dos procesos relacionados con las tecnologías LOHC:
i) La descomposición térmica selectiva del ácido fórmico por catálisis heterogénea para la prodUCCión bajo demanda de hidrógeno exento de monóxido de carbono.
ii) La producción de hidrógeno por reformado de alcoholes (Le. biometanol) en procesos fotocatalíticos heterogéneos. La catálisis desempeña un papel clave en la implementación de estos dos procesos. Por lo tanto, los principales objetivos y actividades del proyecto son el diseño racional y la preparación de catalizadores y soportes para estudiar las relaciones composición-estructuradesempeño en los dos procesos mencionados anteriormente. El enfoque innovador es la aplicación de técnicas asistidas por plasma, como la pulverización catódica para el crecimiento de películas delgadas, y los tratamientos con plasmas de oxidación, reducción y grabado, para el desarrollo de recubrimientos catalíticos nanoestructurados y nanopartículas soportadas. Se desarrollarán espumas de carbono poroso y catalizadores basados en Pd que incluyen Pd, Pd-C, Pd-B o Pd-Cu para el estudio de la reacción de descomposición de ácido fórmico. Se investigarán películas fotocatalíticas de Ti02-TiOx con Pt (y/o Au) como co-catalizadores para el foto-reformado de metanol.


Nanopartículas multifuncionales para la obtención de bioimágenes mediante luminiscencia, resonancia magnética y tomografía computerizada de Rayos X




Investigador Principal: Manuel Ocaña Jurado y Ana Isabel Becerro Nieto
Periodo: 1-1-2019 / 31-12-2021
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: RTI2018-094426-B-I00
Componentes: Nuria O. Nuñez Alvarez
Materiales Coloidales

Resumen [+]

El proyecto persigue la preparación de nanoparticulas (NPs) multifuncionales con propiedades mejoradas y caracteristicas (tamaño, estabilidad coloidal y toxicidad) adecuadas que puedan emplearse en  más de una modalidad de obtención de imágenes de órganos, tejidos y células, cuyo principal interés radica en que mediante un único tipo de sonda se podría obtener información complementaria
esencial para un diagnóstico clinico más riguroso. En concreto, se estudiarán sondas bifuncionales para la obtención de imágenes mediante luminiscencia y resonancia magnética (MRI) o tomografía computarizada de rayos X (CT), y sondas trifuncionales con utilidad para las tres modalidades mencionadas. Se abordarán dos tipos de biosondas luminiscentes. Por una parte, se diseñarán NPs
luminiscentes constituidas por matrices singulares dopadas con cationes lantánidos (Nd3+ o Er3+fYb3+ o Tm3+fYb3+), cuya excitación y emisión tiene lugar 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. Por otra parte, se persigue la obtención de NPs cuya luminiscencia persiste después de eliminar la excitación, evitándose así los posibles efectos no deseados de ésta (autofluorescencia de los tejidos, radiaciones dañinas). En el primer caso, se pretende conseguir una mayor estabilidad química y térmica de las sondas mediante la selección de matrices tipo oxifluoruro más estables que las de tipo fluoruro propuestas hasta ahora, En el segundo caso, se abordarán sistemas con luminiscencia persistente en el NIR con composición ZnGa204:Cr3+ y Y3AI2Ga3012:Ce3+,Cr3+,Nd3+, para los que es prioritario desarrollar nuevos métodos de sintesis que permitan la obtención de NPs uniformes, necesarias para este tipo de aplicaciones. Respecto a la modalidad MRI y en respuesta a la necesidad de desarrollar agentes de contraste para las más modernas técnicas que operan a campos magnéticos altos para aumentar la resolución de las imágenes y asi obtener un diagnóslico más preciso, se planea desarrollar NPs constituidas por compuestos (oxifluoruros, vanadatos, fosfatos) de Dy y Ho. Por último, debido al alto número atómico de los elementos constituyentes de las sondas anteriores, es de esperar que éstas también tengan una alta capacidad de atenuación de rayos X, siendo por tanto también potencialmente útiles como agentes de contraste para CT. En este caso, el empleo de las NPs objeto de estudio aportará importantes ventajas respecto a los agentes comerciales utilizados en la actualidad que se traducen en un mayor control del tiempo de residencia en el organismo y de su biodistribución y por tanto, en la posibilidad de disminuir las dosis utilizadas reportando asi un beneficio para el paciente. El proyecto contempla tanto la fabricación de las sondas optimizadas como la exploración de su aplicabilidad al campo del diagnóstico clínico mediante la obtención de imágenes in vivo en ratones. El equipo investigador posee gran experiencia en la sintesis de NPs inorgánicas basadas en tierras raras y dispone de la mayoria de los medios necesarios para su caracterización. Además, dicho equipo cuenta con el apoyo de investigadores de otras instituciones, expertos en diversos aspectos del proyecto, que colaborarán en el desarrollo de algunas tareas del mismo como vienen haciendo desde hace varios años, lo que garantiza el correcto desarrollo de la propuesta.


