Estudio y comprobación experimental de diversas transformaciones energéticas utilizando una pila de combustible

Dada la complejidad y la riqueza del concepto de energía, así como la imprecisión cometida al definirlo relacionándolo exclusivamente con transformaciones mecánicas, se abordará en esta ponencia una actividad experimental para contribuir, de forma estimulante para el alumno, a la comprensión de las transformaciones energéticas y su aplicación, al vincular la teoría con la práctica. Para ello se ha diseñado una experiencia donde se llevan a cabo diferentes transformaciones energéticas. En una primera etapa se producirá energía eléctrica a partir de energía solar mediante una célula fotovoltaica. La electricidad así producida se transformará en energía química (H2 + O2) mediante la hidrólisis del agua en un electrolizador. H2 y O2 pueden volver a combinarse en una pila de combustible tipo PEM (membrana de intercambio de protones) produciendo, cuando sea necesario, energía eléctrica que podrá transformarse en energía lumínica, en una lámpara, o en energía mecánica en un motor En el sistema descrito pueden realizarse un importante número de actividades experimentales [1] tales como: Caracterizar células solares, obtener las curvas características y la eficiencia de celdas electrolíticas y de pilas de combustible, comprobar la 1ª Ley de Faraday, experimentar con distintas conexiones (serie y paralelo) de pilas de combustible y estudiar la reacción 2H2 + O2 2H2O + Energía. El desarrollo de la práctica pone en relieve la utilización de dos tecnologías emergentes para la producción de energía: las células fotovoltaicas y las pilas de combustión, así como el empleo de la electrolisis del agua como medio de almacenar la energía producida en forma de energía química. La combinación adecuada de estas tres tecnologías dará lugar a sistemas autónomos de generación, almacenaje y utilización de energía, que permitirán aprovechar una energía renovable como la solar para suministrar energía eléctrica sostenible y limpia donde se requiera y en el momento adecuado. Las prácticas que se proponen se enmarcan dentro de las asignaturas Tecnología de Combustibles y Ampliación de Tecnología de Combustibles, asignaturas pertenecientes a la titulación de Ingeniero Técnico en Recursos Energéticos, Combustibles y Explosivos impartida en la Universidad Politécnica de Cartagena. Los descriptores del Plan de Estudios de la asignatura Tecnología de Combustibles tratan sobre la génesis, clasificación, producción de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos y los descriptores de la asignatura de Ampliación de Tecnología de Combustibles sobre las aplicaciones de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos, junto con otros temas relacionados con la seguridad e impacto ambiental en su aplicación. Al ser una práctica que engloba un amplio número de aspectos relacionados con la producción de energía y en especial con la utilización de H2 como combustible, se ajusta en gran medida a los descriptores de las asignaturas. Por otra parte, atendiendo el grado de conocimiento previo de los alumnos, es posible su adaptación a otras asignaturas que se encuentren dentro del ámbito científico-tecnológico. A continuación se presenta una de las posibles experiencias que pueden realizarse con el dispositivo pila de combustible. Inicialmente se describen los conceptos y dispositivos más importantes utilizados en el desarrollo de la misma. Posteriormente se procede a la descripción de la práctica y finalmente se propone una serie de ejercicios que los alumnos deben resolver a partir de los datos experimentales obtenidos

Toward Green Chemical Engineering

The chemicals industry and other related industries supply us with a huge variety of essential products to everyday living. However, these industries have the potential to seriously damage our environment. In the last decade, the scientific community has witnessed a growing interest in environmental issues and the value of environmentally friendly energy generation and chemical processes. The combination of chemical engineering tools with the findings of green chemists, biologists, and environmental scientists has allowed the design of new processes for the manufacture of chemicals, fuels, and products with a much reduced environmental footprint. Furthermore, the developed environmentally benign alternative technologies have been proven to be economically superior and function as well as or better than more toxic traditional optionsMinisterio de Ciencia e Innovación

Inmovilización enzimática mediante membranas poliméricas de inclusión basadas en líquidos iónicos

[ESP] Los líquidos iónicos presentan una gran utilidad como disolventes y también como medio de reacción, debido a que tienen una presión de vapor prácticamente nula y una alta estabilidad química, mecánica y térmica, lo que permite su reutilización. Se ha desarrollado un derivado enzimático inmovilizado en membranas poliméricas de inclusión basadas en líquidos iónicos para la síntesis de esteres. [ENG] Ionic liquids are very useful solvents as well as reaction medium due to their negligible vapor pressure and high chemical, mechanical and thermal stability, which allow the reuse. An immobilized enzyme derivative in polymeric membranes based on ionic liquids has been developed for the synthesis of esters.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

