Se construyó un electrolizador de agua constituido por cuatro celdas divididas, conectadas bipolarmente, cuyo módulo se ensambla en forma de filtro prensa y con distribución hidráulica en paralelo. Los diafragmas son de fibras de asbesto. El material electródico se compone por laminas de níquel. Su consumo energético a 60°C evaluado a una tensión de celda de 2,25 V fue de 5,38 kWh/m3(CNPT)H2. | Tema: Nuevas tecnologías. | Asociación Argentina de Energía Solar

Los procesos fotocatalíticos como la hidrólisis del agua (water splitting) y la oxidación de compuestos orgánicos han sido objeto de gran interés, ya que permiten producir hidrógeno aprovechando la energía de la luz solar. En este contexto uno de los fotocatalizadores más empleados es el TiO2, que generalmente se deposita en forma de películas, sobre un substrato conductor, y su espesor tiene relación directa con el curso de la fotocatálisis. Así pues, con el propósito de analizar el efecto del espesor en los procesos de water splitting y oxidación de metanol, se sintetizaron películas de TiO2 con la técnica de spin-coating, conformadas por 1, 5, 10, 15 y 20 deposiciones sucesivas de pasta de TiO2. Posteriormente, su espesor fue determinado mediante un análisis SEM y los fotocatalizadores resultantes fueron caracterizados electroquímicamente, mediante pruebas CA y LSV. Los resultados, sugieren que el espesor influye en el aumento de la densidad de corriente, relacionada con la producción de hidrógeno debida a la oxidación del agua y el metanol. También, este incremento dado por el aumento en el espesor, es más alto en la oxidación de metanol que en water splitting. Además, el estudio de la degradación de metanol en el tiempo permite establecer que la fotocatálisis confirma ser un método alternativo para degradar contaminantes orgánicos y producir energía simultáneamente. | "The photocatalytic processes as water splitting and oxidation of organic compounds, have been object of great interest because they allow to produce hydrogen by taking advantage of sunlight. In this context, a commonly used photo catalyst is the TiO2. Generally, a conductive substrate as FTO glass is covered with TiO2, a layer is formed and its thickness has a straight relationship with the photo catalysis. Thus, with the purpose of analyze the effect of film thickness in water splitting processes and methanol oxidation, TiO2 films were synthetized using the spin coating technique. Those films, were formed by 1,5, 10, 15 and 20 successive depositions of TiO2 nanoparticles. Then, their thickness was determined by a SEM analysis and their electrochemical performance was assessed by CA (chronoamperometry) and LSV (linear sweep voltammetry) analysis. The results suggest that thickness has influence in current density, which is related with hydrogen production by water and methanol oxidation. Also, this increase given by the rise in thickness, is higher in methanol oxidation than in water splitting. Also, the study of methanol degradation in time confirms to be an alternative method to degrade organic compounds and produce energy simultaneously."--Tomado del Formato de Documento de Grado. | Ingeniero Químico | Pregrado

El hidrógeno, es un combustible limpio que, cuando se consume en una celda de combustible para obtener energía, solo produce agua. Actualmente, puede producirse por distintos métodos, siendo uno de ellos la electrólisis de agua, la cual permite obtener hidrógeno de alta pureza. Además, esta tecnología puede utilizarse como almacenamiento del excedente energético procedente de fuentes renovables. En la actualidad, un componente clave de los electrolizadores, dispositivos generadores de hidrógeno a partir de agua, son las membranas de intercambio aniónico. Las mismas permiten la conductividad de aniones entre ánodo y cátodo. El objetivo del trabajo fue desarrollar una nueva membrana y evaluar su desempeño en un electrolizador de escala laboratorio. Los resultados obtenidos son promisorios cuando se los compara con membranas de intercambio aniónico comercialmente disponibles. Por esta razón, la membrana descripta en este trabajo puede ser considerada como un posible material alternativo y económico para su uso en electrolizadores. | Hydrogen gas, considered one of the energy sources of the future, is a clean fuel whose consumption in a fuel cell to obtain energy generates only water as product. Currently, it can be produced by different methods, being water electrolysis the one that allow to obtain it with the highest purity. Besides, this technology can be used as a way of storage energy excess from renewable sources. A key component in electrolysis cells, water-fueled hydrogen generating devices, are the ionic exchange membranes. These membranes allow the ionic conduction between cathode and anode. The objective of this work is to develop a new AEM membrane and to measure its performance in a laboratory scale electrolysis cell. Promising results were obtained, with competitive performance compared with commercially available membranes. For this reason, this membrane can be considered as a good candidate for water electrolysis systems. | Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES)