Procesado y Caracterización de Composites Cerámicos con Nanomateriales Laminados Bidimensionales




Investigador Principal: Angela Gallardo López (UEI) y Rosalía Poyato Galán
Periodo: 01-01-2019 / 31-12-2022
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: PGC2018-101377-B-I00
Componentes: Felipe Gutiérrez Mora (UEI), Ana Morales Rodríguez (UEI), Antonio Muñoz Bernabé (UEI), Rocío del Carmen Moriche Tirado (UEI)
Reactividad de Sólidos

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La incorporación de nanomateriales bidimensionales en materiales compuestos de matriz cerámica está aumentando en un esfuerzo para superar la inherente fragilidad de las cerámicas y para conferirles nuevas funcionalidades. Aún existen cuestiones abiertas en este campo en cuanto a resistencia mecánica, tenacidad a la fractura, cinética de crecimiento de fisuras, comportamiento tribológico, papel de fases interfaciales o idoneidad para el electromecanizado, entre otras. Aunque las nanoláminas de grafeno (NLG) se han mostrado como una segunda fase muy adecuada, los nanomateriales inorgánicos análogos al grafeno podrían extender el rango de aplicabilidad de los materiales con grafeno. El uso de nanoláminas de nitruro de boro (NLNB) en estos compuestos es muy prometedor y está prácticamente inexplorado.

Este proyecto propone un estudio sistemático de materiales compuestos con usos en aplicaciones estructurales y funcionales, con dos matrices de circona estabilizada con itria y dos tipos diferentes de nanomateriales 2D -nanoláminas de grafeno o de nitruro de boro- para profundizar en la comprensión de sus comportamientos mecánico y eléctrico. Con este fin, se fabricarán materiales con matrices de circona tetragonal dopada con 3 %mol de itria y circona cúbica dopada con itria, persiguiendo una microestuctura óptima con una distribución homogénea de los nanomateriales 2D en ambas matrices cerámicas. Se investigarán en profundidad materiales con NLG para dar respuesta a cuestiones abiertas en el conocimiento de estos materiales. La distribución, tamaño e integridad estructural de las NLG se caracterizarán mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía Raman, y las intercaras entre las NLG y la matriz se caracterizarán mediante microscopía electrónica de transmisión. La resistencia mecánica, resistencia a la rotura, mecanismos de refuerzo y cinética de crecimiento de grano en estos materiales se examinará en profundidad, y se establecerá la mejor combinación de ruta de procesado y contenido de NLG en términos de refuerzo a la matriz. Se realizarán medidas de conductividad eléctrica en materiales con diferentes contenidos de NLG y se evaluará la respuesta al electromecanizado de los materiales eléctricamente conductores. Se realizarán también medidas de conductividad eléctrica en función de la temperatura para describir las posibles variaciones en el tipo de conducción al aumentar el contenido en NLG. Por otra parte, se investigarán materiales con NLNB con el objetivo de obtener una primera aproximación a la comprensión de este sistema. Con este fin, tras la síntesis de las NLNB usando una estrategia de mezcla de disolventes para la exfoliación en fase líquida de nanoláminas a partir de polvo de BN hexagonal, se prepararán polvos con diferentes contenidos de NLNB usando técnicas de procesado de polvo en medio húmedo. La caracterización microestructural de los materiales sinterizados mediante Spark Plasma Sintering" se realizará mediante microscopía electrónica de barrido y de transmisión, difracción de rayos X y espectroscopía Raman. Se estudiarán propiedades como dureza, resistencia a la flexión y resistencia al desgaste, y se realizarán ensayos mecánicos a alta temperatura. Se analizar la conductividad eléctrica en función de la temperatura para esclarecer el efecto de la incorporación de una segunda fase aislante en las fronteras de grano sobre el comportamiento eléctrico de un conductor iónico.


Procesos Power-to-X para la Valorización de Co2 en Reactores Catalíticos Estructurados (Co2-Ptx)




Investigador Principal: José Antonio Odriozola Gordón y Francisca Romero Sarria
Periodo: 1-1-2019 / 31-12-2021
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: RTI2018-096294-B-C33
Componentes: Luis F. Bobadilla Baladron, Maria Isabel Dominguez Leal, Anna Dimitrova Penkova, Lola de las Aguas Azancot Luque, Marta Romero Espinosa, Juan Carlos Navarro de Miguel
Química de Superficies y Catálisis

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La tecnología Power-to-X (PTX) tiene como objetivo el almacenamiento de energía (preferentemente renovable) en productos químicos. Dichos productos pueden usarse luego como combustibles o como moléculas plataforma para otras síntesis químicas. Por tanto, esta tecnología juega un papel fundamental incrementando la fracción renovable del mix energético en línea con los objetivos de la UE para la reducción de emisiones de gases con efecto invernadero.

La producción de H2 por electrólisis de agua para PTX es una tecnología madura disponible comercialmente que puede ser usada durante los periodos valle de consumo de energía renovables.

Por otro lado, el CO2 es una fuente de carbono desaprovechada por lo que el uso combinado de H2 renovable y CO2 añade un importante plus al proceso PTX ya que el CO2 asociado a las emisiones de gases de efecto invernadero es reintegrado contribuyendo a la economía circular y la descarbonización. Esta es la idea central que guía la presente propuesta. En particular, se trata de llevar a cabo las siguientes reacciones: hidrogenación de CO2 a metano (también llamada metanación de CO2 o reacción de Sabatier), la reacción reversa Water-Gas-Shift (activación del CO2 y ajuste de la relación H2/CO), síntesis de biocombustibles (dimetil éter y SFT) y producción de ácido acético. Estas reacciones ofrecen notables retos químico-ingenieriles en aspectos como: i) desarrollo de catalizadores multifuncionales adecuados; ii) gestión térmica de reacciones fuertemente exotérmicas; iii) control de la selectividad en reacciones múltiples en serie por acción conjunta de la temperatura, el tiempo de residencia, la formulación del catalizador y el diseño del reactor. El conocimiento adquirido por el consorcio en los proyectos previos (MAT2006-12386, ENE2009-14522, ENE2012-37431 y ENE2015-66975) nos permite proponer de una manera sólida y fundamentada el uso de catalizadores y reactores estructurados para superar estos retos.