Aplicación de herramientas tecnológicas en el desarrollo de una investigación científica

[ESP] El desarrollo de métodos analíticos más adecuados en lo que respecta a rapidez y economía y el posterior tratamiento de los datos obtenidos, tienen una importancia clave en el progreso de una investigación; no solo para conseguir unas conclusiones claras sino también para transmitir de la forma más diáfana posible los objetivos conseguidos. Con este fin, se ha expuesto el desarrollo de un método cromatográfico y el tratamiento estadístico y gráfico, usando como software SPSS y Mathematica, de los datos obtenidos en un reactor discontinuo equipado con un catalizador biológico diseñado a partir de membranas de inclusión polimérica (PILM) basadas en líquidos iónicos. [ENG] Developing analytical methods in terms of time and economy and post-treatment of the obtained data have a key role in the progress of research; not only for conclusions but also to convey in the clearest possible way the objectives. Thus, the development of a chromatographic method and the statistical and graphical treatment of the data obtained in a batch reactor equipped with a biological catalyst designed from polymeric membranes including (PILM) based on ionic liquids has been exposed using SPSS and Mathematica software Keywords. Gas Chromatography, Ionic Liquid, Mathematica, PILM, SPSS.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

Inmovilización enzimática mediante membranas poliméricas de inclusión basadas en líquidos iónicos

[ESP] Los líquidos iónicos presentan una gran utilidad como disolventes y también como medio de reacción, debido a que tienen una presión de vapor prácticamente nula y una alta estabilidad química, mecánica y térmica, lo que permite su reutilización. Se ha desarrollado un derivado enzimático inmovilizado en membranas poliméricas de inclusión basadas en líquidos iónicos para la síntesis de esteres. [ENG] Ionic liquids are very useful solvents as well as reaction medium due to their negligible vapor pressure and high chemical, mechanical and thermal stability, which allow the reuse. An immobilized enzyme derivative in polymeric membranes based on ionic liquids has been developed for the synthesis of esters.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

Aplicación de nanotubos de Ti/TiO2 en pilas de combustible microbianas

[ESP] En este trabajo se han elaborado y caracterizado electrodos formados por nanotubos de Ti/TiO2 (TiNT) para su posterior uso como material catódico en pilas de combustible microbianas (MFCs). Su evaluación se llevó a cabo en sistemas de doble cámara separados por una membrana intercambiadora de protones basada en el líquido iónico cloruro de metiltrioctil amonio. El proceso se llevó a cabo en discontinuo, a 25ºC y como sustrato se usó agua residual de base oleica con una carga orgánica de 400mg.L-1. La eficiencia de los materiales desarrollados se midió en términos de eliminación de demanda química de oxígeno (CODR 70%) y potencia generada (12.13mW.m-3). [ENG] In this work, Ti/TiO2 nanotubes (TiNT) electrodes were prepared, characterized and applied as cathode electrodes in double chamber microbial fuel cells (MFCs). The anode used was carbon rod/graphite granules and the separator was a homogeneous proton exchange membrane based on methyltrioctylammonium chloride. Industrial wastewater from a production factory of paraffin oil with a chemical oxygen demand initial value of 400mg.L-1(COD) was used as substrate. The analysis was performed in batch mode at 25°C and the efficiency of the microbial fuel cells was assessed in terms of soluble organic matter removal (70%) and capability of power generation (12.13mW.m-3).Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

Evaluation of Ionic Liquids as In Situ Extraction Agents during the Alcoholic Fermentation of Carob Pod Extracts

Anhydrous ethanol is a promising alternative to gasoline in fuel engines. However, since ethanol forms an azeotrope with water, high-energy-consumption separation techniques such as azeotropic distillation, extractive distillation, and molecular sieves are needed to produce anhydrous ethanol. This work discusses the potential development of an integrated process for bioethanol production using ionic liquids and Ceratonia siliqua as a carbohydrate source for further fermentation of the aqueous extracts. A four-stage counter-current system was designed to improve the sugar extraction yield to values close to 99%. The alcoholic fermentation of the extracts showed ethanol concentrations of 95 g/L using the microorganism Saccharomyces cerevisae. The production of anhydrous ethanol through extractive distillation with ethylene glycol was simulated using CHEMCAD software, with an energy consumption of 13.23 MJ/Kg of anhydrous ethanol. Finally, several ionic liquids were analyzed and are proposed as potential solvents for the recovery of bioethanol for the design of an integrated extraction-fermentation-separation process, according to their ability to extract ethanol from aqueous solutions and their biocompatibility with the microorganism used in this study.This research was funded by the Fundación Séneca, grant number 20957/PI/18 and The Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) grant number RTI2018-099011-B-I00

Aplicación de la tecnología de pilas de combustible microbianas en depuración de aguas de origen urbano e industrial con producción simultánea de energía eléctrica

En el presente trabajo se ha estudiado la influencia de las pilas de combustible microbianas (MFCs), sobre la depuración de agua de distinta procedencia, con producción simultánea de energía. Se estudiaron valores para aguas procedentes de industrias como matadero, aceites industriales, de elaboración de zumo de limón y urbanas, con el objeto de comprobar si esta tecnología es una herramienta capaz de introducirse en los tratamientos convencionales de aguas residuales.Asociación de Jóvenes Investigadores de Cartagena, (AJICT). Universidad Politécnica de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT, (ETSII). Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronónica, (ETSIA), Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos, Canales, y Puertos y de Ingeniería de Minas, (EICM). Fundación Séneca, Agencia Regional de Ciencia y Tecnología. Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Grupo Aquilin

Membranas poliméricas de inclusión basadas en líquidos iónicos

Número de publicación: 2502069 Número de solicitud: 201330453La presente invención se refiere a una membrana polimérica de inclusión que comprende un polímero base, un agente de extracción y una agente plastificante donde el agente de extracción y el agente plastificante es un líquido iónico, la invención también se refiere al uso de dichas membranas en pilas de combustible microbianas, al uso de las mismas para la separación selectiva de mezclas de ácidos orgánicos, alcoholes y ésteres y al uso de las mismas como matrices de inmovilización de productos químicos, bioquímicos y/o biológicos.Universidad Politécnica de CartagenaUniversidad de Murci

Deep eutectic solvents for the extraction of fatty acids from microalgae biomass: Recovery of omega-3 eicosapentaenoic acid

Microalgae are a vast group of autotrophic microorganisms whose metabolic diversity makes them a natural source of valuable organic compounds such as lipids, carbohydrates, proteins, vitamins, and bioactive molecules. Several microalgae species contain notable amounts of polyunsaturated fatty acids, particularly eicosapentaenoic acid (EPA), which is an important alpha-linolenic acid derivative for human health. Conventional methods are considered effective at recovering total lipids from microalgae, however, they imply the use of large volumes of organic solvents such as methanol and chloroform, which are toxic and pose environmental risks. Thus, it is necessary to find new methods involving sustainable and green extracting phases. Deep eutectic solvents (DES) are renewable compounds often formed, but not exclusively, by quaternary ammonium salts and non-hydrated metal halides. Due to their availability, low cost, biodegradability, and environmental friendliness, DES are a promising alternative to organic solvents in extraction processes. This work assesses the efficiency of several DES phases for the extraction of fatty acids from the microalgae Nannochloropsis gaditana with a special interest in the recovery of EPA. The tested phases include mixtures containing choline chloride, lactic acid, ethylene glycol, and sodium acetate. Their performances were compared to those provided by conventional methods based on the use of organic solvents. Specifically, an in-situ transesterification process based on methanol with 10 %v/v of HCl was optimized in terms of temperature, time, and catalyst amount to be used as a reference. The results show that several of the tested eutectics such as choline chloride-ethylene glycol were capable of matching and even outperforming the best results obtained for EPA, with 104 % of extracted EPA methyl ester as the percentage of the mass obtained with HCl-methanol. The extraction capacity of DES was also improved by microalgae biomass pretreatment using ultrasonic and NaCl-based methods in a further stage. In the case of EPA extraction, and under optimal conditions, DES were capable of recovering over 18 % more quantity than the obtained with HCl-methanol. These results demonstrate that DES are effective at both recovering total fatty acids from pretreated biomass and at selectively recovering EPA using both unpretreated and pretreated biomass.The authors wish to acknowledge the financial support of the Ministry of Science, Innovation, and Universities (MICINN) ref. RTI2018-099011-B-I00 and the Seneca Foundation Science and Technology Agency of the Region of Murcia ref. 20957/PI/18. Dr. Sergio Sánchez Segado wishes to acknowledge The Ministry of Science, Innovation, and Universities of Spain its support through the “Beatriz Galindo” Fellowship BEAGAL18/00079