Fotosíntesis artíficial

A todos en la primaria o en la secundaria nos enseñaron el mecanismo de la fotosíntesis (Figura 1)

Figura 1. Proceso de fotosíntesis en las plantas, interviene el sol.

Figura 2. Reaction de fotosíntesis para producir azucar (energía en forma de un compuesto orgánico) que proviene del CO2 del ambiente y el agua que adsorbe la planta, la luz del sol es necesaria para llevar acabo el proceso

El proceso no es tán sencillo interviene muchos procesos bioquímicos (figura 2)

Figura 2. Proceso de fotosíntesis con reacciones bioquímicas expuestas.

Entonces para reproducir las reacciones de la fotosíntesis se necesita

1. Captar la energía del sol y trasmitirla efectivamente al sistema acuoso - organicos polares (SAOP)
2. Adsober el CO2 y que se disuelva en el SAOP
3. La energía que se captó del sol distribuirla para la reducción del CO2 y que se formen una serie de reacciones electroquímicas para formar protones de (iones hidronios) del agua y de otras moléculas orgánicas polares.
4. Tener eficiencias en  las reacciones aumentando la selectividad de los productos deseados; azúcar y O2 en principio
5. No producir contaminantes o subproductos no deseados

Por lo tanto hay muchos retos científicos y  tecnológicos que se están desarrollando actualmente. Uno de ellos es el desarrollo de fotocalizadores (Figura 3)

Figura 3. Los materiales fotocalizadores son materiales que captan y producen reacciones de reducción y oxidación  como en las que se llevan en la fotosíntesis. 

Otra vez un paso a la vez; luego hablaremos de los reactores para llevar a cabo la fotosíntesis artificial.

Es emocionantes, ¿no crees?

¿Tú que opinas?

¿La ciudad verde, es posible?

Una ciudad verde sería (Figura 1)

1. Cero emisiones de gases invernadero
2. Abasto de agua limpia y a su vez la usada totalmente regenerada
3. No uso de envolturas plásticas o bolsas de polietileno
4. Autosustentable en ropa, comida y diversión para no importar de otras ciudad y gastar combustible
5. Usar energía alternas; solar, eolica y otras.

Figura 1. Una ciudad verde es casi una utopía,,, casi.

Para comenzar sería muy bueno no tener emisiones de gases con efecto invernadero.

Una ciudad con cero emisión de gases con efecto invernadero (metano, dióxido de carbono,  óxidos de nitrógeno orgánicos volátiles, refrigerantes fluorocabonados y otros ), sería bastante deseable. Figura 2  presenta algunos de estos gases.

Figura 2.- Gases con efecto invernadero

 Los gases con efecto invernadero vienen de emisiones de actividades genereadas por los humanos (antropogénicas).
Digamos que la energía de una ciudad viene de quemar carbón para sus plantas generadoras de energía eléctrica, entonces tendríamos una gran emisión de dióxido de carbono. Figura 3 presenta el ciclo de carbono en una planta de energía eléctrica.

Figura 3 Planta de quema de carbón para generar energía eléctrica.

¡Todo ese CO2 generado va a la atmósfera! 

¿Ustedes creerían que una solución sería inyectar ese CO2 en la tierra? (Figura 4)

Figura 4. La captura del CO2 es posible

Esto si posible, Shenshua group de China, ya tiene una planta de quema de carbón y captura el CO2 en kilometros bajo la tierra (Figura 5).

Figura 5. La planta de quema de carbón en la ciudad de Chongqing captura el CO2 emitido.

¡¡Entonces si es posible que tengamos ciudades verdes!!
¿Tú que opinas?

Producir hidrógeno del agua con luz solar

El hidrogeno es un gas que se puede reaccionar con oxígeno (Figura 1) y dar una muy importante cantidad de energía hacia a los alrededores. es una reacción altamente exotérmica.

Figura 1.-La reacción del hidrógeno y el oxígeno produce una gran cantidad de energía hacia los alrededores y su producto es agua.

La reacción da 486 Joules/mol y esta energía se puede usar para calentar agua, (Figura 2) generar vapor de agua y mover una turbina termoeléctrica y generar electricidad.

Figura 2.-La molécula de hidrógeno (H2) y la de oxígeno (O2) deben disociarse para que reaccionen en forma de H y O y se lleve a cabo la reacción

Figura 3 La energía solar puede provocar ese "separación" de H2 y O2 del agua, usando un fotocalizador.