Por tanto, el objetivo fundamental de esta propuesta es el estudio de sistemas catalíticos estructurados para reacciones relevantes del proceso Power-To-X con CO2 (CO2-PTX). Por otro lado, esperamos que la intensificación que aportan los sistemas estructurados sobre metales y los patrones de flujo desarrollados en sistemas como espumas de poro abierto jueguen papeles determinantes en el control de la temperatura y la selectividad de la reacción. En este sentido se estudiarán diferentes arquitecturas de sustrato junto a las variables principales como la densidad de celda o poro, el espesor de película catalítica o la aleación metálica del sustrato. Finalmente, para aproximarnos a la aplicación industrial de estos sistemas CO2-PtX se considerará la valorización de CO2 presente en corrientes diluidas como los gases de combustión. Esto supone nuevos retos debido a la baja concentración de CO2, altos caudales volumétricos y efectos negativos de otros componentes (H2O, SOx, etc.) en la actividad y estabilidad de los catalizadores. Se investigarán nuevas formulaciones de catalizadores junto con estrategias avanzadas de adsorción-desorción-reacción de CO2 sobre los sustratos estructurados estudiados.

Globalmente, el proyecto se estructurará en forma matricial con tareas transversales de cada grupo basadas en sus líneas de especialización (modelado, estructuración y caracterización avanzada) junto a reacciones concretas de cada laboratorio que conformarán las tareas longitudinales del proyecto


Verificación de la existencia de fuerzas de Casimir repulsivas en la macroescala en láminas delgadas suspendidas y autosoportadas




Investigador Principal: Hernán Ruy Míguez García
Periodo: 1-11-2018 / 30-04-2021
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: FIS2017-91018-EXP
Componentes:
Materiales Ópticos Multifuncionales

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El proyecto VERSUS tiene como objetivo principal realizar la primera observación de fuerzas de Casimir-Lifshitz repulsivas en sistemas macroscópicos plano-paralelos. Para esto se centraá en el diseño, fabricación y caracterización de materiales ópticos que permitan controlar la intensidad y naturaleza de la fuerza de Casimir-Lifshitz, de forma que puedan observarse y caracterizarse fenómenos de levitación debido al balance de ésta y la fuerza gravitatoria. Esta propuesta, readicalmente novedosa, hace uso de técnicas de espectroscoìa óptica (basadas en interferencia óptica entre los haces parcialmente reflejados y transmitido en las intercaras del sistema plano-paralelo) para caracterizar la distancia de equilibrio a la que el sistema levita sobre un sustrato. Para ello, se parte de diseños de materiales cuyas propiedades ópticas y densidades son tales que sumergidas en distintos fluidos leviten sobre ciertos sustratos como resultado del balance de esas fuerzas, como recientemente ha sido demostrado de forma teórica por el equipo solicitante. Nuestro grupo ha demostrado teóricamente que existen combinaciones de materiales que fabricados en forma de láminas delgadas (< 1 micra) pueden levitar a distancias del orden de las pocas decenas o centenas de nanómetros sobre un sustrato adecuado. En particular, láminas de tefón, poliestireno y sílice inmersas en glicerol levitan sobre una oblea de silicio, siendo las distancias de equilibrio controlables y sintonizables a través del grosor de las láminas delgadas y la temperatura del sistema. Las láminas delgadas autosoportadas deben ser compactas, mecánicamente estables, de superficies planas, grosor controlado y químicamente afines al fluido en el que están sumergidas. La observación macroscópicas de fuerzas repulsivas de Casimir-Lifshitz, nunca reportada anteriormente, mediante medidas de espectroscopía óptica constituiria un logro sin precedentes en el campo del estudio de las interacciones fundamentales de la materia.


Aprovechamiento de biomasa y producción sostenible de energía mediante (foto)catalizadores y reactores estructurados basados en materiales carbonosos




Investigador Principal: Miguel Angel Centeno Gallego y Svetlana Ivanova
Periodo: 01-01-2018 / 31-12-2020
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: ENE2017-82451-C3-3-R
Componentes: Carlos López Cartes, Leidy Marcela Martínez Tejada, María Isabel Domínguez Leal, Regla Ayala Espinar
Química de Superficies y Catálisis

