Proyectos de Investigación

Biomass-derived liquid transportation fuels have been proposed as part of the solution to mitigate climate change and many countries are providing incentives to support the growth of bioenergy utilization. Nevertheless, most biofuels currently are made from food-related sources and have a negative impact on food production. The development of cost-effective solutions to minimize carbon waste and inhibit biogenic effluent gas emissions in sustainable biofuel production processes is still at an early stage of development.
FLEXBY intends to go significantly boost this development by producing advanced biofuel through an innovative, cost-efficient process that will reach TRL5. At FLEXBY we will produce biofuel using biogenic waste from microalgae cultivated in domestic wastewater as well as the oily sludge from refineries. This residual biomass will undergo a microwave pyrolysis treatment to produce three different fractions: bio-liquid, pyro-gas, and bio-char. The bio-liquid fraction will be converted to jet, diesel, and marine bio-fuels (heavy transport biofuels) through a versatile and innovative Hydrogen-free Hydrodeoxygenation. The gaseous fraction will be converted to bio-hydrogen through a steam-reforming water gas-shift process (WGS) and preferential CO oxidation (PrOx). Both liquid and gaseous biofuel will be tested and validated in fuel cells to produce electricity, along with an evaluation of their respective suitability for the transport sector. FLEXBY promotes a circular economy by recycling biomass residues and all sub-products obtained during the project. The combined expertise of the industrially-driven consortium (formed by 1 LE, 4 SMEs, 2 universities, 1 non-profit association, and 2 RTOs) from 5 different countries will be able to achieve these objectives. In terms of impact, FLEXBY will increase the use of advanced biofuels in the heavy transport sector, mitigating climate impact in key areas of the global economy

https://cordis.europa.eu/project/id/101144144

Los materiales con luminiscencia persistente (PersL) son capaces de almacenar energía óptica en defectos estructurales que actúan como trampas y generar luz mucho después de que desaparezca la fuente de excitación, i.e. en el afterglow, lo que permite introducir el tiempo como un elemento de diseño más en nuevas soluciones de iluminación. A pesar de las ventajas asociadas a la reducción de tamaño, las propiedades de los nanomateriales persistentes distan mucho de las de sus homólogos másicos. PHLOW busca encontrar nuevas formas de controlar la PersL mediante el diseño del entorno óptico de los emisores, un camino inexplorado hasta hoy. Para ello, se propone procesar láminas delgadas transparentes con PersL para su integración en arquitecturas fotónicas con el fin de optimizar el proceso de carga y mejorar la cantidad de luz emitida durante el afterglow. Es relevante destacar que los procesos de almacenamiento de carga y emisión compiten entre sí. Es decir, a medida que las trampas se llenan, también se vacían parcialmente en un proceso dinámico. Sin embargo, no existe ninguna estrategia diseñada específicamente para alterar el proceso de carga o aumentar el nivel de ocupación de las trampas. Al mismo tiempo, la tasa de desexcitación radiativa de una transición depende del entorno óptico a través de la densidad local de estados ópticos. Por este motivo, se espera que el diseño óptico tenga un impacto, además de sobre el mecanismo de outcoupling, sobre el proceso intrínseco de generación de luz, lo que debe permitir alterar el equilibrio de población de trampas, afectando a la cinética de carga y a la intensidad de la PersL. Así, se plantea como objetivo general el estudio del impacto que los cambios en el entorno óptico producen en los procesos de almacenamiento de energía y emisión de luz persistente para señalar el potencial del diseño óptico como herramienta para controlar la PersL en láminas delgadas transparentes. Este enfoque, naturalmente interdisciplinario, tendrá un profundo impacto científico, ya que nunca se ha explorado la fotónica para controlar los mecanismos de carga y emisión que determinan la PersL, pero también tecnológico, ya que permite el desarrollo de fuentes de luz dependientes del tiempo para impulsar conversores de color más versátiles, etiquetas inteligentes, recubrimientos novedosos para la lucha contra la falsificación o el almacenamiento óptico de datos.

Actualmente, el número de lesiones musculoesqueléticas que requieren el reemplazo de tejido óseo y cartilaginoso está aumentando drásticamente. Estas condiciones, denominadas defectos osteocondrales (OCD), se derivan de diferentes enfermedades. La Comisión Lancet estimó que únicamente en 2020, más de 500 millones de personas se han visto afectadas por la osteoartritis, con un coste médico asociado entre el 1 % y el 2,5 % del producto interno bruto en países con alto nivel de vida.La mayoría de los tratamientos aplicados para el OCD solo se dirigen al tejido cartilaginoso, por lo que actualmente se está investigando el uso de implantes bifásicos para tratar simultáneamente ambos tejidos. Estos implantes están formados por una sección rígida que sustituye al tejido óseo subcondral y una sección blanda que imita el cartílago. En este proyecto se propone la novedosa fabricación de implantes bifásicos personalizados para el tratamiento del OCD en regiones articulares. El uso de la impresión 3D-Direct Ink Writing (DIW) para ambos tejidos permitirá una fabricación a medida completa del implante. Por un lado, se optimizará la impresión de una aleación de β-Ti para obtener una pieza 3D con equilibrio biomecánico y biofuncional mejorado, según la experiencia previa de nuestro grupo en la fabricación de implantes a base de Ti por diferentes metodologías. Esta tecnología permite el control de la porosidad del objeto cuya optimización, junto con el uso de la aleación de β-Ti, conducirá a un sustituto óseo con un módulo de Young cercano al tejido óseo huésped, reduciendo el problema de estrés sin comprometer el rendimiento mecánico.La impresora DIW utilizada incluirá dos depósitos, para imprimir simultáneamente dos tintas diferentes y un eje rotatorio para la impresión en la parte superior de la superficie curva del implante. Además, la inclusión de un composite a base de quitosano con vidrios bioactivos en la sección metálica potenciará la osteointegración y reducirá la proliferación bacteriana debido a la actividad antimicrobiana. Las piezas impresas más prometedoras se evaluarán in vitro, utilizando hOB, e in vivo en conejos blancos de Nueva Zelanda. Los resultados obtenidos con la aleación β-Ti impresa se compararán con los obtenidos a partir de sustratos de Ti comercialmente puro y diferentes aleaciones de Ti preparados previamente por el grupo de investigación con la técnica space-holder para seleccionar el sustituto óseo con mejores prestaciones. Por otro lado, se optimizará un biomaterial del tipo Red de Polímeros Interpenetrados (IPN), para generar un hidrogel con las propiedades para ser impreso y funcionar como el tejido del cartílago. Esta IPN contendrá 2 materiales poliméricos diferentes. El principal con carácter antibiofouling, (demostrad en equipo), y un crosslinker de carbohidratos hidrofílicos (mejora biocompatibilidad). El segundo polímero es ácido hialurónico reticulado con
una diamina hidrofílica derivada de azúcar (mejorara adhesión/proliferación condrocitos). Se evaluará la proporción componentes y porosidad obtenida con la estrategia de impresión para mantener el comportamiento antibiofouling pero ofreciendo el desempeño requerido en términos de viscoelasticidad y resistencia que mimetizan el cartílago. Además, se evaluará in vitro su comportamiento celular
y génico. Así, el implante bifásico final se fabricará utilizando los sustitutos de tejidos más prometedores y se probará in vivo en conejos blancos NZ.

El objetivo principal del proyecto HIPERTES es el desarrollo de un nuevo concepto de almacenamiento termoquímico de energía de alta temperatura basado en un sistema híbrido de carbonatos y sales fundidas en un único reactor. El subproyecto 2 se centra principalmente en los aspectos relacionados con el desarrollo de materiales adecuados a estas nuevas condiciones de operación, así como a la optimización de las mismas y el estudio del comportamiento de los materiales durante los ciclos termoquímicos.

Si bien existen soluciones basadas en el uso de aditivos sólidos para intentar mejorar la ciclabilidad y el rendimiento de procesos termoquímicos basados en reacciones de carbonatación/calcinación, estas soluciones tienen un límite, pues siempre se observa un decaimiento de la actividad con el número de ciclos que se hace más evidente a manera que aumenta el número de éstos. En este proyecto se propone una solución novedosa basada en sistemas híbridos de carbonatos con sales fundidas. Las sales aportaran un incremento de la reactividad tanto de calcinación como de carbonatación, mejorando sobre todo las cinéticas de los procesos difusivos.

Así, se espera que las sales aporten (i) cinéticas rápidas de calcinación y carbonatación para que los procesos de carga y descarga sean lo más rápidos posibles y (ii) alta estabilidad multicíclica evitando los procesos de desactivación por sinterizado y bloqueo de poros. Se proponen dos tipos de sistemas, uno basado en pellets porosos que se impregnarían con las sales y otro basado en baños de sales fundidas donde se dispersarían las partículas de carbonato. Para la primera solución se usarán técnicas de peletizado que permitan obtener pellets porosos a partir de suspensiones acuosas de partículas de carbonatos tanto minerales como sintéticas. Los pellets obtenidos se impregnarán con sales de alta temperatura. En la segunda solución, se seleccionarán mezclas de sales de alta estabilidad térmica en las que se dispersarán partículas o pellets de carbonatos. Para la preparación de los pellets porosos se usarán técnicas de “freeze granulation” que permiten obtener pellets porosos y estables a partir de suspensiones de partículas. Todos los materiales preparados se caracterizarán en cuanto a sus propiedades termofísicas y a su comportamiento multicíclico. Se establecerán las condiciones óptimas de funcionamiento, así como los rangos máximos de trabajo. Estos resultados se usarán como parámetros para el subproyecto 1.

El subproyecto 2 cuenta con la participación de un equipo multidisciplinar con experiencia en química, reactividad de sólidos, cinética heterogénea, física y ciencia de materiales para completar los objetivos propuestos. Tienen experiencia y solvencia avalada en la ejecución de proyectos nacionales e internacionales, además de proyectos industriales, en el campo del diseño y caracterización de materiales para el almacenamiento de energía térmica.

The PHOTOSINT project presents solutions to the challenges chemical industries are facing in integrating renewable energy sources into their processes. The project will deliver sustainable processes to produce hydrogen and methanol as energy vectors using only sunlight as an energy source and wastewater and CO2 as feedstocks, making the industries more auto-sufficient. The pathway is based on solar-driven artificial photosynthesis, and aims to develop new catalytic earth-abundant materials and modifications of existing ones to improve catalytic processes. Design parameters of the PEC cell will be tuned to maximize solar to fuel (STF) efficiency. Moreover to improve the conversion for industrial implementation, PHOTOSINT will develop a novel way to concentrate and illuminate the semiconductor surface to maximize overall energy efficiency. Perovskite solar PV cells will be integrated to harvest the light to supply the external electrical voltage.

PHOTOSINT is an ambitious project due to precedents in research conducted to date and the low production rate of the desired products. For integrating sunlight energy into the industry, the catalyst will be studied, and then the best one/s will be implemented in prototypes. The obtained results will be used for making scale-up in pilots with tandem PEC cells. These steps are necessary to assess the industrial scale-up feasibility, promoting the increased competitiveness of renewable process energy technologies and energy independence. MeOH and H2 will be tested in engines. Also, an HTPEM fuel cell will be used for electricity generation, and hydrogen will be tested as an alternative fuel for energy generation instead natural gas in melting furnaces avoiding CO2 emissions.

https://www.redleonardo.es/beneficiario/gabriel-s-lozano-barbero/

 

El desarrollo de las sociedades está ligado a su capacidad para generar luz artificial, desde las antorchas hasta los omnipresentes diodos emisores de luz (LED) actuales. Los materiales con luminiscencia persistente (PersL) son capaces de almacenar energía óptica en defectos estructurales y generar luz mucho después de que desaparezca la fuente de excitación, lo que los convierte en baterías de luz. Son, por ejemplo, los que se utilizan para las señales de emergencia, que se iluminan en la oscuridad; o los que se emplean para los adhesivos fluorescentes que se colocan en el paredes y techo a modo de decoración. Desde hace unos años estos materiales se pueden crear en la nanoescala, mucho más pequeños. A pesar de las ventajas asociadas a la reducción de tamaño, las propiedades de los nanomateriales persistentes distan mucho de las de sus homólogos másicos empleados en señalización u ornamentación. Esta propuesta persigue integrar nanomateriales con PersL en láminas delgadas transparentes y caracterizar de forma precisa la cinética de carga y la cantidad de luz emitida durante el afterglow en función del entorno óptico de los recubrimientos. Nunca se ha explorado la fotónica para controlar los mecanismos de carga y emisión que determinan la PersL, lo que puede tener un impacto en el desarrollo de conversores de color más versátiles, etiquetas inteligentes, elementos contra la falsificación o el almacenamiento óptico de datos.

La caracterización fotofísica avanzada ha demostrado ser una herramienta clave en el estudio de las propiedades optoelectrónicas de las perovskitas de metal-haluro. Durante la última década, las medidas de emisión y absorción resueltas en el tiempo han revelado la fotofísica única de este material y han contribuido a explicar tanto su excelente rendimiento en dispositivos fotovoltaicos y emisores de luz como sus principales limitaciones, como la inestabilidad del material. En consecuencia, esta caracterización se ha utilizado como una guía para la fabricación de materiales más allá de los enfoques basado en prueba y error, y han contribuido a convertir las perovskitas en la tecnología fotovoltaica de más rápido crecimiento en la actualidad. En este sentido, la caracterización óptica avanzada se empleará en el presente subproyecto (ESPER2) para llevar los dispositivos fotovoltaicos de evaporación térmica un paso más cerca del rendimiento óptimo en términos de eficiencia y estabilidad. Se realizará una combinación de caracterización óptica en estado estacionario y resuelta en tiempo en films y dispositivos de perovskita para comprender los factores que afectan a su rendimiento: la presencia de defectos en la red cristalina (y los medios para evitarlos a través de cambios en la composición y agentes pasivantes), la transferencia de carga desde la perovksita a las capas transportadoras adyacentes y la presencia de procesos fotoinducidos (como degradación y fotoactivación), así como la posibilidad de utilizar estos últimos como medio para mejorar las propiedades optoelectrónicas del material. Más allá de extraer información crítica sobre la recombinación y el transporte de carga, se llevará a cabo un diseño óptico para optimizar la recolección de luz dentro del dispositivo que emplee los materiales de mejor rendimiento. La caracterización propuesta ayudará a acercar una tecnología susceptible de ser utilizada para la producción en masa, como la deposición al vacío, a las demandas del mercado en términos de eficiencia y durabilidad.

El reto de la energía solar. A lo largo de la historia, las mejoras más significativas de la humanidad han estado ligadas a la revolución industrial (RI). Hoy en día, estamos inmersos en la 4ª RI "La era digitalmente disruptiva" donde Europa se encuentra en una transición hacia la neutralidad climática y el liderazgo digital.1 La Industria 5.0 pretende posicionar la investigación y la innovación al servicio de la transición hacia una industria europea sostenible, centrada en el ser humano y resiliente.2 Las tecnologías químicas solares alterarán radicalmente los modelos actuales de producción industrial y de transformación y almacenamiento de energía. Sin embargo, la escala necesaria está a la vista pero aún no se ha alcanzado debido a la falta de tecnologías disponibles de alto rendimiento y bajo coste. SolarChem 5.0 pretende contribuir a la 5ª RI, sentando las bases de la sinergia entre la transición ecológica y digital en el marco de la Química Solar a través de:

"El desarrollo de una tecnología innovadora de Química Solar Digital, para convertir los recursos y contaminantes abundantes en la Tierra en combustibles y productos químicos, llenando el vacío existente entre las tecnologías sostenibles y escalables impulsadas por la energía solar"

Para alcanzar este ambicioso objetivo y teniendo en cuenta la complejidad y la duración del proyecto nuestra estrategia se basa en el diseño de un consorcio interdisciplinar formado por cuatro subproyectos (SP) que incluyen grupos de investigación punteros en disciplinas complementarias como: Química, Ciencia de Materiales, Biocatálisis, Fotoelectroquímica, Inteligencia Artificial (IA), Tecnologías Solares y Caracterización Avanzada. Cada SP incorpora un equipo multidisciplinar compuesto por más de un equipo de investigación de diferentes instituciones de investigación, universidades y/o instalaciones singulares.

Este subproyecto dedicado a fotorreactores (SP3) se concentrará en el diseño conceptual y desarrollo de un reactor solar fotoelectroquímico (PEC) para la selección de la configuración más adecuada para la reacción y el funcionamiento del colector solar. Las actividades de investigación de este SP3 se desarrollarán en el WP5 y serán gestionadas por investigadores de dos instituciones diferentes: PSA-CIEMAT (líder del SP3) e ICMSE-CSIC. La Plataforma Solar de Almería (PSA) es una Gran Instalación Científica Europea y una Infraestructura Científica y Técnica Singular de España (ICTS) con un amplio historial en el diseño, construcción e implementación de reactores solares para reacciones fotoquímicas, junto con instalaciones destacadas. El equipo de la PSA-CIEMAT cuenta también con una amplia experiencia en el uso de programas de trazado de rayos como TONATIUH y SOLTRACE para la caracterización optoenergética de sistemas de concentración solar. Asimismo, dispone de un conjunto de herramientas de simulación solar térmica de desarrollo propio validadas en las diferentes plantas piloto solares de baja y media temperatura disponibles en la PSA. Además, el equipo ICMSE-CSIC participará en el desarrollo de la célula PEC y en la integración de los electrodos.

DropEner tiene como objetivo el desarrollo de paneles de lluvia, es decir, recolectores de energía proveniente de gotas que, basados en el principio del nanogenerador triboeléctrico (TENG), funcionan en condiciones exteriores y pueden fabricarse a través de tecnologías escalables y de alto rendimiento. El proyecto demostrará la aplicación de un concepto innovador patentado recientemente por el grupo Nanotecnología en Superficies y Plasma (CSIC-US), “Tixel”, sobre la recolección de energía cinética proveniente de gotas de líquido en contacto instantáneo con una superficie triboeléctrica integrada en una arquitectura de tipo condensador. Por lo tanto, el principal objetivo es desarrollar un panel de recolección de energía basado en el primer TENG de arquitecturas nano y microestructuradas capaces de generar alta densidad de potencia mediante la implementación de matrices de nanogeneradores triboeléctricos en la microescala, donde cada generador produzca cientos de microvatios de potencia cuando una gota de lluvia con alta velocidad y alta energía golpee su superficie. La potencia de salida total sería equivalente a la suma de la potencia producida por los generadores individuales y podría alcanzar potencialmente cientos de vatios por metro cuadrado cuando se fabrique una matriz de alta densidad bien diseñada. Además, en un paso más allá en el estado del arte para la explotación de captadores de energía de contacto entre sólido-líquido, DropEner persigue el desarrollo de Tixels duraderos y transparentes totalmente compatibles con celdas solares, incluidas las tecnologías de Silicio y de Tercera Generación (como celdas solares de colorantes y celdas solares de perovskita). Los avances esperados abarcan aspectos como el desarrollo de superficies con super-mojabilidad, la explotación de rutas de producción escalables y procesado de materiales, la fabricación de recolectores de energía de gotas transparentes, la prueba de concepto de diseños novedosos de nanogeneradores triboeléctricos y la gestión de energía en sistemas multifuente de recolección de energía intermitente. 

Siguiendo las indicaciones de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (UNSDG), es obligatorio tomar acción al respecto buscando alternativas de energía limpia y asequible (objetivo 7) para favorecer ciudades y comunidades sostenibles (objetivo 11) mientras se mitiga el cambio climático. cambio (objetivo 13). De hecho, Horizon Europe da prioridad a las tecnologías bajas y cero emisiones de carbono como objetivos clave para la próxima generación de Europa. Sobre la base de estas premisas, la biomasa, y en particular los residuos de biomasa, representan un prometedor sustituto de los combustibles fósiles y una excelente materia prima para la fabricación de combustibles bajos en carbono. Durante su breve ciclo de vida, todo el carbono de la biomasa proviene de la atmósfera y el suelo y se libera al medio ambiente cuando se quema. Por lo tanto, la biomasa se considera un combustible neutro en carbono. Además, los combustibles derivados de biomasa son hidrocarburos de alta densidad energética que son ideales para vehículos de aviación, marítimos y pesados, a diferencia de las baterías y los dispositivos electroquímicos, que son adecuados para aplicaciones más ligeras y, por lo tanto, complementarios de los biocombustibles. En pocas palabras, no podemos hacer volar un avión con baterías durante largas distancias, pero podemos alimentarlo con biocombustibles sostenibles. Por lo tanto, los biocombustibles de biomasa están destinados a desempeñar un papel clave en la descarbonización del sector del transporte. Además, ofrecer una segunda vida a los biorresiduos es crucial para algunas comunidades (es decir, la agricultura y el sector agrícola) cuyos horizontes de mercado pueden expandirse convirtiendo un "residuo" problemático en "precursores de biocombustibles" rentables. En este sentido, SMART-FTS trae conceptos disruptivos sobre la producción de biocombustibles a partir de bio-syngas para impulsar la descarbonización del transporte en armonía con la estrategia de economía circular.

STORMING desarrollará reactores estructurados innovadores calentados con electricidad renovable, para convertir CH4 fósil en H2 libre de CO2 y en nanomateriales de carbono de alto valor para aplicaciones de baterías. Más específicamente, se desarrollarán catalizadores innovadores basados en Fe, altamente activos y fácilmente regenerables mediante procesos que no generen residuos, a través de un protocolo de diseño racional de catalizadores, que combina estudios teóricos (Teoría del Funcional de la Densidad y Cálculos de Dinámica Molecular) y experimentales (cluster), todos de ellos asistidos por caracterización in situ y operando y herramientas de Machine Learning. La electrificación (con calentamiento por microondas o por efecto joule) de reactores estructurados, diseñados por fluidodinámica computacional y preparados mediante impresión 3D, permitirá un control térmico preciso que dará como resultado una alta eficiencia energética. El proyecto validará, en un nivel 5 de TRL, la tecnología catalítica más prometedora (elegida con criterios tecnológicos, económicos y ambientales) para producir H2 con eficiencia energética (> 60 %), cero emisiones netas y con un coste hasta un 10 % menor al del proceso convencional. La difusión y comunicación de los resultados impulsará la aceptación social de las tecnologías relacionadas con el H2 y la participación de las partes interesadas en la explotación y el despliegue de procesos a corto plazo. La clave para alcanzar los desafiantes objetivos de STORMING es el muy alto grado de complementariedad e interdisciplinaridad de los grupos que forman el consorcio, donde las ciencias básicas y aplicadas se fusionan con la ingeniería, la informática y las ciencias sociales. El Grupo del ICMS implicado llevará a cabo el desarrollo del catalizador desde la preparación de los catalizadores en polvo hasta su washcoating sobre soportes estructurados. CSIC participa como miembro del consorcio, participando la Universidad de Sevilla como entidad asociada.

https://cordis.europa.eu/project/id/101069690

Storming - Unión Europea

Storming - ICMS

La pulverización catódica (magnetron sputtering-MS) es una metodología de deposición física desde fase vapor (PVD) muy usada para la fabricación de películas delgadas y recubrimientos. En la técnica MS se emplean comúnmente mezclas de Ar ó Ar/N2-O2 (MS reactivo) como gas de proceso que se ionizará en una descarga para crear el plasma adecuado y pulverizar el material del blanco. El grupo NanoMatMicro ha sido pionero en la introducción de plasmas de helio en la tecnología de pulverización catódica. Aunque la tasa de deposición puede bajar, demostramos la formación en condiciones controladas de nanoporosidad y/o gas atrapado (nanoburbujas de He y N2) en las películas producidas. En particular las láminas sólidas que contienen nanoporos llenos de gas tienen características únicas: permiten atrapar una gran cantidad de gas en un estado condensado con alta estabilidad y proporcionan una ruta para modificar las propiedades del material preparado. La técnica MS es fácil de escalar y mucho más barata que las tecnologías alternativas basadas en la implantación de iones de alta energía. Sobre esta base, proponemos seguir desarrollando una metodología bottom-up innovadora y versátil para fabricar películas delgadas (Si, C, otros metaloides y metales) que promueva la porosidad abierta o, por el contrario, permita estabilizar las "nanoburbujas" atrapadas del gas de proceso (He , Ne, N2, H2 y sus isótopos).