Del agua se puede obtener también el oxígeno y el hidrogeno, y para ello se requerie energía, la radiación solar tiene ese energía si se utiliza un fotocatizador. (Figura 3)

Un fotocatalizador es un material que tiene la capacidad de absorber la energía del sol y generar un par electrón hollo y que se brinque la banda de energía prohibida y esto proceso hace que el agua (H2O) pueda separarse en H2 y O2.

Un fotocalizador natural es el óxido de titanio (TiO2) pero se esta haciendo mucha investigación para producir mas cantidad (flujo) de hidrógeno ya que hasta la fecha solo poquitas burbujitas de hidrógeno (flujo muy bajo) se produce.

Figura 4.- Proceso de producir hidrógeno con energía solar y un fotocalizador (polvo) y en la izquierda superior el proceso de provocar el par electrón (e-) hollo (h+)

Figura 5.- Burbujas de hidrógeno del agua usando la fotocatilisis con energía solar.

Hay esperanza de producir el combustible de hidrógeno con materiales avanzados como los fotocalizadores y la radiación solar.

 Figura 6.- Energía por la combustión del hidrógeno y además usarlo como reactivo para productos químicos como fertilizantes y demás productos.

Tenemos una gran variedad de usos de la energía de la combustión del hidrógeno y muchos más usos. La humanidad tiene un futuro sustentable aquí mismo en la tierra.
¿Tú que piensas?

No usar automóviles

No usemos automóviles, no tendremos emisión de contaminante y gases con efecto invernadero.

La Figura 1 muestra una imagen clásica en nuestra vida los que vivimos en las ciudades.

Figura1. Trafico en las ciudades es igual a concentraciones de emisiones.

Un automóvil anualmente emite 4410 kg de CO2 y consume 1880 litros de combustible convencional, esto es gasolina. El efecto invernadero se reduciría si no usamos autos por un año (Figura 2)

Figura 2. Efecto invernadero

Entonces nos volveríamos una ciudad bicicletera (Figura 3). Haríamos ejercicio, sonreiremos, y tendremos muchos arboles por las ciudades para que nos den sombra y tendremos vías techadas para la lluvia.

Figura 3 Seremos una ciudad bicicletera.

Los autos electrónicos son una solución pero depende como se genere la corriente eléctrica, si es una termoeléctrica , se quema combustible para calentar el vapor y mover las turbinas, pero al menos esta concentrada la emisión y podría ser capturado el CO2 emitido (eso será otro blog).  Elon Musk el inovador de Tesla  Motors propone autos eléctricos actualmente comercialmente. La Figura 4 presenta estos aspectos.

Figura 4a Elon Musk inventor de PayPal y ahora de Tesla Motors

                        Figura 4 b Un auto eléctrico en carga de Tesla Motors

Figura 4 c.- Una termoeléctrica genera electricidad quemando combustible.

El mismo Elon Musk propone el transporte Hyperloop, un tren neumático entre Los Angeles y San Francisco. Para generar una presión de aire se requiere compresores de aire y estos consumen mucha electricidad, volvemos a las termoeléctricas y a la concentración de emisiones y estas deben ser reguladas. La Figura 5 presenta el tren de Hyperloop.

Fiugra 5. EL Hyoerloop dará solución de transporte sin contaminantes de Los Angeles a San Francisco. La contaminación estará en la fuente eléctrica que mueve a los compresores de aire.

¿Tu que piensas, no usarías tu auto por un año?

Concentradores solares

La radiación del sol nos da energía gratis, y podemos realizar procesos de transformación de la materia y/o aprovechamiento de la energía misma.
Prácticamente un concentador solar es un espejo concavo que concentra los rayos solares en un punto o una línea.

Fig. 1 Espejo concavo que funciona como concentrado solar 

Se puede calentar:
1.- Una flujo de agua y provocar un vapor y aprovechar la energía del vapor para otro proceso
2.- Una flujo de salmuera de tal manera que se pueda almacenar esa solución caliente y usarse de noche (Fig. 2).

Fig. 2 Planta de energía eléctrica solar.

3.- Un flujo de agua contaminada y mezclado con un fotocalizador y degradar cotaminante orgánicos provenientes de un proceso (Fig. 3)
4.- Inclusive se puede producir hidrógeno con la fotocatálisis solar (Fig. 4).

