Mes: agosto 2022

Los ingenieros ambientales se están enfocando en la contaminación del transporte al mejorar la tecnología de baterías de vehículos eléctricos (EV). La industria de los vehículos eléctricos se está expandiendo a medida que más políticos con conciencia ecológica asumen el cargo. Por ejemplo, la administración Biden-Harris desarrolló un objetivo de reducción de emisiones al expandir las flotas públicas de vehículos eléctricos.

Los objetivos de expansión de EV preocupan a muchos ambientalistas que predicen problemas relacionados con los desechos sólidos municipales (MSW). Los ingenieros están trabajando para minimizar los RSU de las baterías de iones de litio mejorando la capacidad de las baterías de los automóviles eléctricos. Pueden disminuir la contaminación al expandir la vida útil de la batería del automóvil eléctrico e impulsar la industria.

Desafíos con la tecnología actual de baterías para vehículos eléctricos
El desafío ambiental más importante con los vehículos eléctricos son los materiales de sus baterías. La mayoría de los vehículos eléctricos dependen de baterías de iones de litio para almacenar electricidad y ampliar su alcance. Los ecologistas descubrieron diferentes formas de degradación ambiental asociadas con la extracción de litio y la fabricación de baterías.

Los residentes cerca del río Liqi descubrieron cadáveres de animales y peces muertos a lo largo de la orilla del río, lo que alertó a los profesionales de la minería de una fuga tóxica de la mina Ganzizhou Rongda. Los contaminantes del subsuelo pueden contaminar los ecosistemas locales que rodean las minas y dañar la biodiversidad.

La buena noticia es que las innovaciones están impulsando cambios que podrían mejorar la tecnología de las baterías de vehículos eléctricos. Aquí hay seis de ellos.

1. Baterías de tungsteno de litio NanoBolt
Los ingenieros ambientales están mejorando la duración de la batería de los autos eléctricos y los rangos de viaje mediante el avance de la tecnología de litio. Un equipo de ingenieros de vehículos eléctricos desarrolló baterías NanoBolt para reducir la demanda de carga y mejorar el almacenamiento de energía. Los profesionales desarrollaron la tecnología con tungsteno y nanotubos de carbono multicapa.

La estructura en forma de red de estas baterías expande la superficie a la que se adhieren los iones, lo que aumenta la velocidad de carga. Las baterías NanoBolt también almacenan más electricidad que las convencionales, lo que aumenta la autonomía de un vehículo eléctrico.

Los conductores también pueden mejorar la vida útil de la batería de su automóvil eléctrico al mantener sus vehículos eléctricos frescos. La gestión térmica puede ampliar significativamente la longevidad de una batería . Las personas pueden mantener sus vehículos frescos estacionándolos en garajes y evitando la luz solar directa prolongada.

2. Baterías de óxido de manganeso y zinc
Otro invento de la tecnología de baterías para vehículos eléctricos se basa en el óxido de manganeso de zinc. Los investigadores descubrieron las reacciones del óxido de manganeso y zinc dentro de las baterías convencionales e identificaron sus propiedades expansivas de almacenamiento . Los ingenieros encontraron una manera de optimizar la respuesta y aumentar la densidad de energía de las baterías de manera rentable.

La tecnología de baterías de automóviles EV también puede mejorar la industria al expandir las capacidades de almacenamiento de energía a gran escala. Algunas empresas planean aumentar la sostenibilidad del transporte alimentando estaciones de carga con energía renovable. Los profesionales pueden usar baterías de óxido de manganeso y zinc para almacenar cantidades significativas de electricidad libre de emisiones.

3. Baterías de electrolito de organosilicio
Otra opción que impulsa el cambio se basa en electrolitos de organosilicio. A algunos ecologistas les preocupa que las baterías de los vehículos eléctricos se incendien o exploten en los vehículos. Las preocupaciones ecológicas también se aplican a los procesos de descomposición de las baterías en los vertederos.

Las baterías de iones de litio liberan gas a través del proceso de descomposición del electrolito , lo que aumenta su inflamabilidad. Los ingenieros crearon solventes de organosilicio para la producción y eliminación segura de baterías. También pueden diseñar electrolitos para expandir el mercado de iones de litio.