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El objetivo principal del presente proyecto coordinado entre la U. de Zaragoza, el ICMS y la U. de Cádiz, es el desarrollo de catalizadores multifuncionales y estructurados basados en materiales catalíticos carbonosos, tanto de carácter biomórfico, como grafénico-grafítico. Estos materiales catalíticos han de ser activos, selectivos y estables en reacciones directamente relacionadas con el aprovechamiento de la biomasa lignocelulósica (producción de 5-HMF, ácido levulínico, FDCA, o γ-valerolactona) y la producción sostenible de energía (producción de H2), así como la valorización química y fotoquímica de CO2 (hidrogenación de CO2, descomposición de biogás, foto-reformado de bio-alcoholes), usando H2 de origen renovable ("water splitting"). Este proyecto trata de mejorar procesos actualmente implementados que están relacionados con la producción de energía, y otros más novedosos, como el aprovechamiento de la luz solar, que sin lugar a dudas están llamados a tener un papel importante en este campo. De hecho, la utilización de la energía solar haría más viable energéticamente, por ejemplo, la reacción de metanación de CO2 al usar H2 de origen (foto)renovable producido por “water splitting”. Se busca también la generación de productos de alto valor añadido por procesos de biorefinería, que sustituyan los obtenidos actualmente a partir de fuentes fósiles. Se pretende conseguir un conjunto de sólidos carbonosos con propiedades estructurales (porosidad jerárquica meso/micro), hidrofilicidad-hidrofobicidad, funcionalidades químicas, composición superficial etc. diseñados ad hoc para cada una de las reacciones consideradas por los distintos subproyectos, incluyendo la implementación de procesos en continuo mediante la utilización de reactores estructurados a partir de los catalizadores más eficientes. El desarrollo y utilización de sistemas catalíticos estructurados aumenta la viabilidad e intensificación de los procesos y por tanto la eficiencia energética y medioambiental. La complementariedad de los tres grupos proponentes abre la posibilidad de abordar en un solo proyecto todos estos objetivos, permitiendo aplicar distintas metodologías emergentes para la síntesis de nuevos materiales carbonosos, como son la mineralización biomórfica, la expansión/funcionalización de compuestos intercalados de grafito, grafitos especiales (e.g. “graphite nanolayers” o "nanoflakes”), uso de plantillas inorgánicas para generación de carbones mesoporosos, su funcionalización avanzada y su aplicación en procesos de alto impacto en el área de la energía, tecnología química y tecnologías ambientales.


Desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados para la valorización de metano a hidrógeno y olefinas C2-C4




Investigador Principal: Alfonso Caballero Martínez y Gerardo Colón Ibáñez
Periodo: 1-1-2018 / 31-12-2020
Organismo Financiador: Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
Código: ENE2017-88818-C2-1-R
Componentes: Rosa Pereñiguez Rodríguez, Francisco Jesús Platero Moreno, Angeles Maria López Martín, Juan Pedro Holgado Vázquez
Materiales y Procesos Catalíticos de Interés Ambiental y Energético

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El desarrollo de nuevos materiales con propiedades singulares en distintos campos de aplicación se ha convertido en las últimas décadas en una prioridad en multitud de áreas de la ciencia y la tecnología. Entre ellas, además de materiales micro y mesoporosos de composición variable, pueden destacarse los sólidos basados en estructura perovskita ABO3. La versatilidad que presentan estos últimos mediante la sustitución parcial en las posiciones A y B por distintos metales alcalinos, alcalino-terreos y de transición los convierte en una alternativa interesante, y de hecho tienen aplicaciones en campos relacionados con sus propiedades electricas, ópticas, térmicas, catalíticas y como adsorbentes. En el presente proyecto coordinado se plantea la preparación de un conjunto de materiales, entre ellos algunos con estructura perovskita (Fe, Co, Mn, Cu y Bi en posiciones B; Ca, Mg, Ce y La en posiciones A), y estudiar su aplicación en distintos procesos de catálisis heterogénea y de adsorción de contaminantes. Para ello se emplearán una serie de técnicas de preparación recientemente descritas (Cristalización por Microondas, Proceso de Autocombustión, Mesoestructuración por Nanocasting y Porosidad Jerarquizada) que permiten obtener sistemas de alta superficie específica y nanoestructura controlada. De esta forma, y combinando los metales en posiciones A y B para que actuen tanto como agentes promotores como precursores de aleaciones metálicas en los sistemas reducidos, se obtendrán sistemas con propiedades muy variadas y versatiles. Asi, en el subproyecto 1 se estudiarán sus propiedades catalíticas en procesos de enorme interés para la valorización de metano, principal componente del gas natural y una de las fuentes de energía más abundantes en la actualidad. En concreto, y junto con sistemas soportados en materiales mesoporosos y otros, se estudiará en primer lugar la actividad de perovskitas de niquel para la reacción de reformado seco de metano con el fin de obtener gas de síntesis. El objetivo será obtener sistemas activos y sobre estables frente a los fenómenos de desactivación habituales por deposición de coque. En segundo lugar, se estudiarán sistemas basados principalmente en Fe y Co para la reacción de Fisher-Tropsch a olefinas C2-C4, productos de gran interés económico por ser precursores de una gran cantidad de otros productos de alto valor añadido. Por otro lado, los trabajos propuestos en el subproyecto 2 están relacionados con la aplicación de estos sólidos de estructura perovskita para el desarrollo de procesos de eliminación de contaminantes emergentes, un nuevo tipo de desechos que suelen ser resistentes a los procesos de degradación biológico convencionales, constituyendo por tanto un problema medioambiental de primer orden. En concreto, el proyecto pretende desarrollar tratamientos integrados de depuración (adsorción-POA), utilizando perovskitas para la eliminación de contaminantes emergentes (Ibuprofeno, Salicílico, Ciprofloxacina, Cafeína, Gemfibrozil y  Benzafibrato), optimizando parámetros como el rendimiento, la reciclabilidad de los catalizadores, la aplicabilidad y la sostenibilidad. De especial relevancia en este tipo de procesos es la utilización de procesos de fotocatálisis heterogénea, por lo que el desarrollo de nuevos óxidos semiconductores como las perovskitas, con características fisicoquímicas y estructurales superiores a las del TiO2, es un objetivo de primer orden del presente subproyecto.