Fig. 2 Con la fotocatálisis solar se pude degradar contaminante orgánicos disueltos en agua.

Fig. 3 Inclusive se puede producir hidrógenos con la fotocatálisis solar

Los concentradores solares son espejos de alta tecnología y los materiales son de alto costo.

Fig. 4 Investigación y desarrollo de materiales para economizar en los concentradores solares.

Necesitamos comercializar los concentradores solares para que esto se produzcan en alta cantidad y se abaraten los precios de estos mismos y se intensifique la investigación y desarrollo de esta tecnología.
¿Tu que piensas?

Gas shale; debemos realizar un proceso sustentable

Varios países del mundo tiene en su fuentes de energéticos naturales el llamado gas shale. En Fig. 1 se puede observar que Norteamérica contiene una gran porcentaje de este energético natural.

Figura 1.- Zonas de revervas ed gas shale en el mundo

El proceso actual es la facturación hidráulica  (fracking en inglés), el cual consiste en perforar un pozo mas de 4 km de profundidad (pasando mantos acuiferos, sedimentos rocosos) hasta llegar al fuente de gas shale.

Figura 2.- Representación de pozos de gas shale. 

Luego se extiende la tubería horizontalmente donde se tiene las espreas para inyectar una mezcla de arena agua al 95% y el resto aditivos químicos.

De esa manera se fractura el estrato rocoso y por esas fracturas coalece el gas natural (gas shale). La mezcla de agua-arena y aditivos químicos regresa a la superficie (agua de retroceso).

Figura 3.- Agua de retroceso que se uso en el proceso de fracturación hidráulica en pozo de extracción de gas shale

Existen varios retos ambientales, algunos obvios y otros amenazantes.

1.- Son exorbitante las cantidades de agua (54.000 a 174.000 millones de litros de agua en una sola fractura) necesarias para el proceso y las regiones donde se encuentra el gas shale generalmente son zonas desérticas.

2.- El agua de retroceso debe ser tratada para reuso en el mismo proceso o en otro.

Figura 4.- Problemas ambientales en el proceso de facturación hidráulica

3.- Existen probabilidades que la mezcla de aditivos que se inyecta con el agua y arena lleguen a mantos acuíferos subterreaneos y/o superficiales (Fig. 4)

4.- Gas metano que se filtre entre a los mantos acuíferos y agua potable.

5.- Explosiones por gas de escape cerca del pozo.

La soluciones posibles son:

1.- No extraer el gas shale
2.- Cambiar de proceso en vez de agua utilizar otro fluido sustentable (gas o líquido)
3.- Usar aditivos biodegradables
4.- Controlar las concentraciones de contaminantes en todos los mantos acuíferos.
5.- Tratamiento de agua de aguas contaminadas identificadas con los análisis químicos.

Figura 5.- Análisis de aguas durante todas las etapas del proceso de facturación hidráulica, tratamientos de agua y personal capacitado que trabaje en los análisis químicos

Los industriales, empresas, inversonistas deben presupuestar la sustentabilidad (análisis, control y tratamiento de los contaminantes) en el proceso de facturación hidráulica para la extracción de gas shale.

¿Ustedes que piensan?

¿Es posible obtener energía del Cosmos?

¿Es posible obtener energía del Cosmos?

Figura 1.Nubelosa del Cangrejo

Nuestros amigos astrologos, chamanes y maestros de la energía nos dicen que el cosmos, el universo, las constelaciones, las estrellas rigen nuestro destino.  Mis respetos para la teorías alternativas. Lo cierto es  que en el Universo ocurren cambios energéticos muy pronunciados, como la nebulosa del cangrejo que fue vista durante la historia de la humanidad. La radiación electgromágnetica viaja años luz.

La prueba esta en nuestra estrella de nuestro sistema solar, recibimos la radiación durante el día y nos calienta la faz. 

Figura 2. El sol nos da energía para la vida.

Las radiaciones electromagnéticas de diferente frecuencia y energía ocurren sobre nuestro planeta, pero estamos protegidos por el campo electromagnético de la tierra, por su nucleo de hierro.

Figura 3. El campo electromagnético protege a la Tierra de otras radiaciones, que podrían dañar a la vida.

Pero, ¿Podríamos ir más allá del campo y recibir energía electromagnética del Universo, almacenarla, transferirla y usarla para el bien de la humanidad?