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Automóviles alimentados con nanopartículas metálicas

26/01/2018

Los motores de combustión interna (MCI) dominan el mercado del transporte. La combustión o quema de combustibles fósiles en presencia de un oxidante (normalmente el aire) convierte la energía química de los enlaces moleculares en energía mecánica útil, pero también en gases de efecto invernadero (GEI) perjudiciales para el medio ambiente. Entre las muchas tecnologías ecológicas de movilidad que se vislumbran, se encuentran los vehículos propulsados por hidrógeno o por baterías de iones de litio. Por primera vez, y gracias a los fondos concedidos por la UE al proyecto Cometnano (Technologies for synthesis, recycling and combustion of metallic nanoclusters as future transportation fuels), se investigó el potencial de las nanopartículas metálicas —partículas de metales con un grosor quince mil veces inferior al de un cabello humano— para servir como combustible no contaminante en motores de combustión interna (MCI).

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Por primera vez se ha estudiado la utilización de una forma novedosa de metales como combustibles para motores de ccombustió interna.

En condiciones ideales, la combustión de los metales produce energía y óxidos metálicos sin otras emisiones nocivas. El consorcio del proyecto investigó las posibilidades teóricas de conseguir una combustión limpia acompañada del reciclado del combustible gastado a través de tecnologías renovables. Basándose en estudios de disponibilidad, toxicidad, precio de mercado y densidad de potencia, los científicos eligieron el hierro, el aluminio y el boro para seguir investigando.

Los resultados preliminares de las pruebas con simulaciones de motores han puesto de manifiesto las posibilidades que ofrece la combustión hierro-aire. Pese a que se constató que el aluminio tiene parámetros de combustión menos favorables y mayores impacto ambiental y costes de producción, los miembros del consorcio también estudiaron la combustión aluminio-aire debido a su gran interés científico.

Estudios exhaustivos ejecutados durante el proyecto se basaron en el mecanismo fundamental de la combustión de una nanopartícula de hierro. En Cometnano se crearon modelos de simulación a medida de la combustión de hierro con aire basados en datos experimentales que describen los principios fundamentales que rigen los procesos de flujo de dispersión, inyección y combustión.

Al mismo tiempo, los miembros del consorcio desarrollaron un proceso para enriquecer los residuos a base de hierro de las industrias del acero, logrando que puedan servir para sintetizar nanopartículas de hierro, y emplearon satisfactoriamente el procedimiento de síntesis en condiciones de laboratorio. Además, se ensayó como prueba de concepto un sistema innovador para la preparación de nanopartículas metálicas. En Cometnano también se evaluó el peligro potencial para la salud humana que pudiera derivarse de la exposición a nanopartículas.

El consorcio también demostró la tecnología necesaria para la recuperación del 100 % de las nanopartículas usadas utilizando filtros de partículas diésel sobradamente conocidos. Los estudios sobre toxicidad de las nanopartículas que emprendieron los socios del proyecto incluyeron estudios sobre escenarios de fallos parciales con respecto a la combustión así como la incorporación de sencillos módulos de seguridad a prueba de fallos. Los análisis de costes realizados indicaron que, si se cumplen ciertos requisitivos previos, los combustibles metálicos podrían ser competitivos frente a unos combustibles fósiles gravados conforme a sus emisiones de CO2, y también menos costosos que otros combustibles alternativos y ‘renovables’.

Cometnano ha logrado demostrar la viabilidad teórica del uso de nanopartículas metálicas como combustible en MCI. Sus resultados facilitan el camino para la futura investigación y desarrollo y podrían aportar considerables beneficios a las industrias automotriz y del metal, así como al medio ambiente.

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