4. Baterías de electrolito de gel de nanocables dorados
La batería de electrolito de gel de nanocables de oro es un avance prometedor. Los ingenieros ambientales están desafiando la inflamabilidad y la sostenibilidad del ciclo de vida de las baterías EV utilizando la nueva tecnología. Los electrolitos en gel pueden mejorar la seguridad de las baterías de vehículos eléctricos al proteger los nanocables de oro y el dióxido de manganeso.

El aditivo de gel extiende significativamente la vida útil de la batería. Las baterías de electrolito de gel de nanocables de oro superan las 100.000 cargas . El aumento de la vida útil de la batería del automóvil eléctrico con electrolitos en gel puede reducir los RSU de los vehículos eléctricos.

También protege los ecosistemas locales al mantener el litio fuera de los vertederos. La reducción de la contaminación de las baterías en los vertederos evita la escorrentía de aguas pluviales contaminadas. Ampliar la longevidad de las baterías de los vehículos eléctricos también reduce la demanda de minería de litio.

5. Baterías TankTwo String Cell
Los ingenieros ambientales también están impulsando la industria de los vehículos eléctricos al minimizar las barreras de carga. Los eco consumidores buscan vehículos eléctricos asequibles con grandes autonomías para satisfacer sus necesidades de transporte. Los ingenieros de TankTwo desarrollaron una tecnología de mejora de la batería para ampliar la capacidad de la batería del coche eléctrico.

La tecnología de la batería contiene una cadena de celdas pequeñas, organizadas e independientes. Cada celda tiene una carcasa de plástico cubierta con materiales conductores para promover procesos eficientes de transferencia de energía. La carga de las baterías de celdas de cadena TankTwo tarda menos de tres minutos .

Las tecnologías de carga TankTwo intercambian celdas en lugar de recargar las agotadas. Un sistema similar al vacío elimina las celdas descargadas y agrega otras nuevas a la cadena. La velocidad de carga rápida y la dependencia mínima de los iones de litio pueden mejorar el sector de los vehículos eléctricos.

6. Baterías de celdas de combustible de hidrógeno
Los ingenieros están desarrollando vehículos de pila de combustible para combatir las emisiones derivadas de la gasolina. Las pilas de combustible de hidrógeno son significativamente más eficientes que las baterías de iones de litio.

Las pilas de combustible son más ligeras que las baterías convencionales, lo que amplía la autonomía de un vehículo eléctrico. El hidrógeno alimenta las baterías de celdas de combustible durante todo el proceso de transporte. Los vehículos de pila de combustible también contienen paquetes de baterías de alto voltaje, que amplían su autonomía.

El avance de la batería a base de hidrógeno es más sostenible que otras baterías de automóviles y puede eliminar la dependencia de un vehículo de los combustibles fósiles. Algunos vehículos eléctricos producen emisiones indirectas de gases de efecto invernadero cuando utilizan fuentes de carga no sostenibles.

Alrededor del 63,3 % del suministro eléctrico mundial proviene de combustibles fósiles, y cargar un vehículo eléctrico con electricidad derivada de combustibles fósiles provoca emisiones indirectas. El hidrógeno solo emite agua mientras se cargan los vehículos con celdas de combustible.

Beneficios de expandir la vida útil de la batería del automóvil eléctrico
Los ingenieros medioambientales están ampliando la duración de la batería de los coches eléctricos para proteger el ecosistema global. El sector del transporte produce alrededor de una quinta parte de las emisiones de gases de efecto invernadero , y esta contaminación atmosférica promueve el cambio climático e interfiere con la estabilidad del ecosistema.

Las emisiones de los tubos de escape también afectan negativamente la salud y el bienestar de las personas. Los residentes en regiones con altas emisiones experimentan mayores riesgos de cáncer de pulmón , asma y otras afecciones respiratorias. También son más propensos a sufrir ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares.

Invertir en camiones eléctricos, vehículos de pasajeros, autobuses y otras formas de transporte puede mejorar significativamente las condiciones ambientales. Las personas pueden experimentar menos problemas de salud al reemplazar los automóviles que funcionan con gasolina por vehículos eléctricos. La sociedad también puede conservar la biodiversidad al reducir la contaminación del aire.