La metodología se investigará principalmente para fabricar blancos sólidos y estándares del gas atrapado para estudios de reacciones nucleares. Nuestro trabajo permitirá que los gases ligeros y sus isótopos estén disponibles en un estado condensado y en un formato fácil de manejar sin necesidad de celdas de alta presión o dispositivos criogénicos. Junto con una red de investigadores colaboradores de las áreas de Física Nuclear y Astrofísica, nuestro objetivo es llevar esta aplicación desde la prueba de concepto hasta los experimentos finales en grandes instalaciones. También cabe mencionar que el control del proceso desde estructuras con gas atrapado a nanoporosas permitirá estudiar aplicaciones adicionales en el proyecto como dispositivos ópticos, emisores de luz UV o recubrimientos catalíticos. El proyecto incluye el diseño y control de proceso en nuestras cámaras de MS para trabajar con los diferentes gases ligeros aquí propuestos. Se seguirán implementando metodologías de bajo consumo para isótopos escasos (por ejemplo, 3He). El objetivo final es implementar una configuración mejorada de MS y desarrollar la metodología bottom-up propuesta en términos de combinaciones de matriz y gas, mezclas de gases, variedad de soportes y diseños autosoportados o multicapa que permitan las aplicaciones innovadoras.

Una tarea importante es también determinar el mecanismo de crecimiento de las láminas. La caracterización del plasma durante el proceso de deposición y el uso de la herramienta de simulación SRIM pueden contribuir en gran medida a una mejor comprensión y control de los procesos de crecimiento. Para comprender la microestructura, composición y propiedades físico-químicas de los nuevos materiales, se llevará a cabo una caracterización química y microestructural en la nanoescala con una variedad de técnicas. Destacan las microscopías electrónicas (TEM y SEM) que incluyen la espectroscopia de pérdida de energía de electrones y las técnicas de análisis por haz de iones para la determinación de la composición elemental en profundidad.

Los avances recientes en nanomateriales y técnicas de procesado están conduciendo al desarrollo de nanodispositivos de elevada miniaturización y nuevas funcionalidades en el campo de los dispositivos electrónicos flexibles. El proyecto aborda el desarrollo de nueva generación de materiales dieléctricos en forma de láminas delgadas de espesor nanométrico mediante tecnología de plasma teniendo como meta final la fabricación de transistores orgánicos flexibles de elevadas prestaciones. La metodología de deposición por plasma propuesta es una técnica pionera desarrollada en nuestro laboratorio que permite regular de manera controlada las propiedades dieléctricas y la interacción con líquidos de estos recubrimientos, así como su deposición conformal sobre nanoestructuras de elevada relación de aspecto como son nanohilos y nanotubos de uso en electrónica molecular. La técnica de plasma propuesta es completamente compatible con los procesos actualmente empleados a nivel industrial en la fabricación de microdispositivos y nanocomponentes electrónicos. Estas ventajas y los resultados previos de la técnica de plasma propuesta en el desarrollo de materiales fotónicos y sensores avalan la viabilidad del proyecto. Como resultados PlasmaDielec se establecerá las bases para el desarrollo de nuevos procedimientos y una nueva generación de materiales dieléctricos de para el futuro desarrollo de la electrónica flexible.

El objetivo principal de esta propuesta es desarrollar materiales de carbono a medida para aplicaciones relacionadas con tecnologías energéticas y medioambientales, con un enfoque en tres aplicaciones principales: almacenamiento de energía, soportes de catalizador en pilas de combustible y electrolizadores y el almacenamiento y captura de gas, especialmente hidrógeno y dióxido de carbono. Proponemos producir estos materiales mediante pirólisis de desecho de biomasa y otros residuos orgánicos. El uso de biomasa como precursor en la síntesis de materiales tiene interés dada su abundancia y bajo costo, y presenta una oportunidad para convertir los residuos de la industria agroalimentaria local en un producto de alto valor añadido.

BioMatStor desarrolla I + D en diferentes niveles de aplicación: fundamental para la caracterización y fabricación de la ciencia de los materiales, y ciencia aplicada para el modelado y caracterización de sistemas de almacenamiento de energía. Este proyecto combina ciencia de materiales e ingeniería energética con el objetivo de obtener materiales de alto rendimiento para una amplia gama de aplicaciones en la producción y almacenamiento de energía. Proponemos un enfoque multidisciplinar que tiene su base en la excelencia científica, responde a los desafíos sociales y puede resultar en una transferencia de tecnología significativa a la industria. Este proyecto también aborda los objetivos socio-estratégicos de Horizonte 2020, ya que tiene como objetivo contribuir a la mejora de nuestro entorno a través de la ciencia avanzada y la investigación multidisciplinar, y está totalmente alineado con los objetivos y políticas de la Unión Europea, Horizon2020, SET Plan y los objetivos RIS3 de la región de Andalucía.

El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de catalizadores heteroestructurados basados en óxidos semiconductores altamente eficientes (Nb2O5, WO3, TiO2 y Fe2O3) y g-C3N4, con control a nivel de la nanoescala, y potencial aplicación en la reacción de fotoreformado de alcoholes para la producción de H2.  Así mismo, se pretende estudiar la optimización del proceso catalítico mediante una aproximación multi-catalítica, mediante la combinación de termocatálisis y fotocatálisis. La producción fotocatalítica de H2 una reacción de gran interés desde el punto de vista energético mediante el uso de una tecnología limpia y sostenible como la fotocatálisis. En este proyecto se pretende el desarrollo de sistemas altamente eficientes para la producción de hidrógeno. Se prestará especial atención al diseño de heteroestructuras que permitan la optimización del proceso fotoinducido. De igual modo se incidirá en el uso de co-catalizadores alternativos a los tradicionales metales nobles; sistemas basados en metales de transición (Cu, Co, Ni), así como estructuras bimetálicas con metales nobles formado aleaciones o core-shell. Junto al proceso fotocatalítico en fase líquida, se estudiará la viabilidad de un proceso de fotoreformado en fase gas, basándonos en recientes estudios que ponen de manifiesto el efecto sinérgico de una aproximación foto-termo catalítica en estos procesos. De esta forma esta propuesta pretende abordar de forma ambiciosa el aumento de la eficiencia del proceso fotocatalítico a fin de poder plantear esta tecnología a mayor escala. En este sentido, además de los estudios de optimización de los catalizadores y del proceso fotocatalítico, se afrontará como algo primordial su escalado a planta solar piloto. 

El desarrollo de los nanomateriales y materiales funcionales, así como sus aplicaciones nanotecnológicas, vienen determinados por las capacidades actuales para la caracterización de la microestructura, la composición y las propiedades de los materiales en la nano-escala. El proyecto propone potenciar una investigación de frontera en la caracterización microestructural de materiales. Se integrarán las técnicas nanoscópicas y espectroscópicas, ligadas a la microscopía electrónica (sonda de electrones), con las técnicas asociadas a las sondas de fotones (rayos-X) y de haces de iones (técnicas IBA en general). La caracterización se asociará a materiales funcionales seleccionados de alto interés actual en la temática de recubrimientos y láminas delgadas en las que el equipo de trabajo es experto.

Será objetivo central el desarrollo y aplicación de manera integrada de las técnicas disponibles con múltiples sondas, tanto en el ICMS, como en otros centros de las Universidades de Sevilla (CITIUS, CNA) y Cádiz (servicios centrales). Igualmente a través de colaboraciones y solicitudes de medidas se tendrá acceso a otras instalaciones internacionales.

En el proyecto se dispondrá de materiales seleccionados en dos tecnologías emergentes: i) Láminas delgadas y recubrimientos nanoporosos que estabilizan gases a ultra-alta densidad y presión. ii) Catalizadores para los procesos de almacenamiento y generación de hidrógeno en líquidos orgánicos portadores de hidrógeno (LOHCs). La caracterización avanzada que se propone contribuirá a la comprensión fundamental de las relaciones síntesis-microestructura-propiedades con el objetivo de alcanzar un diseño racional de nuevos materiales funcionales en las líneas seleccionadas. El proyecto incide directamente en las tecnologías facilitadoras o emergentes como son “la nanotecnología” y “los materiales avanzados”. Incide también en los retos sociales y objetivos RIS3 de Andalucía en relación al almacenamiento de energías renovables.

España es uno de los países europeos con mayor irradiación solar media y lider mundial en implantación de Energía Solar Concentrada (CSP). Una ventaja de la tecnología CSP es su capacidad de almacenar energía térmica y usarla cuando no hay irradiación. La plantas CSP de última generación incluyen sistemas de almacenamiento en sales fundidas (calor sensible) que pesentan limitaciones: temperatura máxima limitada por degradación térmica, almacenaje a alta temperatura para evitar solidificación, corrosión y coste. En nuestro proyecto CTQ2017 se investigó el almacenamiento termoquímico mediante reacciones de calcinación/carbonatación, proceso calcium-lopping (CaL), usando caliza natural, que es abundante, barata, no corrosiva y permite operar a alta temperatura aumentando la eficiencia de conversión termoeléctrica. Su densidad energética (~1 MWhr/m3) es superior al de las sales (0.25-0.40 MWhr/m3). Un problema del CaL para almacenamiento termoquímico es la desactivación del CaO con el número de ciclos. En nuestro proyecto CTQ2017 se propusieron diversas estrategias de mejora con las que se consiguieron rendimientos muy altos incluso después de muchos ciclos: (i) cambio de condiciones de calcinación-carbonatación (reducción de la temperatura de calcinación e incrementar la de carbonatación para mejorar el rendimiento tanto del proceso como de la planta) y (ii) propuesta de otros carbonatos diferentes de la caliza, uso de aditivos, uso de residuos (escorias) y materiales sintéticos de bajo coste. Estos resultados de laboratorio son de extraordinario interés para su aplicación a plantas de CSP, pero para su transferencia se requiere de validación en entorno relevante. En este proyecto se propone escalar los resultados de laboratorio mediante ensayos en planta piloto, el desarrollo y ensayo de un nuevo calcinador solar, así como la evaluación de la viabilidad técnico-económica de la tecnología a escala industrial. En este proyecto se desarrollará una prueba de concepto de un novedoso reactor/intercambiador de calor de tipo ciclón basado en energía solar. La radiación solar concentrada alcanzará el calcinador solar tipo ciclón mediante un sistema beam-down (concentrador solar secundario) desde el campo solar, formado por 14 heliostatos con una superficie total de 30 m2 de la planta piloto construida en el marco del proyecto H2020 SOCRATCES, en el que han participado la mayor parte de los miembros del equipo de investigación del proyecto coordinado. El estudio y desarrollo de esta prueba de concepto permitirá establecer la viabilidad del diseño y demostrar su interés a empresas del sector energético y del cemento de cara a una futura integración de energía solar, en busca de una reducción de costes y emisiones de CO2. Se parte de estudios a nivel de concepto desarrollados en el proyecto CTQ2017 con nivel de madurez tecnológica TRL 4, y se estima que se avanzará hasta niveles TRL 5-6. Se realizará un análisis de la viabilidad económica de la implantación de los nuevos conceptos propuestos en el marco del proyecto CTQ2017 y se elaborará un plan de transferencia. Este plan recogerá las acciones a llevar a cabo para favorecer una transferencia efectiva al sector industrial. Además, dado el potencial de patentabilidad de la tecnología objeto del proyecto, una vez probada en escala relevante (prueba de concepto), se desarrollará un plan de explotación y protección de derechos intelectuales.