El proyecto Ecovía se desprende de una de las líneas de investigación del macroproyecto de la UNAM: “La Ciudad Universitaria y la Energía”, cuyo objetivo central es transformar a la Ciudad Universitaria (CU) en un modelo de uso eficiente de energía. El Ecovía es un automóvil híbrido, el primero en el ámbito nacional que funciona con baterías y celda de combustible de hidrógeno (H2). La celda de combustible consume 10.6587 gH2/min, que se traducen en diez millones de pesos al año. Para la producción del hidrógeno existe una tecnología innovadora llamada fermentación oscura de desechos orgánicos; por ello se propone una planta semi-industrial aplicando esta tecnología. Los lodos de desecho de la planta de tratamiento de aguas residuales de CU se estiman en 45 ton/día, que sumadas a los residuos orgánicos de una granja porcina y restaurantes de CU, alcanzan 46.18 ton/día, lo cual generará 14.2678 kgH2 sin purificar, o bien 9.98746 kgH2 a 99.999% de pureza, tal como lo exige la celda de combustible del Ecovía. La propuesta de la planta de hidrógeno, factible en términos técnicos, financieros y económicos, se estimó que requeriría cerca de 4.5 millones de pesos como inversión inicial, los cuales se recuperarían en el primer año de funcionamiento de la planta. Asimismo, se disminuirían los costos derivados de la recolección y el transporte de los residuos($1 540 080 pesos/año). La contribución ambiental del proyecto es la reducción de emisiones en 131.901 ton métricas de CO2 equivalentes al día y la minimización de desechos sin tratamiento al medio ambiente.

La producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua está adquiriendo más protagonismo ante la creciente preocupación por el cambio climático y la búsqueda de alternativas energéticas sostenibles. El uso de la metodología electroquímica presume de ser limpia, sostenible y barata si se acopla con el uso de energías renovables. El presente trabajo de fin de grado (TFG) navega sobre los diferentes desafíos y avances de la tecnología basada en los materiales electrocatalíticos y los diseños de los reactores electroquímicos. Este TFG explora la viabilidad de llevar a cabo una electrólisis usando agua marina, ya que generalmente la electrólisis se realiza con agua dulce lo que supone una limitación importante a la hora de producir hidrógeno aprovechándose del poder del océano, En este sentido, el empleo de agua de mar implica desafíos técnicos y medioambientales, como los problemas ocasionados por la corrosión de los electrodos o las concentraciones de metales pesados remanentes en el electrolito tras el proceso electrolítico. Por ello, este TFG evalúa el rendimiento de distintos electrodos basados en (Ni, Nb, Zr, TiC, TiN, Ni modificado con TiC, Ni modificado con TiN), mediante técnicas de ciclovoltametría y cronoamperometría, además de estudiar el efecto del tipo de electrolito utilizado ( basados en KOH) en la eficiencia del proceso de generación de hidrógeno comparando los potenciales de electrodo. Además, se han evaluado los efectos de la corrosión sufrida en los electrodos mediante técnicas de microscopía electrónica de barrido y la determinación de análisis de Ni en la disolución salina usando la técnica de ICP. Desde un punto de vista más ingenieril, el TFG evalúa la viabilidad del uso de un reactor electrolítico construido mediante técnicas de diseño e impresión 3D. Consecuentemente, la generación electroquímica de hidrógeno de agua marina a un pH 13,7 se ha realizado usando un reactor filtro prensa con división de compartimentos de zero gap utilizando una malla de Ni de dimensiones de 5x5 cm a una densidad de corriente de 10 mA/cm2 y un electrolito basado en agua marina basificada con KOH 1 M. De acuerdo con los resultados obtenidos, la electrólisis con agua de mar es técnicamente viable, usando como electrodo la malla de níquel como electrodo catódico. Bajo dichas condiciones la velocidad de producción de hidrógeno ha sido de 110 mL/h. Finalmente la construcción del reactor electroquímico mediante impresión 3D, ha sido una técnica sostenible y rápida, aunque es necesario abordar los desafíos de la vida útil de los electrodos y de los materiales del reactor electroquímico para asegurar la sostenibilidad de la generación electroquímica de hidrógeno usando agua del océano.