Otro beneficio de expandir la industria de los vehículos eléctricos y la duración de la batería es minimizar los RSU. El reciclaje de baterías de vehículos eléctricos y otros componentes de vehículos puede promover una economía circular, que se basa en bienes infinitamente reutilizables para cerrar la brecha entre la minería y la fabricación.

Aumentar la capacidad de la batería del automóvil eléctrico vale la pena
La principal preocupación con los vehículos eléctricos modernos es su baja tasa de reciclabilidad de la batería. Los ingenieros ambientales están mejorando los procesos de reciclaje de litio para minimizar el MWS y la escorrentía tóxica. Las personas pueden invertir en vehículos eléctricos hoy y acceder a opciones de fin de vida más sostenibles que los propietarios actuales.

La industria de los vehículos eléctricos se está expandiendo rápidamente y ofrece nuevas soluciones sostenibles, y los conductores pueden cambiar sus baterías de iones de litio por alternativas de bajo impacto para mejorar su sostenibilidad. La actualización de piezas de vehículos puede ayudar a las personas a lograr opciones de transporte de bajas emisiones.

Los investigadores han creado una forma barata, fácil y eficiente en energía para capturar el dióxido de carbono de las chimeneas.

Usaron un polímero económico llamado melamina, el principal componente de Formica.

El nuevo trabajo es un objetivo clave para los Estados Unidos y otras naciones en su intento de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

El proceso para sintetizar el material de melamina, publicado esta semana en la revista Science Advances , podría reducirse potencialmente para capturar las emisiones de los gases de escape de los vehículos u otras fuentes móviles de dióxido de carbono.

El dióxido de carbono de la quema de combustibles fósiles representa aproximadamente el 75% de todos los gases de efecto invernadero producidos en los EE. UU.

El nuevo material es fácil de fabricar y requiere principalmente polvo de melamina listo para usar, que hoy cuesta alrededor de $ 40 por tonelada, junto con formaldehído y ácido cianúrico, un químico que, entre otros usos, se agrega con cloro a las piscinas.

“Queríamos pensar en un material de captura de carbono que se derivara de fuentes que fueran realmente baratas y fáciles de conseguir. Entonces, decidimos comenzar con la melamina”, dice Jeffrey Reimer, profesor de la escuela de posgrado en el departamento de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de California, Berkeley, y uno de los autores correspondientes del artículo.

Manera más barata de capturar carbono
La llamada red porosa de melamina captura el dióxido de carbono con una eficiencia comparable a los primeros resultados de otro material relativamente reciente para la captura de carbono, estructuras orgánicas metálicas o MOF. Los investigadores crearon el primer MOF de captura de carbono de este tipo en 2015, y las versiones posteriores han demostrado ser aún más eficientes para eliminar el dióxido de carbono de los gases de combustión, como los de una central eléctrica de carbón.

Pero Haiyan Mao, becario postdoctoral de UC Berkeley y primer autor del artículo, dice que los materiales a base de melamina usan ingredientes mucho más baratos, son más fáciles de fabricar y son más eficientes energéticamente que la mayoría de los MOF. El bajo costo de la melamina porosa significa que el material podría implementarse ampliamente.

“En este estudio, nos enfocamos en el diseño de materiales más baratos para la captura y el almacenamiento y en dilucidar el mecanismo de interacción entre el CO2 y el material”, dice Mao.

“Este trabajo crea un método de industrialización general hacia la captura sostenible de CO2 utilizando redes porosas. Esperamos poder diseñar un accesorio futuro para capturar los gases de escape de los automóviles, o tal vez un accesorio para un edificio, o incluso un revestimiento en la superficie de los muebles”.

Si bien eliminar la quema de combustibles fósiles es esencial para detener el cambio climático, una importante estrategia provisional es capturar las emisiones de dióxido de carbono, el principal gas de efecto invernadero, y almacenar el gas bajo tierra o convertir el CO2 en productos utilizables. El Departamento de Energía de EE. UU. ya ha anunciado proyectos por un total de 3180 millones de dólares para impulsar tecnologías avanzadas y comercialmente escalables para la captura, utilización y secuestro de carbono (CCUS) a fin de alcanzar un ambicioso objetivo de eficiencia de captura de CO2 de gases de combustión del 90 %.

El objetivo final de EE. UU. es cero emisiones netas de carbono para 2050.

Pero la captura de carbono está lejos de ser comercialmente viable. Actualmente, la mejor técnica consiste en canalizar los gases de combustión a través de aminas líquidas, que se unen al CO2. Pero esto requiere grandes cantidades de energía para liberar el dióxido de carbono una vez que se une a las aminas, de modo que pueda concentrarse y almacenarse bajo tierra. La mezcla de aminas debe calentarse entre 120 y 150 grados Celsius (250-300 grados Fahrenheit) para regenerar el CO2.

Por el contrario, la red porosa de melamina con DETA y modificación con ácido cianúrico captura CO2 a unos 40 grados centígrados, ligeramente por encima de la temperatura ambiente, y lo libera a 80 grados centígrados, por debajo del punto de ebullición del agua. El ahorro de energía proviene de no tener que calentar la sustancia a altas temperaturas.

En su trabajo, los investigadores se centraron en el polímero común de melamina, que se utiliza no solo en la fórmica, sino también en vajillas y utensilios económicos, revestimientos industriales y otros plásticos. El tratamiento del polvo de melamina con formaldehído, que los investigadores hicieron en cantidades de kilogramos, crea poros a nanoescala en la melamina que los investigadores pensaron que absorbería el CO2.

Mao dice que las pruebas confirmaron que la melamina tratada con formaldehído absorbía un poco el CO2, pero la adsorción podría mejorarse mucho agregando otro químico que contiene amina, DETA (dietilentriamina), para unir el CO2. Posteriormente, ella y sus colegas descubrieron que agregar ácido cianúrico durante la reacción de polimerización aumentaba drásticamente el tamaño de los poros y mejoraba radicalmente la eficiencia de captura de CO2: casi todo el dióxido de carbono en una mezcla de gases de combustión simulada se absorbía en aproximadamente 3 minutos.

La adición de ácido cianúrico también permitió que el material se usara una y otra vez.

Mao y sus colegas realizaron estudios de resonancia magnética nuclear (RMN) de estado sólido para comprender cómo interactuaban el ácido cianúrico y el DETA para hacer que la captura de carbono fuera tan eficiente. Los estudios demostraron que el ácido cianúrico forma fuertes enlaces de hidrógeno con la red de melamina que ayuda a estabilizar el DETA, evitando que se filtre fuera de los poros de la melamina durante ciclos repetidos de captura y regeneración de carbono.

“Lo que Haiyan y sus colegas pudieron demostrar con estas técnicas elegantes es exactamente cómo se entremezclan estos grupos, cómo reacciona exactamente el CO2 con ellos y que, en presencia de este ácido cianúrico que abre los poros, ella puede activar y desactivar el CO2 en muchos ciclos. veces con una capacidad que es bastante buena”, dice Reimer.

“Y la velocidad a la que se adsorbe el CO2 es bastante rápida, en relación con otros materiales. Por lo tanto, se han cumplido todos los aspectos prácticos a escala de laboratorio de este material para la captura de CO2, y es increíblemente barato y fácil de fabricar”.

“Utilizando técnicas de resonancia magnética nuclear de estado sólido, dilucidamos sistemáticamente con detalles atómicos sin precedentes el mecanismo de reacción de las redes amorfas con el CO2”, dice Mao.

“Para la comunidad de energía y medio ambiente, este trabajo crea una familia de redes de estado sólido de alto rendimiento junto con una comprensión profunda de los mecanismos, pero también fomenta la evolución de la investigación de materiales porosos desde métodos de prueba y error hasta métodos racionales paso a paso. -Modulación a nivel atómico, paso a paso.

Los investigadores continúan ajustando el tamaño de los poros y los grupos de aminas para mejorar la eficiencia de captura de carbono de las redes porosas de melamina mientras mantienen la eficiencia energética. Esto implica el uso de una técnica llamada química combinatoria dinámica para variar las proporciones de los ingredientes para lograr una captura de CO2 efectiva, escalable, reciclable y de alta capacidad.