Resumen

Los combustibles fósiles son ampliamente utilizados en la industria automovilística, sin embargo, este es un recurso finito, costoso y ampliamente contaminante.
Es por esto por lo que surge la necesidad de sustituir este tipo de combustibles por otros qué sean más amigables con el medio ambiente y que, además, revolucione al sector; teniendo en cuenta esto, se propone una ruta más limpia, es decir, hacer uso del hidrógeno.
Para esto es necesario un método de producción y almacenaje qué brinde eficiencia y seguridad. Estudios realizados convierten a las nanopartículas de diferentes compuestos en parte esencial en el manejo y expulsión del Hidrógeno. Sin embargo, en este proyecto se llevó a cabo la síntesis de nanopartículas de silicio qué contiene poros en su estructura lo que lo convierte en un material mesoporoso, capaz de retener y manejar al hidrógeno de manera eficiente y segura.
Para promover la fluidez y producción del combustible será usado el método de fisisorción, pues es de los menos costosos, tiene un alto porcentaje de efectividad y cero impactos ambientales. Una vez que el producto sea llevado a la industria automovilística, utilizará el método de difusión para maximizar su aprovechamiento, por otro lado, se espera que sea capaz de sustituir a los combustibles fósiles, generando además ventajas de rendimiento, economizando en la producción y obtención de este.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Este proyecto busca emplear una alternativa de combustible, ya que el combinado fósil que comúnmente se usa, no es para nada amable con el medio ambiente y poco a poco se extinguen estos recursos. En este caso el combustible de hidrógeno sustituirá al combustible fósil, como el petróleo usado en la gasolina que sirve para el transporte.
La finalidad de este combustible es que sea menos costoso para el consumidor y además amigable con el ambiente.
Por lo tanto, es necesario obtener un material que sea capaz de absorber hidrógeno, siendo el Dióxido de Silicio, el utilizado para este propósito.

Antecedentes

El pensar en una manera diferente de tener una fuente alterna a los combustibles fósiles nos puede llevar a muchas variantes, opciones que puedan mejorar la producción de distintos materiales sin necesidad de utilizar el combustible fósil ya que es
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finito, esa fue nuestra primer problemática, partiendo de esa problemática nuestra idea de sustituir ese combustible, se enfocó en la sustitución de la gasolina para su uso en automóviles, para ello elaboramos un compuesto que almacena hidrogeno, este compuesto son las nanopartículas de dióxido de silicio, un material viable, ya que puede almacenar hidrogeno por su propiedades porosas, exploramos más compuestos basándonos en la nanociencia, muchos son buenos candidatos para el almacenamiento de hidrogeno, pero el mejor adaptable son las nanopartículas de silicio, ya que puede retener el hidrogeno de una manera eficiente y contener mayor cantidad en tan solo un gramo. La producción del combustible se puede realizar por distintos métodos, nuestro proyecto busca menos costos así que nos enfocamos en el método de menos costo.
Una solución para un almacenamiento eficiente es introducir el H2 dentro de una matriz sólida y luego extraerlo a ciertos valores de presión y temperatura establecidos (Gonzáles, 2018)
Partiendo de esta introducción buscaremos otra alternativa para disminuir el consumo de combustibles fósiles, llevando hacia el mercado un combustible que sustituya al combustible fósil en uso automovilístico, investigando nos percatamos que un buen sustituto de combustible para automóviles es el hidrogeno, sus propiedades son muy viables para el uso como combustible, pero en la evolución de combustibles y manejos no se ha logrado el almacenamiento del hidrogeno, ya que para tener un combustible que se use en automóviles se necesita de su almacenaje.
El dióxido de silicio es un recurso que se encuentra de muchas formas en el planeta, más abundante en la corteza de la tierra al tener dióxido de silicio a una escala nanométrica se puede llegar a ver un material mesoporoso que en este caso trabaja bien con el hidrógeno conservando un buen volumen de el en sus poros, almacenando alrededor de 90mL de Hidrógeno en un 1g de Dióxido de silicio, el aprovechamiento de este material permite que se pueda almacenar el hidrogeno de manera líquida para su uso como combustible, se han hecho pruebas para almacenar hidrógeno para su uso como combustible, aunque algunos pueden contenerlo, no se cumple con la normativa de un combustible.

