Curcumina para hacer pilas de combustible de etanol más eficientes

in StemSocial4 months ago
Hola queridos amigos de la comunidad científica de Hive.

Todos sabemos muy bien que el sistema energético mundial demanda de fuentes de energía confiables y que tengan muy poco o nulo impacto sobre el ambiente, y entre las tecnologías exploradas para proporcionar energía limpia y sostenible, se ha prestado mucho interés en las pilas de combustibles como medio para impulsar aplicaciones fijas y móviles; pero los problemas asociados a las pilas de combustible de hidrogeno, las primeras y más comunes de estas celdas, como la elevada inflamabilidad del gas y el hecho de que por ahora las principales fuentes de hidrogeno son los combustibles fósiles, han limitado la implementación de esta tecnología.

Sin embargo, muchos investigadores han centrado su interés en el etanol, como sustituto del hidrogeno en las pilas de combustible, ya que es más seguro y sustentable, aunque requiere el desarrollo de catalizadores más eficientes para su implementación a gran escala, y para lograr ello, un grupo de investigadores ha desarrollado un interesante método que incluye el uso del extracto de la cúrcuma.


Novedoso método utiliza curcumina para mejorar las pilas de combustible de hidrógeno. Fuente: imagen editada en powerpoint, la cúrcuma y la pila de combustible son imagenes de dominio público.

¿Qué es una pila de combustible de etanol?

Las pilas de combustible de etanol se consideran una sub categoría de las pilas de combustibles denominadas de membrana de intercambio de protones, en las cuales se convierte la energía química del etanol en energía eléctrica mediante la reacción de oxidación del etanol sobre la superficie de un catalizador.

El catalizador actúa como ánodo y sobre este se extrae el hidrogeno, el cual atraviesa una membrana de polímero sólido que actúa como electrolito, en el proceso se liberan electrones que viajan desde el ánodo hasta el cátodo, generando corriente eléctrica; luego, los protones que atraviesan el electrolito se encuentran en el cátodo con el oxidante, generando agua y dióxido de carbono como subproductos del proceso.


Diagrama de funcionamiento de una pila de etanol. Fuente: imagen elaborada en powerpoint.

Estas son las reacciones implicadas en el proceso:
Reacción en el ánodo:

rx1.png

Reacción en el cátodo:

rx2.png

Gracias a esta tecnología no es necesario almacenar hidrogeno producir energía, pero las reacción es muy lenta sin el catalizador apropiado, por lo que el reto es encontrar un catalizador anódico más activo y eficiente para la oxidación del etanol.

Curcumina para la oxidación más eficiente de etanol

Ahora bien, la curcumina es una de las sustancias presentes en la cúrcuma, un colorante y condimento natural muy utilizado en la cocina, siendo específicamente un diarilheptanoide, un fenol de origen natural con fórmula C21H20O6.


Estructura ceto de la curcumina. Fuente: Wikipedia.com.

Esta especia de cocina quizás nos pueda brindar pilas de combustible más seguras y eficientes, ya que un grupo de investigadores del Instituto de Nanomateriales de Clemson (CNI) y colaboradores del Instituto de Enseñanza Superior Sri Sathya Sai (SSSIHL) de la India descubrieron que al combinar esta sustancia con nanoparticulas de oro tenían un electrodo que es 100 veces más eficiente para la conversión de etanol en electricidad.

Las pilas de combustible convencionales utilizan platino como catalizador en el ánodo de la celda, pero el platino es envenenado por los productos de la reacción y además eleva el costo de la pila de combustible, por ello los investigadores se centraron en la optimización del ánodo de la celda, ya que es ahí donde se produce la oxidación del etanol.

Y para optimizar el ánodo, los investigadores emplearon nanoparticulas de oro, ya que poseen propiedades ideales para las reacciones catalíticas en muchas aplicaciones. Pero para ello, se requiere la síntesis de nanoparticulas altamente estables y ultrapequeñas, y estos investigadores, en lugar de utilizar marcos de metal-organicos, de polímeros u otro material complejo para depositar las nanoparticulas, utilizaron curcumina por su particular estructura.

Los investigadores presentaron en su trabajo una ruta de síntesis galvanostática para crear nanocompuestos de oro y curcumina, que básicamente consisten en nanoparticulas de oro menores a 2 nm envueltas por una red porosa de curcumina (AU-CM). En la investigación encontraron que para la deposición de las nanoparticulas en la superficie de un electrodo de carbón vitro emplearon una corriente eléctrica 100 veces menor que con otros catalizadores, y que sin el recubrimiento de curcumina, las nanopartículas de oro se aglomeran, reduciendo la superficie disponible para reacción de oxidación, obteniendo un rendimiento muy pobre. Los resultados de este trabajo fueron presentados en abril en la revista Nano Energy.

electrodeposicion oro curcuma.png
Esquema de electrodeposición de nanoparticulas de oro-curcumina (Au-CM) sobre la superficie del electrodo de carbón. Fuente: imagen elaborada en powerpoint.

Entre los resultados obtenidos también resalta que el nanocompuesto obtenido mostró una excelente estabilidad, fácil capacidad para la transferencia de electrones, y una actividad catalítica elevada para la electrooxidación de etanol y metanol en medio alcalino, características que fueron comparadas con los mejores catalizadores de oro-polímero.

Aunque la investigación aún está en fase inicial y se deben realizar más pruebas para ampliar el trabajo a escala industrial y construir pilas de combustibles para aplicaciones reales, la curcumina demostró que puede estabilizar y crear un medio poroso alrededor de las nanoparticulas de oro propiciando un excelente rendimiento en la oxidación de alcohol, lo que podría acercar la sustitución del hidrogeno de las pilas de combustibles, y producir pilas más eficientes para vehículos, edificios, dispositivos electrónicos y sistemas de energía, sin los peligros de almacenar hidrogeno y mediante etanol, un combustible que se puede obtener a partir de la fermentación de biomasa, haciendo más ecológico el proceso.


Bueno amigos, espero les haya gustado la información sobre este interesante uso de la curcumina para hacer más eficientes las pilas de combustible de etanol. ¡Hasta la próxima!


Referencias

Sai Prasad Nayak et al(2022). Green synthesis of a novel porous gold-curcumin nanocomposite for super-efficient alcohol oxidation; Nano Energy; Volume 94.

Wikipedia.org. Pila de combustible.

Wikipedia.org. Curcumina.


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Muchas gracias por el apoyo amigos!

Mucho interessante! Utilizar una raiz para combustivel! Como es la disponibilidad de la curcuma? Es suficiente pra la demanda mundial?
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Hola amigo, gracias por el apoyo. Realmente no se utilizaria como combustible, el extracto de la raiz se emplearía para mejorar la superficie del electrodo donde se produce la reacción, en ese sentido quizás si sea suficiente la disponibilidad de curcuma para esta aplicación.

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 3 months ago  

A ver si crean una pila de combustible buena para automóvil que no la tenga que cambiar cada 3 meses jjajajaja

saludos Emilio :)

Hola amigo Carlos, creo que hablas de la pila de la bomba de gasolina jajaja, sería muy bueno, aunque con una celda de etanol no haría falta jeje. Mis saludos amigo!!