Tesis doctoral de Olga Del Campo González
La demanda mundial de energía sigue creciendo mientras que no cesan de disminuir las reservas de combustibles fósiles, que son actualmente nuestra principal fuente energética. Además, las tecnologías utilizadas para la producción de energía a partir de combustibles fósiles generan co2, uno de los principales causantes del efecto invernadero. el hidrógeno es el elemento químico más sencillo y podría ser la solución a uno de los problemas que padece la civilización humana: la dependencia de los combustibles fósiles. Aunque no está disponible de forma libre, supone las tres cuartas partes de toda la masa del universo; y, a pesar de no ser una fuente de energía, como el carbón o el gas natural, sirve para almacenarla. Entender las posibilidades energéticas del hidrógeno es uno de los retos de principios del siglo xxi, teniendo en en cuenta que el éxito de la utilización del hidrógeno como vector energético está fuertemente ligado, entre otros, al desarrollo de las capacidades de almacenamiento del mismo. en una primera parte de esta tesis doctoral, se sintetizan y caracterizan complejos de paladio (ii) con ligandos (2-difenilfosfanil-benciliden)-anilina, pudiendo actuar como ligandos bi- y/o tri-dentados, donde se aplica la química básica desarrollada en el grupo de investigación amido, centrándose fundamentalmente en la síntesis y caracterización estructural de complejos metálicos con enlace m-namido. Así mismo, se estudian posibles aplicaciones a los compuestos sintetizados. teniendo en cuenta los anteriores trabajos realizados por el grupo de invstigación amido, una de las principales aplicaciones que se estudió para este tipo de complejos sintetizados, fue su actividad catalítica en reacciones de hidrogenación / deshidrogenación de iminas a aminas secundarias. Mediante compuestos de este tipo, se plantea la posibilidad de romper moléculas de agua utilizando energía solar, basándose en procesos fotosintéticos naturales. Lo que nos proponemos al iluminar las muestras de los complejos sintetizados es la hidrogenación del doble enlace c=n mediante la activación con luz y la presencia de agua como fuente de hidrógeno. De este modo se cerraría un ciclo y se podría almacenar hidrógeno en dicho enlace para disponer de él cuando fuera necesario. figura. Esquema conceptual de un posible ciclo de deshidrogenación / hidrogenación. aunque nuestro principal objetivo, que era el almacenamiento de hidrógeno en el enlace c=n de los complejos sintetizados, no se cumplió de manera directa, se estudiaron otras aplicaciones para los complejos sintetizados, dando lugar, una de ellas, a la caracterización como dosímetro para la detección selectiva de mercurio y metil mercurio de uno de nuestros complejos. siguiendo con nuestro interés en la generación y almacenamiento de hidrógeno basándonos en la síntesis de complejos organometálicos con enlaces c=n, surgió la posibilidad de participar en el proyecto titulado investigación y desarrollo de un sistema para suministro de hidrógeno, propuesto por la empresa dau componentes, s.A., Donde la generación y almacenamiento de hidrógeno presentaba una aplicabilidad más técnica. actualmente, el hidrógeno para uso en automoción, se puede almacenar de diferentes maneras: almacenamiento como hidrógeno comprimido: presenta la desventaja de requerir grandes volúmenes y altas presiones. Los depósitos de alta presión serían aceptables en ciertas aplicaciones de transporte, como autobuses y vehículos cuyas dimensiones permitan acomodar depósitos con suficiente capacidad de hidrógeno, pero resultarían difíciles de manejar en coches. Además, el coste actual de estos depósitos multiplica por diez el que sería competitivo en automóviles. almacenamiento como hidrógeno líquido: el hidrógeno se debe conservar en tanques criogénicos (-253ºc), lo que trae consigo problemas de seguridad. Además, la transferencia de calor, a través de las paredes del contenedor, produce una pérdida de hidrógeno por evaporación. La tecnología criogénica del hidrógeno no está tan extendida como lo está la del hidrógeno comprimido, pero ha alcanzado un alto nivel de madurez, y mantiene una cuota de mercado importante. almacenamiento en materiales sólidos: este tipo de materiales son muy atractivos debido a que mejoran la seguridad, poseen una alta densidad energética y una mejor eficiencia energética. Algunos hidruros metálicos almacenan, de una manera reversible, más hidrógeno por unidad de volumen que el hidrógeno líquido. La absorción ocurre por el contacto