Nanotecnología verde para mitigar el cambio climático

¿Se puede aplicar la nanotecnología para abordar el cambio climático? En cuestiones de medio ambiente, la investigación busca ir de la mano de las nuevas herramientas, como la tecnología, para ofrecer soluciones a problemas crecientes y que comprometen la vida humana tal y como se conoce a día de hoy.

El Grupo de Investigación de Ingeniería Química Verde y Nanotecnología de la Universidad de Murcia, tras más de dos décadas de trabajo desarrollando procesos benignos con el medio ambiente y nanotecnología aplicada a la biomedicina, así como la búsqueda de soluciones para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, se planteó la aplicación de esta nanotecnología en el abordaje del cambio climático. Así, colaborando con el Grupo de Investigación de Ingeniería de la Sostenibilidad, Didáctica de las Tecnologías e Ingeniería del Aprendizaje de la UMU y con grupos de investigación de las Universidades de Alicante, Tufts (USA) y Nothingham (UK), pusieron en marcha el proyecto 'Nanotecnología verde aplicada a la mitigación del cambio climático', financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y la Fundación Séneca.

El proyecto busca aprovechar las propiedades únicas de los materiales a escala nano para desarrollar soluciones innovadoras y eficientes en este ámbito. Algunas formas en que la nanotecnología puede contribuir incluyen la mejora de energías renovables mediante el uso de nanomateriales para aumentar la eficiencia de los paneles solares, la captura y utilización de dióxido de carbono, utilizando nanomateriales para adsorber CO2 de manera más efectiva o desarrollar formas de almacenamiento de energía. A través de estos avances, la nanotecnología puede desempeñar un papel crucial en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, mejorando la eficiencia energética y desarrollando nuevas formas de capturar y utilizar el carbono, contribuyendo así a la mitigación del cambio climático, tal y como indica la responsable del Grupo y catedrática del Departamento de Ingeniería Química de la UMU, Gloria Víllora Cano.

En un ámbito en el que se centran tantos proyectos como es la mitigación del cambio climático, esta investigación aporta una estrategia innovadora y dual mediante el uso de nanoestructuras y disolventes verdes como son los líquidos iónicos. En primer lugar, el Grupo propone una captura de energía solar más eficaz mediante el desarrollo de ionanofluidos avanzados para colectores solares, utilizando líquidos iónicos y nanomateriales basados en carbono (como el grafeno y óxido de grafeno) para mejorar la conductividad térmica y la eficacia de paneles solares. Además, ha diseñado una novedosa planta solar de tubos de vacío de alta temperatura para ser utilizada con ionanofluidos, que se encuentra en un alto nivel de madurez tecnológica y esperan que pueda ser comercializada en un futuro. En segundo lugar, se propone la captura y almacenamiento de carbono a través de la micro y nanoencapsulación de líquidos iónicos, que son disolventes verdes con alta capacidad de disolución, presiones de vapor insignificantes, y excelente estabilidad térmica y química, lo que los hace ideales para procesos de descarbonización y reciclaje.

«Este enfoque combinado no solo mejora la eficiencia energética, sino que también contribuye significativamente a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, complementando y potenciando las acciones internacionales existentes para mitigar el cambio climático», indica la investigadora.

En conjunto, estas acciones tienen como meta final reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la eficiencia energética, contribuyendo de manera significativa a la mitigación del cambio climático, consiguiendo una mejora significativa en la captura de energía solar y descarbonización mediante el uso de tecnologías avanzadas.

Las nanoestructuras y los líquidos iónicos (ILs) juegan roles distintos y complementarios en el logro de la meta de mitigar el cambio climático a través de la mejora de la captura de energía solar y la descarbonización. Los nanomateriales, como el grafeno y el óxido de grafeno, tienen propiedades tales como conductividades excepcionalmente altas, lo que mejora la eficiencia de transferencia de calor en los colectores solares y una gran área de superficie por unidad de volumen, lo que mejora la eficiencia en procesos absorción. Cuando se dispersan en líquidos iónicos, los nanomateriales mejoran las propiedades térmicas y ópticas del fluido, aumentando la eficiencia de captura de energía solar en la planta solar de tubos de vacío. En aplicaciones de captura de carbono, los líquidos iónicos se pueden encapsular para mejorar la captura y almacenamiento de CO2, aprovechando su capacidad de disolución y estabilidad para retener el carbono de manera eficiente.

La combinación de nanoestructuras con líquidos iónicos permite aprovechar las propiedades únicas de ambos, mejorando la eficiencia y sostenibilidad de estos procesos.

En la Región de Murcia, los ionanofluidos basados en líquidos iónicos y nanopartículas de grafeno aportan varias ventajas significativas en el contexto de la energía solar fotovoltaica y térmica. Por una parte, la mejora en colectores solares térmicos e híbridos, PVT; por otra, el novedoso uso de estos ionanofluidos en plantas de tubos de vacío permite operar a altas temperaturas, con lo que expande las aplicaciones posibles, como puede ser un uso industrial. La Región de Murcia, con su alta incidencia de radiación solar, se beneficia directamente de tecnologías que optimizan la captura y uso de esta energía.

La implementación de tecnologías avanzadas como los ionanofluidos puede contribuir a posicionar a la Región como líder en innovación energética, atrayendo inversiones y fomentando el desarrollo de nuevas industrias y empleos. «Además, al aumentar la eficiencia de los sistemas solares, se reduce la dependencia de fuentes de energía fósiles, contribuyendo a una disminución en las emisiones de gases de efecto invernadero», indica la investigadora.

Los ionanofluidos basados en líquidos iónicos y nanopartículas de grafeno también suponen un incremento de la competitividad energética, lo que hace que las regiones y países que adopten estas tecnologías puedan mejorar su competitividad en el mercado global de energías renovables, liderando la transición hacia fuentes de energía más limpias y eficientes. Los ionanofluidos pueden ofrecer mejoras en eficiencia energética, sostenibilidad ambiental, innovación tecnológica, reducción de costos energéticos, y una mayor competitividad y resiliencia en el sector energético a nivel global.

«Con esta investigación, el uso de líquidos iónicos como disolventes verdes en combinación con nanoestructuras puede lograr varios beneficios importantes en términos de sostenibilidad y reducción de sustancias nocivas en nuestro territorio, ya que, no solo mejora la eficiencia energética y la sostenibilidad ambiental, sino que también evita el uso de sustancias nocivas como los disolventes orgánicos volátiles, productos químicos tóxicos, y reduce la dependencia de combustibles fósiles, contribuyendo a un entorno más limpio y seguro en nuestro territorio», aporta Víllora.

En la fase actual del proyecto, se han ensayado ionanofluidos en dos plantas solares térmicas y en una planta híbrida térmica-fotovoltaica (PVT), mientras que la planta de tubos de vacío ya está instalada y se encuentra en fase de puesta a punto. En la parte de captura de dióxido de carbono, se han realizado ensayos de adsorción/desorción con diferentes nanopartículas de biopolímeros y líquidos iónicos. Los próximos pasos consistirán en finalizar la puesta a punto de la planta de tubos de vacío y realizar pruebas de eficiencia y rendimiento con ionanofluidos y continuar con los ensayos de adsorción-desorción para optimizar las combinaciones de biopolímeros y líquidos iónicos.

En las etapas finales, se procederá al escalado, validación y evaluación de los resultados, así como la realización de los ajustes necesarios para optimizar el rendimiento y la eficiencia de los materiales y procesos. Se espera que se alcancen grandes logros en ambas áreas dentro de los próximos 2 a 3 años, posicionando al proyecto como «un contribuyente significativo en la mitigación del cambio climático».

«Contar con el respaldo de la Fundación Séneca proporciona el respaldo económico necesario para llevar a cabo esta parte de nuestra investigación, lo que nos permite experimentar, adquirir equipos y cubrir otros gastos relacionados con el proyecto», señala la investigadora. Alude, además, a la validación de esta entidad de la calidad y relevancia de este trabajo, lo que también contribuye a mejorar su credibilidad frente los financiadores, colaboradores y la comunidad científica en general, así como el apoyo institucional y la visibilidad de este proyecto, captando la atención hacia su trabajo y haciendo que se difunda entre la comunidad científica, industria y público en general.

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