El presente proyecto forma parte del proyecto coordinado ENERCATH2 que pretende integrar una estrategia que involucra múltiples reacciones para la producción y uso de hidrogeno verde a partir de la biomasa. El objetivo último es contribuir al desarrollo de tecnologías energéticas sostenibles que sustituyan a las actuales, derivadas de las fuentes fósiles. Específicamente, el proyecto del ICMS se centra en el uso del ácido fórmico como vector energético de hidrógeno, dado que es un compuesto químico líquido con una alta densidad gravimétrica de energía, que puede ser almacenado, transportado y manipulado de manera segura usando la infraestructura existente de distribución de hidrocarburos.

El objetivo principal del proyecto es la generación de ácido fórmico a partir de biomasa lignocelulósica y la posterior obtención de corrientes de hidrógeno a partir de éste. Para este fin, se pretende desarrollar catalizadores novedosos, preferiblemente basados en carbones derivados de la biomasa y/o en metales de transición, no nobles, (V, Ni, Cu, Co, etc.), activos, selectivos y estables, para: i) la oxidación directa y selectiva de la biomasa lignocelulósica, e.g. glucosa, bien hacia la producción masiva de ácido fórmico, bien hacia la producción de una mezcla de ácido fórmico con otros co-productos, tales como el ácido levulínico, que pueden servir como punto de partida para la generación de productos plataforma de interés industrial, intermedios en la producción de combustibles y ii) la deshidrogenación de ácido fórmico, tanto en fase líquida como gaseosa, para la producción de corrientes de hidrógeno libres de CO.

Los catalizadores preparados serán caracterizados estructural y químicamente por una gran variedad de técnicas (DRX, XPS, SEM, HRTEM, Raman, DRIFTS, TPR/TPD, UV-Vis, Análisis textural), tanto pre- como post-reacción, para evaluar las posibles modificaciones ocurridas en el transcurso de la misma. Igualmente, se realizarán estudios en condiciones de reacción (in-situ y operando) por espectroscopias DRIFTS y ATR, lo que, junto con los resultados de actividad y de caracterización, permitirá analizar el mecanismo de las reacciones y así poder establecer la relación estructura-actividad en cada caso. El conocimiento de esta relación permitirá optimizar el catalizador diseñado y, en última instancia, cada proceso catalítico de producción de vectores sostenibles de energía propuesto en el proyecto

La motivación del proyecto FreeDot es triple. Primero, proponer soluciones a los inconvenientes específicos que obstaculizan un mayor desarrollo de la tecnología optoelectrónica de perovskita (inestabilidad, durabilidad, sensibilidad ambiental, etc.). La aproximación propuesta se basa en el desarrollo de células solares nanoestructuradas y LED basados en nuevas matrices porosas que permiten la síntesis de ensamblados de nanocristales sin ligandos con buenas propiedades de transporte de carga y, simultáneamente, minimizan su exposición a entornos degradantes. En segundo lugar, demostrar que es posible, también en el caso de dispositivos basados en puntos cuánticos, mejorar la eficiencia de conversión de energía en células solares y de extracción de luz en LEDs mediante la optimización del diseño óptico. Por último, la posibilidad de obtener nanocristales libres de ligandos abre la posibilidad de estudiar las propiedades fotofísicas fundamentales de los puntos cuánticos, lo que normalmente es obstaculizado por la presencia de capas orgánicas en el caso de puntos cuánticos coloidales.

La necesidad de propiciar una transición efectiva desde una economía basada en el uso intensivo de combustibles fósiles a otra donde los criterios de desarrollo se basen en procesos sostenibles que no impliquen la generación de CO2 hace necesaria la puesta a punto de nuevos procesos, donde la fuente de energía primaria sea la electricidad generada a partir de fuentes renovables. El proyecto “Plasmas Atmosféricos de Arco Deslizante para Procesos Sostenibles”, FIREBOW en adelante, pretende el desarrollo de tecnologías de plasma atmosférico que usan la electricidad como vector energético directo para llevar a cabo procesos químicos convencionalmente abordados mediante técnicas catalíticas (a altas presiones y temperaturas, con bajos rendimientos y obtención de subproductos no deseados). En concreto se persigue la puesta a punto de un reactor de Plasma Atmosférico de Arco Deslizante (PAAD) para inducir tres procesos de gran impacto industrial y medioambiental, como son la síntesis de amoniaco (NH3), la producción de hidrógeno (H2) y la descontaminación de agua. El amoniaco es la sustancia base de los fertilizantes usados en agricultura, y su demanda aumenta conforme las necesidades de alimentación mundiales. En cuanto al hidrógeno, es conocido que el camino hacia una economía basada en dicho combustible es uno de los retos del siglo XXI. Por otro lado, el desarrollo de técnicas novedosas para la depuración de aguas es cada vez más necesaria, debido al aumento de contaminante emergentes, sustancias tales como pesticidas, compuestos derivados de la industria farmacéutica y química, microorganismos e incluso productos de higiene personal que los métodos convencionales no son capaces de eliminar en su totalidad. FIREBOW propone, en una primera etapa, desarrollar la tecnología PAAD mediante el diseño, construcción, modelización y puesta a punto de un reactor de arco deslizante. Se explorarán posibles modificaciones sobre los modelos de reactores PAAD actuales, contemplándose el efecto de la incorporación de materiales piezoeléctricos para inducir fenómenos de emisión secundaria de electrones, la modificación de las características superficiales de los electrodos o la geometría del sistema a fin de propiciar en el futuro una mejora en el rendimiento de los procesos estudiados. La complejidad de los procesos básicos involucrados en este tipo de reactores implicará un estudio fundamental de su respuesta eléctrica y de los fenómenos de transporte de masa y carga, así como una caracterización exhaustiva y diagnosis del plasma en función de parámetros como flujo de gases, interacción entre especies excitadas, tiempo de residencia y otros parámetros básicos de operación. Tanto la caracterización experimental como la simulación teórica del reactor, esta última llevada a cabo mediante métodos computacionales, serán fundamentales para su correcto funcionamiento y optimización de los procesos propuestos. En una segunda etapa se abordará el estudio de las reacciones de obtención de H2 y NH3, con el objetivo de maximizar el rendimiento energético de dichos procesos, así como de la purificación de agua. El desarrollo científico-tecnológico propuesto en FIREBOW es de gran interés para diferentes actores socio-económicos, planteándose actividades de transferencia a las empresas y entidades que ya han mostrado su interés en el desarrollo de mismo.

En este proyecto se llevarán a cabo diversos estudios y desarrollos relacionados con la reacción de hidrogenación de CO2 para la producción de Gas Natural Sintético (GNS) e hidrocarburos ligeros. Así, la metanación y las denominadas reacciones modificadas de Fischer-Tropsch a olefinas (FTO) se están convirtiendo en procesos muy interesantes desde el punto de vista económico, energético y medioambiental. Por otra parte, el uso de hidrógeno verde como agente reductor, obtenido a su vez a partir de fuentes renovables, representa, además de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, una forma de almacenar la energía procedente de fuentes renovables, muchas de las cuales son intermitentes y, por tanto, difíciles de ajustar a las necesidades de consumo.
Con todo ello, este proyecto persigue un enfoque multicatalítico que comprende la termocatálisis y la fotocatálisis térmica con el fin de conseguir altos rendimientos, alta sostenibilidad y con los menores costes de producción, orientados en todo caso a una aplicación industrial final. Por otro lado, el desarrollo y optimización de los materiales catalíticos, considerando nuevos sistemas catalíticos heterogéneos basados en Ni, Fe, Co, Ru, Au, Pd entre otros metales, que han mostrado un gran potencial para estas reacciones de hidrogenación en los últimos años. En cuanto a los materiales catalíticos, se seleccionarán soportes micro y mesoporosos de composición variable (zeolitas, SBA-15, etc.), así como otros basados en óxidos y perovskitas ABO3. Para ello se utilizarán una serie de técnicas de preparación recientemente descritas (cristalización por microondas, proceso de autocombustión, mesoestructuración por nanocasting y porosidad jerárquica) que permiten obtener sistemas de alta superficie específica y nanoestructura controlada. La combinación de diferentes elementos en las posiciones A y B de la estructura de la perovskita, que actúan tanto como promotores de sistemas catalíticos como precursores de aleaciones metálicas en sistemas catalíticos reducidos, permitirá obtener materiales con propiedades catalíticas sintonizables, muy variadas y versátiles.

El proyecto CeramFLASH propone la utilización de las novedosas técnicas de Sinterizado Flash (FS) y Sinterizado Flash Reactivo (SFR) para la síntesis y preparación de cerámicas con interés tecnológico tales como electrolitos sólidos, piezoeléctricos o cerámicas duras electromecanizables. Estas técnicas permiten preparar materiales cerámicos en segundos a temperaturas significativamente más bajas que las requeridas por las técnicas de sinterizado convencional simplemente haciendo circular por la pieza una muy pequeña intensidad de corriente eléctrica (de unos pocos miliamperios). Esta ventaja permite reducir de forma significativa el elevado consumo energético necesario en el procesado de materiales cerámicos.
Adicionalmente, se posibilita la preparación en forma densa y nanoestructurada de cerámicas muy difíciles de preparar mediante métodos convencionales, tales como compuestos de baja estabilidad térmica o compuestos que requieren temperaturas de sinterizado muy elevadas.
Finalmente, CeramFLASH pretende utilizar campos alternos con frecuencia de oscilación variable y métodos de control inteligente basados en la respuesta de la muestra al campo para conseguir un mejor control de las características microestructurales en las cerámicas resultantes. A pesar de que la técnica de FS se propuso por vez primera hace solo 8 años, y la SFR fue introducida en 2018 por nuestro grupo, el interés por este proceso está creciendo de forma importante por su gran potencial científico y tecnológico. CeramFLASH cuenta con la implicación de personal con experiencia en la técnica y la colaboración activa del investigador pionero en su propuesta, por lo que su financiación permitirá establecer una línea de investigación a largo plazo que permita consolidar en Andalucía un grupo de referencia a nivel internacional en este ámbito.

El proyecto “Plasmas atmosféricos de arco deslizante para la producción sostenible de amoniaco e hidrógeno”, ARCPLAS en adelante, pretende el desarrollo de procesos de transformación química de gases mediante tecnologías de plasma atmosférico que usan la electricidad como vector energético directo. En concreto se persigue la puesta a punto de un reactor de Plasmas Atmosféricos de Arco Deslizante (PAAD) para inducir dos procesos de gran impacto industrial y medioambiental, como son la síntesis de amoniaco (NH₃) y la producción de hidrógeno (H₂). El amoniaco es la sustancia base de los fertilizantes usados en agricultura, y su demanda aumenta conforme las necesidades de alimentación mundiales. En cuanto al hidrógeno, de sobra es conocido que el camino hacia una economía basada en dicho combustible es uno de los retos del siglo XXI. ARCPLAS propone, en una primera etapa, desarrollar la tecnología PAAD mediante el diseño, construcción, modelización y puesta a punto de un reactor de arco deslizante. La complejidad de los procesos básicos implicados en este tipo de reactores implicará un estudio fundamental de su respuesta eléctrica y de los fenómenos de transporte de masa y carga, así como una caracterización exhaustiva y diagnosis del plasma en función de parámetros como flujo de gases, interacción entre especies excitadas, tiempo de residencia, características químicas de los gases implicados y otros parámetros básicos de operación. Tanto la caracterización experimental como teórica del reactor, esta última llevada a cabo mediante métodos computacionales, serán fundamentales para su correcto funcionamiento y optimización de los procesos propuestos. En una segunda etapa se abordará el estudio de las reacciones de obtención de H₂ y NH₃, con el objetivo de maximizar su rendimiento químico, así como el rendimiento energético del reactor. Finalmente, en una última etapa del proyecto, se explorarán posibles modificaciones sobre el modelo de reactor PAAD desarrollado, contemplándose el efecto de la incorporación de materiales piezoeléctricos para inducir fenómenos de emisión secundaria de electrones, la modificación de las características superficiales de los electrodos o la geometría del sistema a fin de propiciar en el futuro una mejora en el rendimiento de los procesos estudiados.

