Proyectos de Investigación Básica o Aplicada en Ingenierías o Biomédicas, 2019-1
Rosa Rafaela Suyo Prieto; Estephany Milagros Apaza Ortiz; Magaly Roque Borda; Guillermina Luque .; Kattia Glenny Martinez Rivera; Carlos Adolfo Zevallos Rojas; Francisco Domingo Alejo Zapata; Marcela Roxana Huerta Alata
Objetivo
Evaluar una membrana de intercambio protónico obtenida a partir de copolímero de polianilina y estireno para su aplicación en una celda de combustible
Resumen:
En el presente proyecto de investigación se propone la síntesis de membranas de intercambio protónico a partir de una resina de éster acrílico y estireno para la aplicación en celdas de combustible. Las propiedades de las membranas serán estudiadas y modificadas mediante reacción de sulfonación y adición de dióxido de titanio. Para la caracterización de las membranas preparadas sean ensayos de absorción de agua, capacidad de intercambio iónico, estabilidad oxidativa y análisis térmico. Las membranas preparadas de cargaran con dióxido de titanio (TiO2), para evaluar su capacidad de intercambio iónico, capacidad de retención del agua y resistencia a la tracción. Considerando los resultados de la caracterización, se determinara la conductividad protónica de este tipo de membranas por el método de impedancia electroquímica bajo condiciones secas. Por lo anterior, se espera que las membranas sulfonadas – cargadas con TiO2 represente una alternativa de estudio avanzado para aplicaciones como membrana de intercambio protónico.
Palabras clave
Membrana de intercambio protónico, poliéster insaturado, celda de combustible, celda de combustible
Problema central
La generación de energía es uno de los grandes soportes para el desarrollo de la humanidad y el mejoramiento de la calidad de vida. En las últimas décadas se ha dado un aumento a nivel global de los requerimientos energéticos, como consecuencia han disminuido las reservas de petróleo y carbono obligando a la búsqueda de otras alternativas con el fin de satisfacer la demanda de energía. Cifras entregadas por la British Petroleum (2010) indican que el consumo de energía ha aumentado en más de 1 TW para cada uno de los recursos energéticos en poco más de 20 años. La cantidad de energía generada a través del petróleo a finales de la década de los ochenta fue de 3.8 TW y superó los 5 TW para 2005, el consumo de carbón pasó de 2.8 a 4 TW y el de gas natural de 2 a 3.4 TW, en este mismo periodo (Jiménez, 2011). Este aumento de la demanda energética se debe principalmente al crecimiento mundial de la población, al importante desarrollo de procesos industriales y al uso masivo del transporte. Si se sigue consumiendo energía al ritmo actual las reservas de estos recursos llegaran a su extinción, provocando problemas sociales y económicos. En 2010 se dio a conocer un informe sobre tendencias energéticas, emisiones de gas de efecto invernadero y energías alternativas, donde se pone en manifiesto la magnitud de la situación actual, se expresa que la producción en todos los yacimientos de petróleo existentes en el mundo está disminuyendo a un ritmo entre el 4,5 % y el 6,7 % al año, pero la producción mundial se ha mantenido estable por la explotación de nuevos pozos (Ballenilla, 2010). Las investigaciones actuales no solo se basan en optimizar los procesos existentes relacionados a los principales recursos energéticos sino también en el desarrollo de nuevas formas limpias y eficientes para generar energía. El ingenio humano está en la búsqueda de recursos energéticos primarios que permitan mantener el consumo per cápita a partir de fuentes renovables directas o derivadas del sol, como el viento, la hidráulica, la geotermia y la biomasa que al mismo tiempo disminuyan las emisiones de CO2 producidas por la quema de combustibles fósiles que generan problemas ambientales (Chinarro & Jurado, 2009). Métodos como la electrolisis, han sido desarrollados por considerarse como una de las mejores alternativas a los medios tradicionales. Las celdas de combustible con membranas de intercambio protónico (PEMFC) han creado un gran interés debido a las ventajas brindadas en aplicaciones de automóviles y equipos electrónicos. Además, suministran energía de forma limpia, ya que reduce sustancialmente la generación de CO2 por unidad de energía producida y elimina las emisiones de SO2 y NOx (Ramírez, 2004). En el Perú se ha iniciado trabajos de investigación con celdas de combustibles microbianas, no se ha reportado la síntesis o elaboración de membranas de intercambio protónico. En nuestro medio aún no se han hecho investigaciones al respecto, por lo que este proyecto de investigación, vendría a ser el comienzo de una etapa de trabajos de investigación al respecto.
Hipótesis planteada
Es posible la síntesis de un polímero de intercambio protónico y su aplicación en celdas de combustible
Resultados esperados
1. 02 Artículos científicos aceptados para publicación en revistas indizadas en la base Scopus o Web of Science
2. 02 Profesionales Capacitados (pasantías, cursos talleres, etc. con duración mayor a 24HH)
3. 02 Ponencias de los resultados intermedios o finales de la investigación presentadas en eventos científicos de nivel internacional
4. 03 Estudiantes o egresados UNSA titulados/graduados con la opción de Tesis formato artículos, con publicaciones en revistas indizadas en bases Scopus o Web of Science
Resultados propios de proyecto
1. Caracterizar las propiedades fisicoquímicas de la membrana de intercambio protónico, preparada a partir de copolímero de polianilina y estireno sulfonado y/o modificado con dióxido de titanio, para valorar el resultado de las modificaciones.
2. Evaluar la conductividad protónica de la membrana fabricada mediante la técnica de espectroscopia de impedancia electroquímica y su aplicación en celdas de combustible
Impactos esperados
Impacto Tecnológico: El desarrollo de estos nuevos materiales va a permitir el diseño y construcción de celdas de combustibles
Impacto social: Desarrollo de una cultura del uso eficiente de los recursos energéticos que no sean perjudiciales sino más bien amigable con el medio ambiente
Impacto ambiental: El uso masivo de celdas de combustible va a permitir la reducción de las emisiones gaseosas de los motores de combustión interna