Integración de la tecnología “calcium looping” en plantas solares para el almacenamiento termoquímico de energía




Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda
Periodo: 01-01-2018 / 30-09-2021
Organismo Financiador: Uniòn Europea
Código: H2020-ENERGY/0373
Componentes: María Jesús Diánez Millán, Pedro Enrique Sánchez Jiménez
Reactividad de Sólidos

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El almacenamiento de energía es uno de los mayores desafíos para aumentar la viabilidad a corto plazo de las plantas de energía solar concentrada (CSP), que generalmente se caracterizan por su intermitencia en la producción de energía. El proceso Ca-Looping (CaL) basado en la reacción reversible de carbonatación/calcinación del CaO es una de las tecnologías más prometedoras para el almacenamiento termoquímico de energía (TCES). La amplia disponibilidad en la naturaleza de piedra caliza (CaCO3) y su bajo precio (<10 € / ton) son factores clave para el despliegue comercial de la tecnología CaL.

SOCRATCES tiene como objetivo demostrar la viabilidad de la integración CSP-CaL mediante la construcción de una planta a escala piloto que utiliza materiales baratos, abundantes y no tóxicos, así como tecnologías actualmente en uso en la industria, como los reactores de lecho fluidizado y los intercambiadores de calor.

El objetivo global de SOCRATCES es desarrollar un prototipo que reduzca los riesgos a la hora de ampliar la tecnología CaL a escala global y resuelva cuestiones abiertas; comprender mejor y optimizar las eficiencias operativas que podrían obtenerse, con el objeto de habilitar plantas de CSP altamente competitivas y sostenibles.

http://socratces.eu

https://cordis.europa.eu/project/id/727348/es


Integración del proceso Ca-looping en centrales de energía solar concentrada para el almacenamiento termo-químico de energía




Investigador Principal: Luis A. Pérez Maqueda
Periodo: 01-01-2018 / 31-12-2021
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: CTQ2017-83602-C2-1-R
Componentes: Pedro Enrique Sánchez Jiménez, María Jesús Diánez Millán
Reactividad de Sólidos

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El proyecto solicitado se enmarca dentro del reto general de encontrar nuevas tecnologías de almacenamiento de energía baratas y no contaminantes que permitan superar una de las limitaciones mayores de las fuentes renovables que es la intermitencia en la generación de electricidad. En particular, en este proyecto se propone realizar una integración de la tecnología de Ca-looping en una planta termosolar de concentración. La tecnología de Ca-looping, originariamente propuesta para procesos de captura de CO2, se basa en procesos de carbonatación-descarbonatación (o calcinación) de óxido de calcio-carbonato cálcico repetidos de forma cíclica. Nuestro grupo de investigación ha trabajado durante varios años en esta tecnología, con el objeto de comprender los mecanismos de desactivación conforme se incrementa el número de ciclos. Así, hemos estudiado los mecanismos cinéticos de estos procesos y los cambios microestructurales que tienen lugar a medida que se ciclan los compuestos. En un proyecto coordinado que concluye a finales de año (SOLARTEQH, Retos 2014) hemos realizado ya una propuesta de integración de Ca-Looping para almacenamiento de energía solar. Este proyecto ha dado lugar a una propuesta H2020 (SOCRATCES) aprobada y que comenzará a comienzos del año próximo. En el proyecto CALSOLAR que ahora presentamos se pretende avanzar más en esta idea de integración para incrementar los valores de eficiencia termoeléctrica. El subproyecto 1 realizará las tareas de coordinación de todo el proyecto. Además, en el subproyecto 1 se realizará la selección, preparación y caracterización de los compuestos a utilizar en el proyecto. En este sentido, se trabajará con empresas mineras que nos facilitarán distintas materias primas (principalmente calizas y dolomitas) con diverso grado de pureza y cristalinidad. Se prepararán compuestos con sílicas nanoestructuradas obtenidas a partir de cascarilla de arroz (suministradas por arroceras del valle del Guadalquivir). Se investigarán compuestos preparados a partir de escorias de acerías (suministrados por dos empresas del sector afincadas en Andalucía) que son ricos en calcio para su aplicación en ciclos de almacenamiento termoquímico. En el subproyecto, se diseñará y construirá un equipo termogravimétrico que permita realizar experimentos en las condiciones realistas de los ciclos de almacenamiento térmico. Así el equipo permitirá trabajar en condiciones de presión absoluta controlada de CO2 y en vapor sobrecalentado. En dicho instrumento se realizarán los ciclos de almacenamiento y se estudiarán las condiciones óptimas de dichos ciclos. Se investigarán los mecanismos cinéticos de carbonatación y descarbonatación y se estudiarán los cambios microestructurales durante el ciclado. El equipo de investigación está compuesto por personal con gran experiencia en las tareas propuestas y se cuenta con la participación de investigadores extranjeros con gran experiencia en reacciones sólido-gas y en caracterización microestructural por microscopía de alta resolución. Además, participa una investigadora de la empresa Abengoa con extensa experiencia en almacenamiento termoquímico en plantas solares. Se trabajará en este subproyecto de forma totalmente coordinada con los investigadores del subproyecto 2 con idea de establecer conjuntamente las condiciones de proceso óptimas. Finalmente, los resultados obtenidos del proyecto podrán demostrarse en la planta piloto que se construye en el marco del proyecto H2020 SOCRATCES