AdFUNC es un proyecto muy interdisciplinar que tiene como principal objetivo conseguir un progreso significativo en dos temáticas en la frontera de la Ciencia de Materiales: el desarrollo de sensores con capacidad multirespuesta y de sistemas de energía activados por luz. Los denominadores comunes de AdFUNC son el diseño inteligente de arquitecturas complejas en la nanoescala y el desarrollo de demostradores a escala de laboratorio.

Estamos convencidos de que el proyecto nos abre una ventana de oportunidad para realizar investigaciones que podemos clasificar en cuatro áreas: i) Aplicaciones y dispositivos: Desarrollaremos los recientemente descubiertos efectos tribotrónicos y piezotrónicos para fabricar dispositivos sensores autoalimentados. Con estos materiales, en combinación con varias tecnologías avanzadas de sensado fotónico y espectro-electroquímico, expandiremos la eficiencia, multiactuación y multirespuesta de sistemas adaptativos optofluídicos. Estos sistemas, manteniendo una arquitectura común, presentarán una respuesta diferenciada frente a escenarios reales diversos y complejos, que se simularán en el proyecto (alteraciones medioambientales como vertidos, accidentes, amenazas químicas o de explosivos). También se plantean dispositivos captadores de energía solar en condiciones de baja iluminación, captadores de energía mecánica y dispositivos que sean capaces de acoplar luz y movimiento a la activación de procesos de descomposición electroquímica del agua. Ii) Nanomateriales: Adfunc es un proyecto donde concurren un equipo de especialistas en el desarrollo de nanoestructuras soportadas por distintas tecnologías. Esto nos permitirá, por primera vez, implementar un conjunto de nanoarquitecturas 3D (nanohilos, nanotubos, core@shell) y el diseño de materiales con estructuras nanoporosas controladas (capas esculturales, nanocanales, porosidad asociada en varias escalas, multicapas ópticas porosas, desarrollos pioneros de redes metaloorgánicas (MOFs) en estructuras fotónicas porosas) directamente a la mejora de los componentes activos de los dispositivos del proyecto. Iii) Estrategia. El proyecto nos da la oportunidad de trabajar simultáneamente en rutas sintéticas nuevas, caracterización avanzada de materiales y propiedades, integración de materiales en dispositivos, y esto a la vez que se tiene información de modelado y simulación. Iv) Perspectiva de escalabilidad: En todos los casos se utilizarán métodos y técnicas compatibles con procesos industriales establecidos, como el plasma y el vacío típicos de la industria optoelectrónica y microelectrónica, y procesos de síntesis en disolución. Otro aspecto interesante, es la posibilidad de introducir plásticos y polímeros para fabricar dispositivos, lo que puede permitir revalorizar residuos de la industria del plástico, en un esfuerzo de economía circular en el que investigadores del proyecto están comprometidos.

AdFunc sólo es posible gracias al esfuerzo conjunto de un gran número de investigadores, en su mayoría del ICMS-CSIC y la Universidad Pablo de Olavide, que se completa con un grupo de investigadores de otros centros y colaboradores internacionales con experiencia e interés complementarios. Es precisamente la coordinación de un número tan elevado de especialistas (25 doctores en los dos subproyectos) lo que nos permite plantear el desarrollo de un conjunto de actividades tan completo y ambicioso.  

Las celdas solares –dispositivos que transforman directamente la luz solar en electricidad- son de vital interés para el futuro sostenible del planeta. Durante los últimos años y conscientes de este hecho, la comunidad científica ha realizado un gran esfuerzo por mejorar la eficiencia de estos dispositivos. Un ejemplo particular de celda solar que contiene una perovskita de haluro organometálico como absorbedor de luz han centrado la atención de la comunidad científica durante la última década debido, sobre todo, a su alta eficiencia y bajo coste. Esta tecnología de celda solar supone una alternativa prometedora a las celdas actuales (basadas en Si y en calcogenuros), aunque se enfrentan a un reto científico y tecnológico que no ha sido resuelto en 10 años desde su descubrimiento: para que la realización final y comercial de las celdas de perovskita sea posible, necesitan alcanzar una mayor estabilidad, durabilidad y reproducibilidad. El principal problema radica en la alta sensibilidad que presentan estas perovskitas al oxígeno y humedad ambiental, que producen una rápida degradación del comportamiento de la celda en un tiempo extremadamente corto, haciendo inviable su comercialización.

DuraSol persigue abordar este gran reto científico y tecnológico mediante la fabricación de componentes de la celda mediante tecnología de vacío y plasma. Estas metodologías son escalables industrialmente y presentan grandes ventajas con respecto a las metodologías en disolución (las más usadas), entre las que destacan: su alta versatilidad, control de composición y microestructura, bajo coste, que son respetuosas con el medio ambiente ya que no precisan disolventes, no producen emisiones contaminantes y son compatibles con la tecnología actual de semiconductores.

El objetivo principal de DuraSol es la fabricación de celdas solares de perovskita “a prueba de agua” mediante integración de componentes fabricados por metodologías de vacío y plasma en forma de películas delgadas y nanoestructuras, que actúan como sellantes hidrofóbicos. La viabilidad de DuraSol se basa en resultados recientes que demuestran que la fabricación asistida por plasma de distintos componentes de la celda solar puede ser una de las vías más prometedoras para aumentar su estabilidad y durabilidad, que es hoy en día el cuello de botella que impide su comercialización. Cabe señalar que no hay ningún ejemplo en la literatura de este enfoque sintético, y se espera que esta oportunidad demuestre las ventajas y la versatilidad de esta metodología innovadora en un campo de muy alto impacto. La investigación propuesta en DuraSol se enmarca dentro de las áreas prioritarias del programa Horizon 2021-2027 de la Unión Europea y responden a varios de los retos propuestos en la presente convocatoria de “Energía segura, eficiente y limpia” (Reto 3) y de “Cambio climático y utilización de recursos y materias primas” (Reto 5).

Las celdas solares (CSs) de tercera generación son dispositivos nanotecnológicos que convierten directamente la luz solar en electricidad y suponen el paradigma de la investigación en energías renovables de cuyo aprovechamiento dependerá el futuro energético del planeta. Recientemente, un ejemplo particular de CSs que contienen una perovskita de haluro organometálico como absorbedor de luz han centrado la atención de la comunidad científica debido, ante todo, a su alta eficiencia y bajo coste. Estas características las convierten en una alternativa prometedora a las celdas actuales (de Si y calcogenuros). Sin embargo, para que la realización final y comercial de las celdas de perovskita sea posible es necesario que alcancen una mayor estabilidad, durabilidad y reproducibilidad. Los avances más importantes alcanzados se han debido a la intensa investigación sobre los elementos que integran esta CS: conductor de electrones, perovskita y conductor de huecos. En concreto, este último elemento ha tenido una importancia crucial en su evolución tras la implementación de los conductores de huecos en estado sólido.

PlasmaCells persigue abordar por primera vez la síntesis de una nueva familia de conductores de huecos por técnicas de vacío y plasma. Estas metodologías son escalables industrialmente y presentan grandes ventajas con respecto a las metodologías en disolución (las más usadas), entre las que destacan: su alta versatilidad, control de composición y microestructura, bajo coste, que son respetuosas con el medio ambiente ya que no precisan disolventes, no producen emisiones contaminantes y son compatibles con la tecnología actual de semiconductores.

El objetivo principal de PlasmaCells es la integración de estos nuevos conductores de huecos procesados por plasma en CSs de perovskita. La importancia del proyecto se basa en resultados recientes obtenidos por el Investigador Principal (IP) que demuestran que la aproximación propuesta puede ser una de las vías más prometedoras para el aumento de la estabilidad, durabilidad y reproducibilidad de estas CSs, que actualmente suponen el cuello de botella que impide su industrialización. Cabe destacar que no existe en la bibliografía ningún ejemplo sobre esta aproximación sintética para el desarrollo de conductores de huecos. Se espera que esta oportunidad permita demostrar las ventajas y versatilidad de esta metodología innovadora en un campo de alto impacto, que se enmarca dentro de las áreas prioritarias RIS3 Andalucía y en el PAIDI 2020 de crecimiento sostenible, eficiencia energética y energías renovables.

PROCEX aborda el Reto social 3 "Energía limpia, eficiente y segura" y pretende abrir camino a una nueva generación de electrolizadores reversibles de alta eficiencia que operan a temperaturas intermedias (sobre 500ºC). Su éxito abriría una vía muy prometedora para nuevos sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica y eólica con características sobresalientes, tales como eficiencias de ida y vuelta (superiores al 75%) o tasas de retorno energético (>10). Estos valores son muy superiores a los que se pueden alcanzar con los mejores sistemas de almacenamiento térmico. Además, el uso de electrolizadores de alta eficiencia encontraría un enorme campo de aplicación en la producción de H2 y en la industria química. Para desarrollar estos sistemas, es necesario superar numerosos retos en el ámbito de los materiales cerámicos: en particular, es necesario desarrollar nuevos electrolitos conductores de protones con baja conductividad electrónica.

El objetivo principal del proyecto es identificar, sintetizar y demostrar nuevos materiales cerámicos conductores de protones con bajas pérdidas electrónicas en electrolisis, usando estrategias de dopado en compuestos de circonatos y ceratos de bario. Ponemos énfasis no sólo en mejorar la eficiencia sino también en la durabilidad de estos materiales. El proyecto demostrará el procesado de los electrolitos y su integración en pilas tipo botón a escala laboratorio, y estudiará los principales mecanismos de reacción, desarrollando modelos que permitan predecir su comportamiento a gran escala. Este proyecto parte de resultados publicados muy recientemente en la literatura y pretende superarlos apoyándose en las capacidades y experiencia previa del equipo investigador. En el proyecto ampliaremos el rango de composiciones y dopantes a estudiar y realizaremos un estudio sistemático que nos permita relacionar la composición y procesado con las propiedades y el rendimiento en condiciones de servicio (i.e. la degradación y el envejecimiento. A partir de la información obtenida pretendemos desarrollar y validar nuevos modelos que permitan evaluar la integración de estos sistemas en distintas aplicaciones. La ambición del este proyecto requiere un tratamiento multidisciplinar fruto de la combinación de dos grupos de investigación, uno de Ciencia de Materiales y otro de Ingeniería Energética, que poseen las capacidades e instalaciones necesarias para llevar a buen término el proyecto: síntesis y procesado de materiales, caracterización física, modelado numérico e integración de sistemas de almacenamiento de energía.

El titanio comercialmente puro (Ti c.p.) y la aleación Ti6Al4V, son los biomateriales metálicos con el mejor pronóstico para la reparación clínica del tejido óseo. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, 5-10% de los implantes fallan durante los cinco años post-implantación. Éstos se asocian fundamentalmente al apantallamiento de tensiones (diferencias de rigidez entre el implante-hueso), el empleo de criterios de diseño (fractura y fatiga) no adecuados para biomateriales, a los fenómenos de tribo-corrosión en condiciones de servicio y a los problemas que ocurren en la intercara (micromovimientos y/o presencia de bacterias) que limitan la capacidad de oseintegración. En este proyecto se propone fabricar e implementar un dispositivo sencillo y económico para obtener cilindros con porosidad controlada (gradiente) y alargada mediante la técnica de congelación dirigida. Se desarrollaran modelos de elementos finitos para estimar el crecimiento geométrico de las dendritas de hielo y el comportamiento mecánico de los cilindros porosos (distribución de esfuerzos y deformaciones), usando radiografías en tiempo real del proceso de congelación dirigida, así como los parámetros que caracterizan la microestructura (proporción, tamaño, morfología de la porosidad) y el comportamiento a compresión (rigidez y límite de fluencia). Además, se plantea la generación de patrones de rugosidad superficial mediante el bombardeo de iones, encaminados a mejorar la unión intima entre el implante y el tejido óseo. Por otra parte, se plantean protocolos in-vitro adecuados para evaluar la citotoxicidad, la adhesión, diferenciación y proliferación celular. Finalmente, se desarrollará un sistema de medida de bio-impedancia que permita racionalizar la influencia de la porosidad, el acabado superficial y los estímulos eléctricos en el comportamiento in-situ de osteoblastos. En este contexto, el objetivo principal es fabricar cilindros con una porosidad controlada y su superficie modificada, que permita garantizar un mejor equilibrio biomecánico, tribo-corrosivo y biofuncional (in-growth y oseointegración del tejido óseo y el implante).