El proyecto Ecovía se desprende de una de las líneas de investigación del macroproyecto de la UNAM: "La Ciudad Universitaria y la Energía", cuyo objetivo central es transformar a la Ciudad Universitaria (CU) en un modelo de uso eficiente de energía. El Ecovía es un automóvil híbrido, el primero en el ámbito nacional que funciona con baterías y celda de combustible de hidrógeno (H2). La celda de combustible consume 10.6587 gH2/min, que se traducen en diez millones de pesos al año. Para la producción del hidrógeno existe una tecnología innovadora llamada fermentación oscura de desechos orgánicos; por ello se propone una planta semi-industrial aplicando esta tecnología. Los lodos de desecho de la planta de tratamiento de aguas residuales de CU se estiman en 45 ton/día, que sumadas a los residuos orgánicos de una granja porcina y restaurantes de CU, alcanzan 46.18 ton/día, lo cual generará 14.2678 kgH2 sin purificar, o bien 9.98746 kgH2 a 99.999% de pureza, tal como lo exige la celda de combustible del Ecovía. La propuesta de la planta de hidrógeno, factible en términos técnicos, financieros y económicos, se estimó que requeriría cerca de 4.5 millones de pesos como inversión inicial, los cuales se recuperarían en el primer año de funcionamiento de la planta. Asimismo, se disminuirían los costos derivados de la recolección y el transporte de los residuos ($1 540 080 pesos/año). La contribución ambiental del proyecto es la reducción de emisiones en 131.901 ton métricas de CO2 equivalentes al día y la minimización de desechos sin tratamiento al medio ambiente. | ECOVIA is a project from one of the lines of research of the UNAM's macro-project "La Ciudad Universitaria y la Energía" (University City and Energy). Its main objective is to transform University City (UC) into a model of efficient energy use. ECOVIA is a hybrid car - the first nationally - which operates with batteries and a hydrogen fuel cell (H2). This fuel cell consumes 10.6587 gH2/minute which translate into 10 million pesos per year. Since dark-fermentation is an innovative technology for the production of hydrogen, a semi-industrial plant to apply this technology is proposed. Sludge from the wastes from the UC wastewater treatment plant is estimated to be 45 tons/day, which added to organic wastes from a pig farm and restaurants in CU, results in a total of 46.18 ton/day. This generates 14.2678 kgH2 without purification or 9.98746 kgH2 with a purity of 99.999%, as required by the ECOVIA fuel cell. The proposal for the hydrogen plant - which is technically, economically, and financially feasible - estimates the need for an initial investment of 4.5 million pesos, which can be recovered in the first year of the plant's operations. At the same time, costs of waste collection and transportation would decrease ($1 540 080 pesos/year). The environmental impact of the project is a reduction in emissions of 131.901 CO2 metric tons/day and minimization of the release of untreated wastes into the environment.