Materiales ópticos avanzados para dispositivos optoelectrónicos más eficientes




Investigador Principal: Hernán Ruy Míguez García y Mauricio E. Calvo Roggiani
Periodo: 01-01-2018 / 31-12-2020
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2017-88584-R
Componentes: Gabriel S. Lozano Barbero, Juan Galisteo López
Materiales Ópticos Multifuncionales

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El proyecto MODO busca optimizar el diseño óptico de dispositivos optoelectrónicos, ya sean fotovoltaicos o emisores de luz, con el objetivo de aumentar su eficiencia o dotarles de nueva funcionalidad. La hipótesis en la que se basa este proyecto es que este objetivo principal puede lograrse mediante la integración de materiales ópticos que permitan controlar la interacción radiación-materia en las láminas absorbentes u ópticamente activas del dispositivo. La estrategia propuesta consiste en realizar, secuencialmente, el diseño, preparación, caracterización e integración en prototipos de estructuras fotónicas de diverso tipo (cristales fotónicos, partículas metálicas, medios ópticos desordenados, superficies corrugadas), empleando principalmente técnicas de procesado en solución escalables y compatibles con las usualmente empleadas para la fabricación de los dispositivos objeto de estudio.
La tecnología optoelectrónica basada en perovskitas ha despertado en los últimos años un interés extraordinario debido a las altas eficiencias de conversión de energía lumínica en eléctrica, superiores al 20%, que se han alcanzado en un tiempo relativamente corto comparado con la evolución de otras tecnologías fotovoltaicas. Por otro lado, presentan elevados rendimientos cuánticos de fotoemisión en el verde y el rojo, lo que también las convierte en candidatas a recubrimientos emisores de luz. Sin embargo, estas expectativas se ven parcialmente ensombrecidas debido a los problemas de estabilidad y potencial impacto ambiental que estas perovskitas presentan. Es uno de los objetivos prioritarios de este proyecto proponer soluciones a estos problemas concretos a través de diseños ópticos que permitan reducir tanto la cantidad de material empleado como la exposición de la lámina activa a ambientes que induzcan su degradación. Se pretende ahondar en la comprensión de los fenómenos que intervienen en la degradación fotoinducida de estos materiales en entornos de distinto tipo, lo que nos permitirá proponer soluciones concretas para desarrollar láminas de perovskita más estables y eficientes. Por otra parte, el proyecto MODO explorará la mejora de una nueva tecnología fotovoltaica, propuesta muy recientemente, basada en nanocristales semiconductores de AgBiS2, de muy bajo impacto ambiental pero con una absorción óptica aún muy inferior al resto de celdas solares emergentes.
Simultáneamente, se aplicarán a dispositivos emisores de luz, basados en nanocristales semiconductores y compuestos orgánicos foto- y electroluminiscentes, conceptos orientados a la amplificación direccional de la luminiscencia en rangos espectrales seleccionados a través del control de la densidad local de estados fotónicos. Se explorará la posibilidad de controlar la dinámica de decaimiento de estados excitados a escala macroscópica y la de observar de emisión láser. En todos los casos, el rendimiento energético de los dispositivos objeto de estudio no ha sido optimizado anteriormente desde el punto de vista del disño óptico.
La propuesta se enmarca dentro del Reto Social denominado "Energia segura, eficiente y limpia" y tiene como objetivo desarrollar tecnología fotónica empleando herramientas de la nanotecnología y del campo de materiales avanzados, todas ellas identificadas como Tecnologías Facilitadoras Esenciales en el programa de H2020 e incluidas en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología.


Diseño racional de fotocatalizadores altamente eficientes mediante control a nivel atómico




Investigador Principal: Gerardo Colón Ibañez
Periodo: 02-10-2017 / 01-10-2020
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad. Unión Europea
Código: RATOCAT (project4076)
Componentes: Alfonso Caballero Martínez, Angeles Martín
Materiales y Procesos Catalíticos de Interés Ambiental y Energético

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El uso de la energía solar para la generación de hidrógeno a partir de agua es probablemente uno de procesos más limpios y sostenibles para la obtención de energía. Sin embargo, los catalizadores que dan mejores rendimientos son demasiado caros para ser económicamente viables. El proyecto RATOCAT tiene como objetivo el desarrollo de materiales fotocatalíticos optimizados.    De esta forma las prestaciones fotocatalíticas de sistemas basados en TiO2 y gC3N4 podrían optimizarse mediante el diseño de su superficie con nanoestructuras de composición, nanoarquitectura, tamaño y estado químico altamente controladas. Se empleará para ello estudios de simulación teórica para proponer la nanoestructuras óptimas que serán depositadas de forma controlada y precisa mediante atomic layer deposition (ALD). Los test de actividad fotocatalítica tanto a escala de laboratorio como en planta piloto (Plataforma Solar de Almería).


Materiales ópticos basados en nanofósforos para la próxima generación de dispositivos emisores de luz




Investigador Principal: Gabriel S. Lozano Barbero
Periodo: 01-04-2017 / 31-03-2022
Organismo Financiador: European Commission STARTING GRANT
Código: H2020-ERC-STG/0259
Componentes:
Materiales Ópticos Multifuncionales

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http://nanophom.eu

El desarrollo de fuentes de luz eficientes y respetuosas con el medio ambiente constituye una parte esencial de la estrategia mundial para reducir el consumo mundial de electricidad. Los diodos emisores de luz (LED de sus siglas en inglés) emergen como la alternativa a la iluminación convencional, debido a su alta eficiencia de conversión de energía, larga vida útil, conmutación rápida, robustez y tamaño compacto. Sin embargo, su implementación en la industria electrónica de consumo se ve obstaculizada por el control limitado sobre el brillo, la calidad del color y la direccionalidad de la emisión de LED que proporcionan los elementos ópticos convencionales cuyo funcionamiento se basa en la óptica geométrica.