de la superficie del metal (la, ti, zr, mg,) con la molécula de hidrógeno, ésta se disocia y se dispersa intersticialmente dentro del metal (a cierta presión y temperatura). Cuando el mecanismo para almacenar y obtener hidrógeno en materiales sólidos es una reacción reversible, para referirse al material que soporta dicho hidrógeno se utiliza el término hidruros complejos, siendo el caso de los alanatos (alh4-). En cambio, cuando el mecanismo es una reacción química irreversible, en el mundo del almacenamiento del hidrógeno se refieren a los hidruros químicos, donde el calor liberado en la reacción puede ser capturado y usado; y el subproducto resultante no puede ser usado otra vez para almacenar hidrógeno sin un proceso químico de regeneración, siendo el caso del borohidruro sódico (también llamado tetrahidruroborato de sodio, nabh4). recientemente, se ha planteado la posibilidad de llevar a cabo el almacenamiento de hidrógeno en materiales adsorbentes de hidrógeno, lo que presentaría la ventaja de ser una forma más segura y sencilla de manejar el hidrógeno. Entre estas estructuras porosas podemos encontrar nanotubos de carbono, nanofibras de grafito, armazones metalo-orgánicos (mof), zeolitas, sin embargo, hoy por hoy, no son fáciles de conseguir y son sistemas que están en estudio. el borohidruro de sodio es, probablemente, el método más seguro para la liberación de hidrógeno de manera controlable, y representa un método alternativo para usar sistemas de almacenamiento sólido. nabh4 + 2 h2o nabo2 + 4 h2 + calor la generación de hidrógeno a partir de disoluciones alcalinas de nabh4 tiene ventajas muy atractivas: son disoluciones no inflamables, estables al aire durante meses (ph básico) y fáciles de transportar. podemos obtener hasta un 7.28 % de hidrógeno en peso, por lo que posee altas eficiencias de almacenamiento de hidrógeno, tanto gravimétrico como volumétrico. la generación de hidrógeno sólo ocurre en presencia de catalizadores seleccionados y puede ocurrir incluso a 0ºc. la velocidad de generación del hidrógeno es fácilmente controlable. el único subproducto en estado gaseoso es el vapor de agua y los otros subproductos pueden ser reciclados. las materias primas de partida son de bajo coste. es seguro para el medio ambiente. uno de los sistemas mejor conocidos para almacenar el hidrógeno químicamente es el llamado hydrogen on demandtm, y ha sido desarrollado por millenium cell. El desarrollo del proceso es el siguiente: el nabh4 en disolución acuosa alcalina es almacenado en un tanque, y convertido en hidrógeno cuando es requerido por el reactor. La producción de hidrógeno está controlada por el contacto entre la disolución de borohidruro y el catalizador dentro del reactor. El hidrógeno gas es separado a continuación del subproducto líquido, el metaborato. El hidrógeno tiene un alto porcentaje de humedad ya que el calor de la reacción convierte parte del agua líquida en vapor. La combinación del hidrógeno/vapor de agua es enviada a un intercambiador de calor para que regule la cantidad de humedad para un nivel elegido. Después el hidrógeno puro es enviado al módulo de la pila de combustible, donde también entra oxígeno, generándose energía eléctrica y se obtiene como residuo vapor de agua. Por otro lado, el metaborato sódico es descargado fuera del área para ser reciclado posteriormente. la segunda parte de esta tesis doctoral se centra, principalmente, en la investigación y desarrollo de catalizadores, necesarios para la obtención de hidrógeno a partir de disoluciones acuosas de borohidruro de sodio. Los requisitos básicos deseables para estos catalizadores son: que la liberación del hidrógeno se produzca de una manera rápida, que no se degraden, que su vida útil sea lo más larga posible, y que no sean excesivamente caros.
Datos académicos de la tesis doctoral «Síntesis y caracterización de complejos de palacio (ii) con ligandos (2-difenilfosfanil-benciliden)-anilina. investigación y desarrollo de un sistema para suministro de hidrógeno«
- Título de la tesis: Síntesis y caracterización de complejos de palacio (ii) con ligandos (2-difenilfosfanil-benciliden)-anilina. investigación y desarrollo de un sistema para suministro de hidrógeno
- Autor: Olga Del Campo González
- Universidad: Burgos
- Fecha de lectura de la tesis: 25/09/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- José Vicente Cuevas Vicario
- Tribunal
- Presidente del tribunal: tomás Torroba pérez
- gabriel Aullón lópez (vocal)
- José Antonio Mata martínez (vocal)
- José María Casas del pozo (vocal)