En el presente proyecto se llevarán a cabo diversos estudios y desarrollos relacionados con la reducción de CO2 a productos de alto valor añadido, como metano, olefinas ligeras, gasolinas y otros hidrocarburos funcionalizados, de gran interés económico, energético y medioambiental. El uso de hidrógeno como agente reductor, obtenido este a su vez de fuentes renovables supone, además de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, una vía para el almacenamiento de la energía procedente de fuentes renovables, muchas de ellas de carácter intermitente y por tanto difícilmente acoplable a las necesidades de consumo.

Con todo ello en este proyecto se propone el desarrollo de nuevos sistemas catalíticos heterogéneos basados en Ni, Fe, Co, Ru e In, entre otros metales, los cuales han mostrado en los últimos años un gran potencial para esta reacción de hidrogenación. Dado el carácter bifuncional de los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, se seleccionarán soportes micro y mesoporosos de composición variable (zeolitas, SBA-15, etc.), así como otros basados en estructura perovskita ABO3. Para ello se emplearán una serie de técnicas de preparación recientemente descritas (Cristalización por Microondas, Proceso de Autocombustión, Mesoestructuración por Nanocasting y Porosidad Jerarquizada) que permiten obtener sistemas de alta superficie específica y nanoestructura controlada. La combinación de diferentes elementos en las posiciones A y B de la estructura perovskita, que actúen tanto como agentes promotores de los sistemas catalíticos como de precursores de aleaciones metálicas en los sistemas catalíticos reducidos, permitirá obtener materiales con propiedades catalíticas modulables, muy variadas y versátiles.

http://matproner.icms.us-csic.es/projects/

El principal reto científico de este proyecto es el diseño de un dispositivo catalítico activo y selectivo en la reducción catalítica de CO2 a CO. El proyecto pretende resolver dos problemas interrelacionados, el diseño del catalizador, que pasa por una comprensión a nivel molecular de la reacción estudiada, y el diseño de un reactor de microcanales que permita realizar la reacción en régimen isotermo y tiempos de residencia muy cortos. Para ello se propone la síntesis de catalizadores constituidos por metales nobles o de transición soportados en óxidos reducibles para llevar a cabo el proceso catalítico analizando los factores determinantes de la reacción: tamaño de partícula de la fase metálica, reducibilidad del soporte, interacciones metal-soporte y resistencia de la desactivación. Las características de la reacción exigen el desarrollo de reactores de microcanales que permitan disminuir las pérdidas de carga y los tiempos de residencia manteniendose isotermos. El estudio, por tanto, busca diseñar un dispositivo catalítico activo, selectivo y estable que trabaje en régimen isotermo y permita tiempos de residencia inferiores a 100 ms.

La mejora de los materiales empleados en los dispositivos usados en el campo de las energías renovables permitirá incrementar la eficiencia de los mismos haciéndolos más competitivos y rentables. El presente proyecto pretende desarrollar nuevos recubrimientos absorbedores selectivos de la energía solar aptos para trabajar a temperaturas superiores a las posibles con los materiales actualmente en uso en dispositivos de concentración solar térmica (500ºC en vacío – media concentración; 800ºC al aire – alta concentración). Los sistemas serán preparados en forma de multicapas por la novedosa tecnología de pulverización catódica donde los materiales son evaporados mediante impulsos de alta energía (HiPIMS - High Power Impulse Magnetron Sputtering). Los materiales preparados deberán cumplir los requisitos ópticos y de estabilidad química para soportar las condiciones de alta irradiación solar y temperaturas de trabajo. Este ambicioso proyecto se llevará a cabo mediante la colaboración de dos grupos de investigación pertenecientes al Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla CSIC-ICMS (grupo TEP958) y a la plataforma solar de Almería CIEMAT-PSA (Grupo TEP247). El grupo CSIC-ICMS se encargará del diseño, preparación y caracterización de los recubrimientos. Por su parte CIEMAT-PSA, diseñará y desarrollará los ensayos de campo, validando los recubrimientos en condiciones de trabajo similares a las de la aplicación final en términos de flujo solar concentrado incidente y temperaturas de operación. Dichos ensayos incluirán tanto determinación de parámetros térmicos y ópticos en condiciones nominales de operación, así como ciclado térmico de alta frecuencia (tratamiento térmico y envejecimiento).

Las ceras y los fenoles son compuestos minoritarios de la cutícula del fruto de tomate que, a pesar de ello, juegan un papel determinante en varios aspectos relacionados con la calidad de los frutos. Se ha demostrado que los fenoles de la cutícula modulan el color final de los frutos y la rigidez de la cutícula, determinando así el grado de sensibilidad del fruto al agrietado durante la maduración. No son, de todos modos, los únicos que contribuyen a las propiedades mecánicas de la cutícula. En proyectos anteriores se cartografiaron y validaron cinco QTLs relacionados con la cantidad de fenoles de la cutícula. La identificación de los genes responsables de estas regiones genómicas mejorará nuestra comprensión de este carácter y cómo modularlo para generar líneas comerciales con combinaciones deseables de color del fruto y resistencia mecánica. En este sentido, el análisis de QTLs de las propiedades mecánicas y térmicas de la cutícula será el primero de su tipo y permitirá conocer las bases genéticas de propiedades biofísicas. Por otro lado, las ceras cuticulares son la principal barrera a la permeabilidad del agua y regulan el estado hídrico de los frutos durante la cosecha, postcosecha y almacenamiento y transporte. Un análisis preliminar del contenido de ceras de las especies silvestres emparentadas con el tomate cultivado reveló el interés potencial de dos especies de fruto rojo para el desarrollo de nuevas variedades con tolerancia a ambientes deshidratantes. El análisis de la permeabilidad al agua y contenido y tipos de ceras de las cutículas de estas dos especies será un primer paso para la consecución de este objetivo final.

El proyecto persigue la preparación de nanoparticulas (NPs) multifuncionales con propiedades mejoradas y caracteristicas (tamaño, estabilidad coloidal y toxicidad) adecuadas que puedan emplearse en  más de una modalidad de obtención de imágenes de órganos, tejidos y células, cuyo principal interés radica en que mediante un único tipo de sonda se podría obtener información complementaria
esencial para un diagnóstico clinico más riguroso. En concreto, se estudiarán sondas bifuncionales para la obtención de imágenes mediante luminiscencia y resonancia magnética (MRI) o tomografía computarizada de rayos X (CT), y sondas trifuncionales con utilidad para las tres modalidades mencionadas. Se abordarán dos tipos de biosondas luminiscentes. Por una parte, se diseñarán NPs
luminiscentes constituidas por matrices singulares dopadas con cationes lantánidos (Nd3+ o Er3+fYb3+ o Tm3+fYb3+), cuya excitación y emisión tiene lugar en la región del infrarrojo cercano (NIR) conocida como ventana biológica (650-1800 nm), en la que las radiaciones no son dañinas para los tejidos y tienen alto poder de penetración. Por otra parte, se persigue la obtención de NPs cuya luminiscencia persiste después de eliminar la excitación, evitándose así los posibles efectos no deseados de ésta (autofluorescencia de los tejidos, radiaciones dañinas). En el primer caso, se pretende conseguir una mayor estabilidad química y térmica de las sondas mediante la selección de matrices tipo oxifluoruro más estables que las de tipo fluoruro propuestas hasta ahora, En el segundo caso, se abordarán sistemas con luminiscencia persistente en el NIR con composición ZnGa204:Cr3+ y Y3AI2Ga3012:Ce3+,Cr3+,Nd3+, para los que es prioritario desarrollar nuevos métodos de sintesis que permitan la obtención de NPs uniformes, necesarias para este tipo de aplicaciones. Respecto a la modalidad MRI y en respuesta a la necesidad de desarrollar agentes de contraste para las más modernas técnicas que operan a campos magnéticos altos para aumentar la resolución de las imágenes y asi obtener un diagnóslico más preciso, se planea desarrollar NPs constituidas por compuestos (oxifluoruros, vanadatos, fosfatos) de Dy y Ho. Por último, debido al alto número atómico de los elementos constituyentes de las sondas anteriores, es de esperar que éstas también tengan una alta capacidad de atenuación de rayos X, siendo por tanto también potencialmente útiles como agentes de contraste para CT. En este caso, el empleo de las NPs objeto de estudio aportará importantes ventajas respecto a los agentes comerciales utilizados en la actualidad que se traducen en un mayor control del tiempo de residencia en el organismo y de su biodistribución y por tanto, en la posibilidad de disminuir las dosis utilizadas reportando asi un beneficio para el paciente. El proyecto contempla tanto la fabricación de las sondas optimizadas como la exploración de su aplicabilidad al campo del diagnóstico clínico mediante la obtención de imágenes in vivo en ratones. El equipo investigador posee gran experiencia en la sintesis de NPs inorgánicas basadas en tierras raras y dispone de la mayoria de los medios necesarios para su caracterización. Además, dicho equipo cuenta con el apoyo de investigadores de otras instituciones, expertos en diversos aspectos del proyecto, que colaborarán en el desarrollo de algunas tareas del mismo como vienen haciendo desde hace varios años, lo que garantiza el correcto desarrollo de la propuesta.

La tecnología Power-to-X (PTX) tiene como objetivo el almacenamiento de energía (preferentemente renovable) en productos químicos. Dichos productos pueden usarse luego como combustibles o como moléculas plataforma para otras síntesis químicas. Por tanto, esta tecnología juega un papel fundamental incrementando la fracción renovable del mix energético en línea con los objetivos de la UE para la reducción de emisiones de gases con efecto invernadero.

La producción de H2 por electrólisis de agua para PTX es una tecnología madura disponible comercialmente que puede ser usada durante los periodos valle de consumo de energía renovables.

Por otro lado, el CO2 es una fuente de carbono desaprovechada por lo que el uso combinado de H2 renovable y CO2 añade un importante plus al proceso PTX ya que el CO2 asociado a las emisiones de gases de efecto invernadero es reintegrado contribuyendo a la economía circular y la descarbonización. Esta es la idea central que guía la presente propuesta. En particular, se trata de llevar a cabo las siguientes reacciones: hidrogenación de CO2 a metano (también llamada metanación de CO2 o reacción de Sabatier), la reacción reversa Water-Gas-Shift (activación del CO2 y ajuste de la relación H2/CO), síntesis de biocombustibles (dimetil éter y SFT) y producción de ácido acético. Estas reacciones ofrecen notables retos químico-ingenieriles en aspectos como: i) desarrollo de catalizadores multifuncionales adecuados; ii) gestión térmica de reacciones fuertemente exotérmicas; iii) control de la selectividad en reacciones múltiples en serie por acción conjunta de la temperatura, el tiempo de residencia, la formulación del catalizador y el diseño del reactor. El conocimiento adquirido por el consorcio en los proyectos previos (MAT2006-12386, ENE2009-14522, ENE2012-37431 y ENE2015-66975) nos permite proponer de una manera sólida y fundamentada el uso de catalizadores y reactores estructurados para superar estos retos.

Por tanto, el objetivo fundamental de esta propuesta es el estudio de sistemas catalíticos estructurados para reacciones relevantes del proceso Power-To-X con CO2 (CO2-PTX). Por otro lado, esperamos que la intensificación que aportan los sistemas estructurados sobre metales y los patrones de flujo desarrollados en sistemas como espumas de poro abierto jueguen papeles determinantes en el control de la temperatura y la selectividad de la reacción. En este sentido se estudiarán diferentes arquitecturas de sustrato junto a las variables principales como la densidad de celda o poro, el espesor de película catalítica o la aleación metálica del sustrato. Finalmente, para aproximarnos a la aplicación industrial de estos sistemas CO2-PtX se considerará la valorización de CO2 presente en corrientes diluidas como los gases de combustión. Esto supone nuevos retos debido a la baja concentración de CO2, altos caudales volumétricos y efectos negativos de otros componentes (H2O, SOx, etc.) en la actividad y estabilidad de los catalizadores. Se investigarán nuevas formulaciones de catalizadores junto con estrategias avanzadas de adsorción-desorción-reacción de CO2 sobre los sustratos estructurados estudiados.