Objetivo

Estudiar las nanopartículas de SiO2 y como pueden almacenar Hidrogeno, esto como una alternativa de combustible, siendo más amigable al ambiente a comparación de los combustibles fósiles.

Justificación

La aplicación que tiene el almacenaje y el mercado a quien vamos dirigidos es la industria automovilística, un combustible que no expulse gases contaminantes, este combustible sustituirá el combustible fósil y se usa por un proceso que se llama fisisorción.
Un material mesoporoso capaz de almacenar Hidrógeno llevaría a un cambio revolucionario en la historia del combustible, así como en los campos de la producción energética.
Para ello se necesita la obtención del material ya mencionado, el cual se le conoce como Dióxido de Silicio, las propiedades de este material son capaces de almacenar grandes unidades de hidrógeno.

Hipótesis

Es posible obtener un combustible elaborado a partir de nanopartículas de dióxido de silicio capaces de almacenar hidrógeno, capaz de sustituir al combustible fósil.

Método (materiales y procedimiento)

Para sintetizar las nanopartículas de dióxido de silicio se toma en cuenta el proceso de sol-gel este proceso es muy importante para sintetizar nanopartículas en general este proceso se usa para obtener un biomaterial con un determinado tamaño de poro. Después se almacena el Hidrogeno. A continuación, una imagen para representar el método y pasos a seguir para la síntesis del material.
Las propiedades del dióxido de silicio como un material no cristalino posee de poros que su tamaño aproximado de 4nm a 7nm puede ser utilizado para el almacenamiento de algún otro material con un determinado tamaño en cada poro y beneficios a la salud sus propiedades ayudan a la acumulación de tóxicos, además de que es un material abierto al medio ambiente. El dióxido de silicio es muy amigable con el ambiente ya que se encuentra en el ecosistema en las verduras.
Al lograr extraer el hidrogeno, también se necesita una forma de almacenarlo.

Hay métodos y formas para almacenar hidrógeno, se puede almacenar de manera líquida, la forma para que el hidrogeno se maneje de manera líquida, la electrolisis es un método para obtener el hidrógeno líquido. Mediante la electrólisis, el agua se descompone para formar hidrógeno y oxígeno. Realmente se trata de llevar a cabo el proceso inverso a la reacción de combustión de hidrógeno.
Al obtener el Hidrogeno de manera líquida se almacena en el dióxido de silicio, para que el hidrógeno se use como combustible se tiene que expulsar el del dióxido de silicio, buscaremos la manera para su almacenamiento en un tanque y de forma de combustible para su uso en automóviles. Consultando distintos artículos relacionados con el almacenamiento de Hidrogeno, pudimos notar que su almacenamiento para uso como un elemento contenido ha sido un total fracaso, ya que en casos específicos el almacenamiento de Hidrogeno a presiones altas generan una reacción de explosión, debido a sus propiedades el hidrogeno no se puede almacenar a una presión demasiado alta; al ver está problemática optamos por encontrar algún material que no reaccione con el Hidrogeno y que pueda almacenarlo, la investigación nos arrojó a tres tipos de materiales tales como:
Dióxido de Titanio y Dióxido de Silicio. Encontramos artículos con la ayuda de un asesor experto en la materia y comprobamos que el material más eficiente para nuestro proyecto es el SiO2, ya que tiene una estructura amorfa, capaz de almacenar el Hidrogeno, sin tener según tipo de reacción. El hidrógeno es la eterna promesa de los combustibles alternativos a aquellos fósiles y emisores de gases de efecto invernadero. A pesar de su enorme potencial, se trata de un combustible difícil de obtener, pues no se encuentra de forma aislada en la naturaleza, esto quiere decir que, aunque se encuentre el hidrogeno de manera natural, el proceso para obtenerlo es costoso o complicado para obtenerlo.
El hidrógeno es, en principio, la panacea de los combustibles alternativos: puede almacenarse en estado gaseoso o líquido y distribuirse a través de gasoductos, pudiendo ser un sustituto del gas natural, y no emite gases de efecto invernadero en su combustión.
El problema se encuentra en el coste y en la dificultad de producción. Para empezar, a pesar de ser uno de los elementos más abundantes de la Tierra, el hidrógeno no es fácil de obtener, pues no encontrarse de forma aislada en la naturaleza, sino que se genera a partir de otras sustancias que lo contienen, entre ellos el agua, el carbón y el gas natural. La forma ideal de producirlo sería obtenerlo directamente del agua –una sustancia presente en el 70% del planeta–, para lo cual sería necesario llevar a cabo un proceso denominado electrólisis, que consiste en la descomposición de las moléculas de agua (H2O), en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2). Sin embargo, generalmente es este un proceso costoso para el que se necesita mucha energía eléctrica -que en la mayoría de los casos no procede de fuentes renovables- para alimentar los electrolizadores.