El objetivo de esta investigación fue producir H2 y gas de síntesis a partir de la electrólisis del agua con energía solar y uso del CO2, siendo este tema una visión a futuro donde el gas Hidrogeno es generado de forma limpia, el cual ayudará a la sociedad con la necesidad energética. Los objetivos se enfocaron en convertir la energía química de la electrólisis del hidrógeno en energía eléctrica con los iones de Hidrógeno utilizando una pila de combustible de tipo PEM ELECTROLYZER. El hidrogeno es un vector energético y como tal se perfila como la energía del futuro en la medida que produce energía eléctrica de manera limpia sin eliminar residuos contaminantes como lo hacen los combustibles fósiles. Para realizar el proceso de la electrólisis del agua se diseñó una celda electrolítica para obtener H2 y O2 utilizando energía solar como energía de activación de la celda a través del uso de un panel solar conectado a dicha celda, la cual provee de hidrógeno al PEM REVERSIBLE FULL CELL. La prueba experimental para demostrar la generación de energía eléctrica se hizo movilizando un carro de juguete. Para ello se realizó un balance de masa desde la cantidad de H2O utilizada en la electrólisis, la cantidad de H2 obtenido, intensidad de la celda electrolítica, hidrogeno requerido para generar 1A de corriente en una celda de combustible e intensidad de corriente y consumo de voltaje según equipo; todo ello con el fin de demostrar que en la realidad un carro puede trabajar con hidrógeno para que avance una determinada distancia. Al realizar esta investigación se reduce la contaminación atmosférica y la emisión de los gases del efecto invernadero, esto gracias al diseño de un proceso de recuperación del CO2 de la destilería NAYLAMP, en representación de las destilerías del país, ya que son demasiadas las emisiones de este gas a nivel nacional, sin evaluar el costo que demanda producirla ni los diferentes usos en la industria que significan un beneficio económico. El CO2 capturado trae consigo partículas de alcohol y productos secundarios, por tal motivo se realizó un cálculo de gr de KMnO4 al 1% P/V que neutralizarán la salida de este gas de los fermentadores, este pasará a ser almacenado para luego ser mezclado con el H2 obtenido del PEM REVERSIBLE FULL CELL. Por la información recopilada sabe que las condiciones del CO2 y del H2 son elevadas para llevar en escala laboratorio y se optó por realizar la simulación en el Aspen Hysys V8.0, el cual nos ayudó a demostrar que se puede realizar la producción de gas de síntesis. Además, para ello se realizó un balance estequiométrico a partir de las cantidades de H2 producido. La parte experimental comenzó con la recuperación del CO2 esta se realizó en la destilería NAYLAMP y los demás ensayos en el laboratorio de Química analítica y Fisicoquímica de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo. Con material de PVC (Poli cloruro de vinilo) se realizó el proceso de recuperación de CO2 que se explicará posteriormente, además del uso del PEM REVERSIBLE FUEL CELL que cuenta con una pila de combustible que generó la energía eléctrica a partir del hidrógeno obtenido en la electrólisis, siendo este uno de los métodos para producir este gas, además de su producción mediante una celda electrolítica, todo esto se genera a partir del uso de energía solar, a través de un panel. De esta manera y con el uso del PEM REVERSIBLE FULL CELL se obtuvo 0.3L de H2 a partir de 0.6 ml de H2O destilada, para generar esa cantidad de hidrógeno se necesitó una intensidad de corriente de 0.97 A. El voltaje que se midió después de la producción de H2 es de 1.47 V y la potencia del equipo es de 210 mW. Con estos parámetros el carrito que se utilizó para demostrar la producción de energía eléctrica mediante el H2 obtenido en el proceso de electrólisis comienza a desplazarse.

En el mundo contemporáneo la búsqueda de energías renovables cada vez tiene más fuerza, ya que los combustibles fósiles se están agotando y presentan problemas de sostenibilidad ambiental. El rompimiento de la molécula de agua, conocido como "Water splitting", es un método de producción de H2, un combustible limpio con una alta densidad de energía. Con este fin, se hizo la síntesis de nanoestructuras de WO3 con el fin de producir electrodos para el uso de water splitting. Para esto se metalizaron vidrios FTO (flouride doped tin oxide) con W a través de un proceso de DC sputtering para obtener capas de diferentes espesores. Estos luego se anodizaron electroquímicamente a diferentes condiciones de voltaje y concentración del medio ácido para producir óxido de tungsteno. Los electrodos fueron sometidos a una cronoamperometría y barrido de voltametría lineal bajo una radiación solar simulada. Los resultados indicaron que los electrodos sintetizados son fotoactivos y tienen morfologías prometedoras como nanoflakes o nano triángulos. No obstante, tienen problemas de estabilidad, homogeneidad del recubrimiento y producen una foto-respuesta menor a los electrodos sintetizados con láminas de W | Every day the search for renewable energy sources becomes more critical by the year because fossil fuels are limited and produce environmental sustainability issues such as global warming. The breaking of the water molecule, or water splitting, is a method to produce H2; a clean fuel source with a high energy density. With the desire to produce this combustible, the synthesis of nanostructured WO3 was pursued to produce electrodes that are eligible for water splitting. FTO glass (fluoride doped tin oxide) was covered with W through DC sputtering to obtain different thickness layers. After this procedure, the materials were electrochemically anodized varying voltage and the acid concentration. The electrodes were then submitted to LSV (linear sweep voltammetry) and CA (chronoamperometry) under simulated solar light. The results indicated that the synthesized electrodes presented photoactivity and have promising morphologies such as nanoflakes or nanotriangles. However, stability and the layer homogeneity problems were observed in the materials. Also, the photoactivity response was significantly lower than those electrodes prepared with tungsten foils. | Ingeniero Químico | Pregrado