Globalmente, el proyecto se estructurará en forma matricial con tareas transversales de cada grupo basadas en sus líneas de especialización (modelado, estructuración y caracterización avanzada) junto a reacciones concretas de cada laboratorio que conformarán las tareas longitudinales del proyecto

El objetivo principal del presente proyecto coordinado entre la U. de Zaragoza, el ICMS y la U. de Cádiz, es el desarrollo de catalizadores multifuncionales y estructurados basados en materiales catalíticos carbonosos, tanto de carácter biomórfico, como grafénico-grafítico. Estos materiales catalíticos han de ser activos, selectivos y estables en reacciones directamente relacionadas con el aprovechamiento de la biomasa lignocelulósica (producción de 5-HMF, ácido levulínico, FDCA, o γ-valerolactona) y la producción sostenible de energía (producción de H2), así como la valorización química y fotoquímica de CO2 (hidrogenación de CO2, descomposición de biogás, foto-reformado de bio-alcoholes), usando H2 de origen renovable ("water splitting"). Este proyecto trata de mejorar procesos actualmente implementados que están relacionados con la producción de energía, y otros más novedosos, como el aprovechamiento de la luz solar, que sin lugar a dudas están llamados a tener un papel importante en este campo. De hecho, la utilización de la energía solar haría más viable energéticamente, por ejemplo, la reacción de metanación de CO2 al usar H2 de origen (foto)renovable producido por “water splitting”. Se busca también la generación de productos de alto valor añadido por procesos de biorefinería, que sustituyan los obtenidos actualmente a partir de fuentes fósiles. Se pretende conseguir un conjunto de sólidos carbonosos con propiedades estructurales (porosidad jerárquica meso/micro), hidrofilicidad-hidrofobicidad, funcionalidades químicas, composición superficial etc. diseñados ad hoc para cada una de las reacciones consideradas por los distintos subproyectos, incluyendo la implementación de procesos en continuo mediante la utilización de reactores estructurados a partir de los catalizadores más eficientes. El desarrollo y utilización de sistemas catalíticos estructurados aumenta la viabilidad e intensificación de los procesos y por tanto la eficiencia energética y medioambiental. La complementariedad de los tres grupos proponentes abre la posibilidad de abordar en un solo proyecto todos estos objetivos, permitiendo aplicar distintas metodologías emergentes para la síntesis de nuevos materiales carbonosos, como son la mineralización biomórfica, la expansión/funcionalización de compuestos intercalados de grafito, grafitos especiales (e.g. “graphite nanolayers” o "nanoflakes”), uso de plantillas inorgánicas para generación de carbones mesoporosos, su funcionalización avanzada y su aplicación en procesos de alto impacto en el área de la energía, tecnología química y tecnologías ambientales.

El almacenamiento de energía es uno de los mayores desafíos para aumentar la viabilidad a corto plazo de las plantas de energía solar concentrada (CSP), que generalmente se caracterizan por su intermitencia en la producción de energía. El proceso Ca-Looping (CaL) basado en la reacción reversible de carbonatación/calcinación del CaO es una de las tecnologías más prometedoras para el almacenamiento termoquímico de energía (TCES). La amplia disponibilidad en la naturaleza de piedra caliza (CaCO3) y su bajo precio (<10 € / ton) son factores clave para el despliegue comercial de la tecnología CaL.

SOCRATCES tiene como objetivo demostrar la viabilidad de la integración CSP-CaL mediante la construcción de una planta a escala piloto que utiliza materiales baratos, abundantes y no tóxicos, así como tecnologías actualmente en uso en la industria, como los reactores de lecho fluidizado y los intercambiadores de calor.

El objetivo global de SOCRATCES es desarrollar un prototipo que reduzca los riesgos a la hora de ampliar la tecnología CaL a escala global y resuelva cuestiones abiertas; comprender mejor y optimizar las eficiencias operativas que podrían obtenerse, con el objeto de habilitar plantas de CSP altamente competitivas y sostenibles.

http://socratces.eu

https://cordis.europa.eu/project/id/727348/es

El proyecto MODO busca optimizar el diseño óptico de dispositivos optoelectrónicos, ya sean fotovoltaicos o emisores de luz, con el objetivo de aumentar su eficiencia o dotarles de nueva funcionalidad. La hipótesis en la que se basa este proyecto es que este objetivo principal puede lograrse mediante la integración de materiales ópticos que permitan controlar la interacción radiación-materia en las láminas absorbentes u ópticamente activas del dispositivo. La estrategia propuesta consiste en realizar, secuencialmente, el diseño, preparación, caracterización e integración en prototipos de estructuras fotónicas de diverso tipo (cristales fotónicos, partículas metálicas, medios ópticos desordenados, superficies corrugadas), empleando principalmente técnicas de procesado en solución escalables y compatibles con las usualmente empleadas para la fabricación de los dispositivos objeto de estudio.
La tecnología optoelectrónica basada en perovskitas ha despertado en los últimos años un interés extraordinario debido a las altas eficiencias de conversión de energía lumínica en eléctrica, superiores al 20%, que se han alcanzado en un tiempo relativamente corto comparado con la evolución de otras tecnologías fotovoltaicas. Por otro lado, presentan elevados rendimientos cuánticos de fotoemisión en el verde y el rojo, lo que también las convierte en candidatas a recubrimientos emisores de luz. Sin embargo, estas expectativas se ven parcialmente ensombrecidas debido a los problemas de estabilidad y potencial impacto ambiental que estas perovskitas presentan. Es uno de los objetivos prioritarios de este proyecto proponer soluciones a estos problemas concretos a través de diseños ópticos que permitan reducir tanto la cantidad de material empleado como la exposición de la lámina activa a ambientes que induzcan su degradación. Se pretende ahondar en la comprensión de los fenómenos que intervienen en la degradación fotoinducida de estos materiales en entornos de distinto tipo, lo que nos permitirá proponer soluciones concretas para desarrollar láminas de perovskita más estables y eficientes. Por otra parte, el proyecto MODO explorará la mejora de una nueva tecnología fotovoltaica, propuesta muy recientemente, basada en nanocristales semiconductores de AgBiS2, de muy bajo impacto ambiental pero con una absorción óptica aún muy inferior al resto de celdas solares emergentes.
Simultáneamente, se aplicarán a dispositivos emisores de luz, basados en nanocristales semiconductores y compuestos orgánicos foto- y electroluminiscentes, conceptos orientados a la amplificación direccional de la luminiscencia en rangos espectrales seleccionados a través del control de la densidad local de estados fotónicos. Se explorará la posibilidad de controlar la dinámica de decaimiento de estados excitados a escala macroscópica y la de observar de emisión láser. En todos los casos, el rendimiento energético de los dispositivos objeto de estudio no ha sido optimizado anteriormente desde el punto de vista del disño óptico.
La propuesta se enmarca dentro del Reto Social denominado "Energia segura, eficiente y limpia" y tiene como objetivo desarrollar tecnología fotónica empleando herramientas de la nanotecnología y del campo de materiales avanzados, todas ellas identificadas como Tecnologías Facilitadoras Esenciales en el programa de H2020 e incluidas en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología.

http://nanophom.eu

El desarrollo de fuentes de luz eficientes y respetuosas con el medio ambiente constituye una parte esencial de la estrategia mundial para reducir el consumo mundial de electricidad. Los diodos emisores de luz (LED de sus siglas en inglés) emergen como la alternativa a la iluminación convencional, debido a su alta eficiencia de conversión de energía, larga vida útil, conmutación rápida, robustez y tamaño compacto. Sin embargo, su implementación en la industria electrónica de consumo se ve obstaculizada por el control limitado sobre el brillo, la calidad del color y la direccionalidad de la emisión de LED que proporcionan los elementos ópticos convencionales cuyo funcionamiento se basa en la óptica geométrica.

Este proyecto explora nuevas formas de controlar las propiedades de emisión de nanomateriales luminiscentes, superando los límites impuestos por la óptica convencional, mediante el uso de arquitecturas nanofotónicas. El desarrollo de materiales ópticos fiables y escalables basados en nanofósforos permitirá un control espectral y angular fino sobre la emisión de luz, abordando las deficiencias que los LED actuales presentan. El nuevo diseño óptico de estos dispositivos estará basado en la integración de multicapas ópticas, texturas superficiales, y nano dispersores de composición, tamaño y forma controlados, para obtener materiales que posean propiedades ópticas que faciliten un control preciso de la radiación visible.

Nanophom permitirá mejorar nuestra comprensión sobre fenómenos fundamentales como la formación de modos fotónicos en medios ópticos complejos a los que se puede acoplar la luz, así como avanzar en el desarrollo de dispositivos de iluminación de estado sólido de alta eficiencia.

En la Unión Europea se generan anualmente más de cinco toneladas de residuos por persona, siendo aproximadamente el 60% de esta cantidad materia orgánica. La tecnología de las calderas de biomasa actuales no permite el uso de estos residuos funcionando con altos valores de eficiencia, bajas emisiones y alta fiabilidadad de operación, siendo especialmente relevante en calderas de pequeño tamaño.

El principal objetivo de este proyecto es desarrollar un nuevo concepto de tecnología para calderas de biomasa doméstica capaz de operar con gran variedad de mezclas de biomasas y residuos agrícolas.  Para ello se aprovecharán las sinergias de la integración de investigadores del: i) Grupo Maquinas y Motores Térmicos, GMTS, especialistas en combustión, calderas y máquinas térmicas ii) Grupo Materiales Biomiméticos y Multifuncionales, MBM, especialistas en la obtención de cerámicos porosos bioderivados, así como en caracterización físico-química y microestructural. El proyecto se completa con la colaboración de empresas en la evaluación de la tecnología y su aplicabilidad industrial.

El proyecto se basa en la innovadora integración de material biocerámico microporoso en las cámaras de combustión de calderas de biomasa de modo que actúen con diferentes funciones: combustor microporoso, filtro de partículas y recuperador de calor. Estas funcionalidades  pueden ser simultáneas, en función de la región del flujo en que se encuentren y el rango de temperaturas de esa región. Este material biocerámico es desarrollado a partir de precursores vegetales para obtener elementos de Carburo de Silicio (SiC). Para ello se usan materiales locales sin tratar, produciendo elementos hechos a medida con propiedades microestructurales adecuadas para trabajar con altas temperaturas. Así, productos con geometrías complejas pueden ser obtenidos con relativamente bajo coste comparados con otros materiales con características mecánicas y químicas similares. La integración de componentes basados en estos materiales posibilita nuevos diseños de calderas de biomasa con un alto control de la combustión, las temperaturas y la emisión de partículas. El nuevo diseño evita la sinterización y fusión de las cenizas, actuando en la formación y evolución de contaminantes, inhibiendo los mecanismos de producción de dioxinas y activando la completa oxidación del monóxido de carbono (CO) y soots. El nuevo concepto permitirá la operación con una importante variedad de mezclas biomasa/ residuos agrícolas con bajas emisiones aun cuando el combustible presente un alto contenido de cenizas, resolviendo el principal reto para el desarrollo del uso residuos agrícolas en calderas de biomasa (especialmente las de menor tamaño). El desarrollo de esta tecnología permitirá ampliar los recursos de la Unión Europea para calefacción de uso doméstico. En la actualidad este uso supone un 30% del consumo energético total en la misma. La propuesta incluye el estudio de los procesos básicos de combustión, flujos, fabricación a medida de las matrices de materiales biocerámicos, así como estudio y desarrollo de prototipos de componentes y del sistema final. Estos serán estudiados a nivel de ensayos de laboratorio con residuos agrícolas, forestales y de la industria olivarera.