Galería Método

Resultados

Con ayuda de artículos y prácticas proporcionadas por docentes de la institución fue posible obtener un desarrollo experimental aceptable para la obtención de nanopartículas de silicio, la experimentación por el método de sol-gel este proceso es muy importante para sintetizar
nanopartículas en general este proceso se usa para obtener un biomaterial con un determinado tamaño de poro.
Comparamos métodos de obtención en artículos relacionados a nuestro material en cuestión lo cual nos ayuda a tener en consideración un resultado parecido o semejantes a los artículos, estos artículos actualmente disponibles en la sección de referencias bibliográficas mencionan diferentes métodos de obtención del dióxido de silicio, o más específico obtener nanoparticulas del dióxido de silicio.
Los resultados que nos deben arrojar en un caso de una prueba de DRX para un material amorfo no es tan distintivo, pero se puede distinguir que un material amorfo no presenta muchos picos en esta prueba, esperamos que se presenten 3 picos que asocian el material amorfo basado en dióxido de silicio.
De acuerdo con los estudios de materiales mesoporosos y directamente relacionados al silicio fueron de gran importancia para la síntesis de las nanopartículas, siguiendo paso por paso el procedimiento que se nos presentó con ello llegamos a un resultado bastante bueno, obteniendo así 1.50g
de SiO2 aproximadamente, para posteriormente observar su composición.

Galería Resultados

Discusión

Se recomienda a los investigadores que consulten este artículo, así como los referenciados, para observar cómo se obtiene las nanopartículas de silicio y para los investigadores o integrantes que realizan este estudio de investigación; tomar en cuenta la caracterización del material para mostrar la porosidad del material y con ello la demostración de tamaño de
poro y tamaño de nanopartículas.
Consultar artículos que estudien la adsorción de hidrógeno, dependiendo de los tamaños de poros y la estructura del material, determinando así los mililitros que se pueden almacenar en una cierta medición del SiO2.

Conclusiones

La producción del combustible con base en hidrógeno y el contenedor del mismo,con base a lo investigado nuestros procedimientos para la producción del combustible base hidrógeno son menos costosos. El porcentaje de efectividad en nuestro combustible tiene una tasa muy alta según estudios investigados y analizados para este artículo, este documento explica que las nanopartículas de dióxido de silicio son parte esencial para el almacenamiento del hidrógeno y cómo puede ayudar a su fácil expulsión para su uso seguro. Algunas de las ventajas del combustible base hidrógeno genera un mayor rendimiento en los automóviles y ahorro de costos.

Bibliografía

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2- Dropbox.com. Recuperado el 12 de octubre de 2022, de
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3- Castaño a & Laura Rocío Giraldo-Torres) de: http://www.scielo.org.co/pdf/dyna/v87n215/2346-2183-dyna-87-215239.pdf
4- Función del hidrogeno en un automóvil como combustible. De:
https://www.abc.es/motor/reportajes/a
bcidesmontando mitos sobre coche
hidrogeno 201905060136_noticia.html
5- (García-Conde, 2010; Fernández-Bolaño, 2005).
6- Jesús Gabriel Rosas Juárez (Esquema de método de síntesis Sol-Gel) RESEARCHGATE de:
https://www.researchgate.net/figure/Figura-6-Esquema-de-la-sintesis-por-el-metodo-sol-gel Tomado-de-OviedoM2012_fig3_340998042
7- tecnología Sol-Gel – TEKNIKER. (s. f.). de: https://www.tekniker.es/es/tecnologia-sol-gel

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography