Ciencia

La crisis energética podría resolverse con cúrcuma con extracto clave para crear celdas de combustible más ecológicas

Las pilas de combustible son dispositivos que generan electricidad mediante una reacción química que no implica combustión. Se pueden emplear en una variedad de escalas y situaciones, desde alimentar dispositivos electrónicos portátiles hasta vehículos e incluso edificios completos. El combustible más común utilizado es el hidrógeno, lo que da como resultado una celda altamente eficiente que no produce gases de efecto invernadero como resultado de su operación. Sin embargo, la mayor parte de este elemento proviene del gas natural y otros combustibles fósiles, por lo que su extracción aumenta tanto el costo como el impacto ambiental de las celdas de combustible de hidrógeno. El hidrógeno utilizado en las pilas de combustible también se almacena como gas comprimido, lo que inherentemente hace que la contención y el transporte del combustible sean un desafío.

En su estudio, el físico profesor Apparao Rao del Instituto de Nanomateriales Clemson (CNI) en Carolina del Sur y sus colegas han centrado su atención en el potencial para reemplazar las celdas de combustible de hidrógeno con las que funcionan con etanol.

El etanol es un alcohol comúnmente derivado del maíz, la cebada, la caña de azúcar y otras materias primas agrícolas.

A diferencia del hidrógeno, existe como líquido en condiciones ambientales, lo que lo hace mucho más fácil y seguro de almacenar y transportar, pero viene con su propio conjunto particular de obstáculos que superar, en particular en torno a la elección del ánodo de la celda de combustible, el etanol es se oxida para producir electricidad y agua como subproducto.

El ingeniero de procesos Dr. Lakshman Ventrapragada, ex miembro del CNI, explicó: “Para convertirlo en un producto comercial en el que podamos llenar nuestros tanques con etanol, los electrodos deben ser altamente eficientes.

“Al mismo tiempo, no queremos electrodos muy caros o sustratos poliméricos sintéticos que no sean ecológicos porque eso anula todo el propósito.

“Queríamos buscar algo ecológico para el proceso de generación de celdas de combustible y hacer la celda de combustible en sí”.

Muchos diseños de celdas de combustible se basan en el platino como catalizador, pero este metal es costoso y puede volverse inerte por intermedios de reacción como el monóxido de carbono.

En cambio, los investigadores buscaron usar nanopartículas de oro. Por sí solas, estas partículas se aglomeran, reduciendo el área de superficie disponible para la reacción productora de energía y, por lo tanto, disminuyendo su eficiencia.

Sin embargo, esto se puede evitar cuando las nanopartículas se estabilizan mediante una red porosa de curcumina, una sustancia química de color amarillo brillante que se encuentra en la cúrcuma.

Además, el equipo descubrió que la mezcla de oro y cúrcuma podría depositarse en la superficie del electrodo de una celda de combustible a una corriente 100 veces menor que con las alternativas probadas anteriormente.

El profesor Rao dijo: «De todos los catalizadores para la oxidación de alcohol en medio alcalino, el que hemos preparado es el mejor hasta ahora».

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Según el Dr. Ventrapragada, sus hallazgos pueden tener implicaciones más allá de las celdas de combustible, con aplicaciones potenciales en el desarrollo de sensores, supercondensadores y más.

El Dr. Ventrapragada agregó: “En las etapas iniciales del proyecto, no imaginamos otras aplicaciones que la curcumina recubierta de oro pudiera soportar.

“Sin embargo, antes del final de los experimentos de oxidación del alcohol, estábamos bastante seguros de que otras aplicaciones son posibles.

«Aunque no tenemos una comprensión completa de lo que sucede a nivel atómico, sabemos con certeza que la curcumina está estabilizando las nanopartículas de oro de una manera que puede prestarse a otras aplicaciones».

Una aplicación que ya está siendo explorada por el equipo del profesor Rao es un sensor que podría ayudar a detectar cambios en los niveles del neurotransmisor dopamina, que se ha relacionado con afecciones como la enfermedad de Parkinson y el trastorno por déficit de atención con hiperactividad.

Los resultados preliminares han indicado que el diseño de su sensor se puede utilizar para medir con precisión los niveles de dopamina en muestras de orina de manera más económica que los enfoques existentes.

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista Nano Energy.

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