Este proyecto explora nuevas formas de controlar las propiedades de emisión de nanomateriales luminiscentes, superando los límites impuestos por la óptica convencional, mediante el uso de arquitecturas nanofotónicas. El desarrollo de materiales ópticos fiables y escalables basados en nanofósforos permitirá un control espectral y angular fino sobre la emisión de luz, abordando las deficiencias que los LED actuales presentan. El nuevo diseño óptico de estos dispositivos estará basado en la integración de multicapas ópticas, texturas superficiales, y nano dispersores de composición, tamaño y forma controlados, para obtener materiales que posean propiedades ópticas que faciliten un control preciso de la radiación visible.

Nanophom permitirá mejorar nuestra comprensión sobre fenómenos fundamentales como la formación de modos fotónicos en medios ópticos complejos a los que se puede acoplar la luz, así como avanzar en el desarrollo de dispositivos de iluminación de estado sólido de alta eficiencia.


Arquitecturas de multicapas nanostructuradas para el desarrollo de dispositivos optofluídicos sensores y procesos de funcionalización superficial avanzada (NANOFLOW)




Investigador Principal: Angel Barranco Quero y Francisco Yubero Valencia
Periodo: 30-12-2016 / 29-06-2020
Organismo Financiador: Agencia Estatal de Investigación (AEI) y Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER)
Código: MAT2016-79866-R
Componentes: Agustín R. González-Elipe, José Cotrino Bautista, Juan Pedro Espinós Manzorro, Fabián Frutos (US), Ana I. Borrás Martos, Alberto Palmero Acebedo, Victor Rico Gavira, Ricardo Molina (IQAC-CSIC), Fernando Lahoz (ULL), Xerman de la Fuente (ICMA-CSIC), Jesús Cuevas (US), M. Fe Laguna (UPM), Antonio Rodero (UCO), M. Carmen García (UCO)
Nanotecnología en Superficies y Plasma

Resumen [+]

NANOFlow es un projecto multidisciplinar que persigue el desarrollo de nuevos dispositivos optofluídicos mediante la integración de materiales nanostructurados multifuncionales. El proyecto está sólidamente fundamentado en la experiencia de los componentes del grupo de investigación en campos como la síntesis de películas multifuncionales, procesos avanzados de modificación de superficies y en el desarrollo de dispositivos fotónicos multicapa. El objetivo principal de este proyecto de investigación es combinar e integrar los distintos métodos avanzados de síntesis y procesado disponibles en la fabricación de dispositivos optofluídicos singulares que sean capaces de responder a la presencia de líquidos mediante un cambio físico. La combinación de este tipo de procesos de integración junto con el desarrollo de nuevos métodos de de detección fotónica, el uso de microplasmas de gran área como fuentes de luz y de sustratos flexibles que incorporan elementos sensores definen un conjunto muy rico de posibilidades de desarrollo de aplicaciones prácticas que se explorarán en el proyecto. Además, en el proyecto también se llevarán a cabo estudios de simulación de crecimiento de películas delgadas que, en combinación con estudios de diagnosis, permitirán ajustar los procesos de crecimiento para conseguir la funcionalidades requeridas. De esta forma, el proyecto NANOFlow intenta cubrir toda la cadena tecnológica que va desde el desarrollo de nuevos materiales hasta la aplicación final incluyendo estudios de caracterización, rutas sintéticas flexibles, búsqueda de procesos alternativos de bajo costo y alto rendimiento (por ejemplo métodos de fabricación empleando plasmas a presión atmosférica), integración de dispostivos y test de éstos en condiciones reales.

Las actividades de desarrollo planteadas en NANOFlow culminan en el desarrollo de tres tipos de dispositivos innovadores como son: las etiquetas inteligentes con actividad sensora y posibilidad de usarse como sistemas de trazabilidad y anticopia (por ejemplo integrados en el empaquetado de productos alimentarios), un dispositivos optofluídico multisensor versátil y un sistema de limpieza optofluídico fotocatalítico que integra una microplasma emisor de luz, interruptores ópticos de luz UV y visible actuados por líquidos y una superficie fotocatalítica nanoestructurada. Los tres dispositivos funcionan sobre la base de una actuación o respuesta optofluídica y están diseñados para poder usarse de forma directa en sistemas de detección, manipulación y monitorización de líquidos.

Las actividades de investigación en los distintos paquetes de trabajo del proyecto y los dispositivos finales se han propuesto para responder al Reto nº 2 de la convocatoria referida a  “Seguridad y calidad alimentaria”. Además, algunas de las actividades del proyecto, por ejemplo el tercer dispositivo, están también relacionados con el Reto nº 3 “Energía Segura, eficiente y limpia”. Es interesante indicar que las actividades propuestas en NANOFlow son de particular relevancia en el contexto geográfico de Andalucía donde la agricultura, la producción de alimentos y la energía son tres de los más relevantes sectores estratégicos.


Nuevo concepto de caldera de biomasa basada en materiales biocerámicos y combustión porosa para operación eficiente con residuos




Investigador Principal: Joaquín Ramírez Rico
Periodo: 30-12-2016 / 31-12-2020
Organismo Financiador: Ministerio de Economía y Competitividad
Código: MAT2016-76526-R
Componentes: Julián Martínez Fernández, Manuel Jiménez Melendo
Materiales de Diseño para la Energía y Medioambiente

Resumen [+]

En la Unión Europea se generan anualmente más de cinco toneladas de residuos por persona, siendo aproximadamente el 60% de esta cantidad materia orgánica. La tecnología de las calderas de biomasa actuales no permite el uso de estos residuos funcionando con altos valores de eficiencia, bajas emisiones y alta fiabilidadad de operación, siendo especialmente relevante en calderas de pequeño tamaño.

El principal objetivo de este proyecto es desarrollar un nuevo concepto de tecnología para calderas de biomasa doméstica capaz de operar con gran variedad de mezclas de biomasas y residuos agrícolas.  Para ello se aprovecharán las sinergias de la integración de investigadores del: i) Grupo Maquinas y Motores Térmicos, GMTS, especialistas en combustión, calderas y máquinas térmicas ii) Grupo Materiales Biomiméticos y Multifuncionales, MBM, especialistas en la obtención de cerámicos porosos bioderivados, así como en caracterización físico-química y microestructural. El proyecto se completa con la colaboración de empresas en la evaluación de la tecnología y su aplicabilidad industrial.

El proyecto se basa en la innovadora integración de material biocerámico microporoso en las cámaras de combustión de calderas de biomasa de modo que actúen con diferentes funciones: combustor microporoso, filtro de partículas y recuperador de calor. Estas funcionalidades  pueden ser simultáneas, en función de la región del flujo en que se encuentren y el rango de temperaturas de esa región. Este material biocerámico es desarrollado a partir de precursores vegetales para obtener elementos de Carburo de Silicio (SiC). Para ello se usan materiales locales sin tratar, produciendo elementos hechos a medida con propiedades microestructurales adecuadas para trabajar con altas temperaturas. Así, productos con geometrías complejas pueden ser obtenidos con relativamente bajo coste comparados con otros materiales con características mecánicas y químicas similares. La integración de componentes basados en estos materiales posibilita nuevos diseños de calderas de biomasa con un alto control de la combustión, las temperaturas y la emisión de partículas. El nuevo diseño evita la sinterización y fusión de las cenizas, actuando en la formación y evolución de contaminantes, inhibiendo los mecanismos de producción de dioxinas y activando la completa oxidación del monóxido de carbono (CO) y soots. El nuevo concepto permitirá la operación con una importante variedad de mezclas biomasa/ residuos agrícolas con bajas emisiones aun cuando el combustible presente un alto contenido de cenizas, resolviendo el principal reto para el desarrollo del uso residuos agrícolas en calderas de biomasa (especialmente las de menor tamaño). El desarrollo de esta tecnología permitirá ampliar los recursos de la Unión Europea para calefacción de uso doméstico. En la actualidad este uso supone un 30% del consumo energético total en la misma. La propuesta incluye el estudio de los procesos básicos de combustión, flujos, fabricación a medida de las matrices de materiales biocerámicos, así como estudio y desarrollo de prototipos de componentes y del sistema final. Estos serán estudiados a nivel de ensayos de laboratorio con residuos agrícolas, forestales y de la industria olivarera.


Superficies super-hielofóbicas para prevenir la formación de hielo en aeroplanos




Investigador Principal: Agustín R. González-Elipe
Periodo: 01-02-2016 / 31-01-2019
Organismo Financiador: Union Europea
Código: H2020-TRANSPORT/0149
Componentes:
Nanotecnología en Superficies y Plasma

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La acumulación de hielo representa un grave problema para los aviones, ya que la presencia incluso de una capa apenas visible puede limitar seriamente la funcionalidad de las alas, las hélices, los parabrisas, las antenas, las rejillas de ventilación, las tomas de aire y las cubiertas. El Proyecto PHOBIC2ICE tiene como objetivo desarrollar tecnologías y herramientas de simulación predictiva para evitar o mitigar este fenómeno.
El proyecto PHOBIC2ICE, mediante la aplicación de un enfoque innovador de simulación y modelado, permitirá el diseño y fabricación de superficies hielofóbicas con funcionalidades mejoradas. Se desarrollarán varios tipos de recubrimientos poliméricos, metálicos e híbridos usando diferentes métodos de deposición. Se prepararán superficies tratadas con láser y anodizadas. En consecuencia, el proyecto se centra en la recopilación de conocimientos fundamentales sobre los fenómenos asociados con los problemas de repulsión de hielo. Este conocimiento dará una mejor comprensión del proceso de acreción de hielo en diferentes superficies modificadas y recubiertas. La infraestructura de investigación certificada (túnel de viento de hielo) y las pruebas de vuelo previstas ayudarán a desarrollar soluciones integrales para abordar la cuestión de la formación de hielo y elevarán el nivel de innovación del Proyecto.
La solución propuesta será respetuosa con el medio ambiente, contribuirá a la reducción del consumo de energía y ayudará a eliminar la necesidad de procedimientos frecuentes de deshielo sobre suelo. Esto contribuirá a la reducción del coste, la contaminación y el retraso de vuelo. 

http://cordis.europa.eu/project/rcn/199478_en.html


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