El proyecto tiene como misión la fabricación de forma controlada científicamente de nanocerámicos de carburo de boro y de nitruro de titanio mediante la técnica de chispa de plasma. Se estudiarán las propiedades mecánicas de ambos cerámicos a temperatura ambiente (dureza y tenacidad), así como su plasticidad a alta temperatura (resistencia a la fluencia, deformación a velocidad constante).

Se pretende estudiar la influencia de la microestructura en la respuesta mecánica, así como dilucidar los mecanismos que controlan la plasticidad (particularmente la interacción de dislocaciones con maclas). Los resultados se modelarán analíticamente o mediante simulación a escala mesoscópica (vía modelos de campos de fases).

La producción de frutos de gran calidad y valor añadido es uno de los retos importantes de la agricultura. La cutícula que cubre el exterior de las células epidérmicas juega un papel crucial en la calidad del fruto de tomate, concretamente en su apariencia externa (color, brillo, textura, uniformidad), en el origen y desarrollo de fisiopatías de gran importancia económica como el agrietado, además de en el mantenimiento del estado hídrico de los frutos durante la postcosecha. En proyectos anteriores (AGL2006-12494, AGL2009-12134 y AGL2012-32613), de los que éste puede considerarse una continuación, se puso de manifiesto el importante papel que juega la cutícula en el agrietado y cómo cambios en las propiedades biomecánicas de la misma repercuten en la incidencia de esta fisiopatía. De igual manera, el estudio de los flavonoides presentes en la cutícula que le proporcionan su especial coloración en estadios maduros permitió identificar el papel que éstos juegan como reguladores de la síntesis de cutícula y en su permeabilidad al agua. En este proyecto se empleará una población de líneas recombinantes puras (RIL) y una población de líneas de introgresión (IL) de un cruzamiento S. lycopersicum x S. pimpinellifolium para la validación e identificación de QTLs y genes candidatos involucrados en la deposición de los distintos componentes de la cutícula (ceras, cutina, flavonoides, polisacáridos) y la localización de QTLs/regiones genómicas asociadas a otros caracteres de cutícula como el grosor y densidad que hasta el momento no han sido estudiados. Este abordaje multidisciplinar, que incluye el análisis biofísico de las cutículas, permitirá el diseño de variedades de fruto de tomate con propiedades biomecánicas e hidrodinámicas que reduzcan la incidencia del agrietado, que mantengan el estatus hídrico del fruto durante la postcosecha y que eviten caracteres gustativos de la piel poco deseables para el consumidor. Finalmente, se estudiará una colección de entradas de todas las especies silvestres de tomate que ahondará en el conocimiento de cómo ha evolucionado la cutícula y sus componentes en el taxon Lycopersicon. Este análisis evolutivo permitirá la identificación de diferentes tipos morfológicos de cutículas y de diversas combinaciones de sus componentes que serán útiles para el aumento de la variabilidad disponible en los futuros programas de mejora genética para la obtención de variedades de tomate de calidad. 

La fotocatálisis heterogénea es un proceso avanzado de oxidación que ha sido objeto de una enorme cantidad de estudios relacionados con la purificación de gases y del agua. La mayoría de estos estudios se han realizado para el tratamiento de aguas y utilizando el TiO2 o materiales basados en este óxido y más recientemente, aunque en una clara minoría, se han estudiado otros óxidos inorgánicos binarios, ternarios y cuaternarios, predominando en todo caso los estudios de estos últimos materiales para el tratamiento de aguas. En cuanto al catalizador (base del proceso fotocatalítico) que es el responsable de la eficacia o fracaso del proceso, en la última década se han desarrollado numerosos y variados métodos de síntesis que han sido principalmente probados en procesos de degradación fotocatalítica en fase acuosa. Sin embargo, pocos estudios se han realizado con óxidos mixtos ( binarios, binarios-acoplados, ternarios y cuaternarios) y menos en fase gasesosa.

En base a estas consideraciones y a la dilatada y reconocida experiencia que el grupo de este Subproyecto#2 tiene el campo de la síntesis y caracterización de materiales foto-funcionales (en el UV y UV/Vis), y debido al reducido número de estudios fotocatalíticos en fase gas, en su mayoría estudiando un sólo componente, se plantea en este Subproyecto#2, el desarrollo de materiales foto-funcionales que conduzcan a materiales basados no sólo en TiO2 con propiedades mejoradas sino a otros materiales basados en este óxido y a otros óxidos inorgánicos binarios, los obtenidos por acoplamientos de óxidos binarios y ternarios, que se obtengan por procedimientos de síntesis distintos (o modificados) a los ya recogidos en la bibliografía, y cuya fotoactividad sea evaluada por el grupo del Subproyecto#1, sin que se descarte ensayos previos de actividad fotocatalítica en agua por el grupo del Subproyecto#2.

Entre los materiales que se pretenden sintetizar en el Subproyecto#2 (empleando métodos no-hidrotermales, hidrotermales y sol-gel) se contemplan: óxidos binarios (TiO2, ZnO, ZnO2, Fe2O3, WO3, Bi2O3, Ta2O5 , La2O3), óxidos binarios acoplados (TiO2-WO3, TiO2-ZnO, TiO2-ZnO2; TiO2-Ta2O5, TiO2-La2O3, ZnO-Fe2O3 y ZnO2-Fe2O3), óxidos ternarios (Bi2WO6, Bi2WO6-ZnO, Bi2WO6-ZnO2, Bi2WO6-Fe2O3, Bi2Ti2O7, ZnWO4, La2Ti2O7), contemplando la foto-deposición de metales (Pt, Ag, Au) en los sistemas que muestren una actividad fotocatalítica considerable (Semiconductores/Metal).

Los mejores sistemas evaluados se remitirán al grupo del Subproyecto#1 para el estudio de la viabilidad fotocatalítica en la eliminación de NOx,COVs, CO, CO2 y SO2 presentes en emisiones gaseosas.

La protección de las superficies frente a la temperatura, los fenómenos de oxidación o el desgaste ha logrado un progreso substancial mediante el desarrollo de nuevos materiales y recubrimientos con propiedades mejoradas tales como dureza extrema, baja fricción y tasas de desgaste, elevada resistencia ante la temperatura y la oxidación. Estas mejoras suponen un enorme ahorro de energía y reducción de costes debido a la vida media de los componentes mecánicos sin necesidad de sustitución, así como, a una reducción del impacto medioambiental. Este campo de investigación tiene una profunda repercusión en una gran variedad de sectores industriales (energía, herramientas de mecanizado, automoción, aeronáutico, metalurgia, etc.). El reto para la mayoría de estos procesos de funcionalización superficial residen en un control estricto de la micro y nanoestructura de la superficie y de las intercaras que hagan posible la aparición de nuevas propiedades y aplicaciones que la nanotecnología ofrece.

En este proyecto, se prepararán recubrimientos nanoestructurados para la protección de componentes sometidos a altas temperaturas y ambientes agresivos buscando un comportamiento mejorado. Este objetivo será abordado para tres diferentes aplicaciones que contribuirían a procesos energéticos más eficientes, energías renovables y soluciones para disminuir el impacto medioambiental. Basándonos en el sistema Cr-Al-N, se depositarán diferentes recubrimientos mediante la técnica de pulverización catódica reactiva cambiando la composición química (contenido en metal, incorporación de dopantes tales como Y o Si); microestructura; distribución de fases; arquitectura (multicapa/nanocomposite) o estructuras más complejas (tándem, multicapa en gradiente) sobre los sustratos apropiados dependiendo de la aplicación prevista: a) resistencia a la oxidación a alta temperatura (hasta 1000ºC) para herramientas; b) absorbedores solares selectivos estables térmicamente a medias (300-500ºC) y alta temperatura (>600ºC); resistencia a la corrosión para componentes en turbinas de vapor supercríticos (650ºC/100% vapor).

La investigación sobre los mecanismos de oxidación, transformaciones de fases, modificaciones estructurales, etc. serán objeto de un estudio detallado sobre los sustratos definidos para lograr un conocimiento fundamental sobre los procesos de degradación y los efectos protectores. El establecimiento de correlaciones entre las propiedades iniciales y el comportamiento funcional permitirá una mejor comprensión de los mecanismos de protección y por ende, una optimización de tales sistemas en forma de recubrimientos nanoestructurados para las aplicaciones previstas.

 

Palabras clave: Recubrimientos, alta temperatura, resistencia oxidación, corrosión, nanoestructurado, energía, absorbedor solar, multicapas

El Proyecto de investigación que se presenta aborda la exigencia tecnológica y medioambiental de desarrollar metodologías avanzadas para la eliminación de agentes contaminantes. El interés y los esfuerzos encaminados al desarrollo de nuevas tecnologías orientadas a tratamientos más eficientes en la inmovilización y revalorización de los residuos peligrosos es creciente en los planes de I+D+i. El objetivo central del proyecto se basa en el diseño de una estrategia de funcionalización de silicatos laminares de alta carga expansibles y en la síntesis de bionanocomposites a partir de ellos para conseguir una actividad eficaz respecto de la inmovilización de residuos tóxicos y peligrosos, catiónicos y aniónicos. Este objetivo es un cambio cualitativo en el trabajo que se viene desarrollando en el diseño de sistemas modelos adsorbentes con aplicaciones medioambientales de clara repercusión en la mejora de la calidad de vida de la población y conservación del medioambiente, ya que la funcionalización de diseño de los silicatos sintéticos permitirá la adsorción de un amplio abanico de adsorbentes en estado de oxidación aniónico-catiónico. La finalidad y objetivos del proyecto se centran en la Focus Area WASTE de H2020 y esta Focus Area se desarrolla dentro del reto 2 y 5 de H2020 y dentro del Reto 5 y 3 de los Planes Estatales de Investigación.

El proyecto ha despertado el interés de diversas empresas observadoras, EPOs, (ENRESA  y la Agencia de la Energía y para la Sostenibilidad del Ayuntamiento de Sevilla ) impulsando la colaboración público-privada. Por tanto, la investigación desarrollada auna los principios básicos de la estrategia estatal de Ciencia y Tecnología: Poner la I+D+I al servicio de la ciudadanía, del bienestar social y de un desarrollo sostenible, hacer de la I+D+I un factor de mejora de la competitividad empresarial (transferencia de los resultados al sector privado, ver interes de los EPOs) y reconocer y promover la I+D como un elemento esencial para la generación de nuevos conocimientos de excelencia.

La viabilidad de la propuesta se garantiza porque el equipo de investigación, EI, por un lado, ha desarrollado con éxito la síntesis de silicatos laminares hidratables de alta carga, a través de un método novedoso que permite ajustar la carga deseada para el material, y, por otro, ha conseguido exitosamente su organofuncionalización (patente ES2362597B1). Además, ha desarrollado la metodología necesaria para el correcto progreso de este proyecto, en estrecha colaboración con otros Grupos de investigación internacionales de reconocido prestigio (e.g. CNRS-Universidad de Lille, Universidad de Cambridge...). Además el EI ha demostrado que potencia la agrupación de las capacidades y competencias científico-técnicas esenciales para abordar esta propuesta de marcado caracter transversal.

 

Este proyecto ha recibido financiación del Programa H2020 de la Unión Europea para la investigación, desarrollo tecnológico y demostración en virtud del acuerdo de subvención número 657434.

El proyecto PHOLED pretende superar en gran medida el rendimiento óptico de los emisores de luz concebidos para aplicaciones de iluminación que existen en el mercado actualmente, y contribuir a resolver algunas de las principales limitaciones técnicas que presenta la tecnología actual. Este proyecto tiene como objetivo la integración de nanoestructuras novedosas y emisores ópticos, tales como puntos cuánticos coloidales o nanofósforos, para producir la próxima generación de dispositivos emisores de luz en los que se dispondrá de un control espectral y angular completo sobre las propiedades de emisión. El enfoque se centra en el desarrollo de: i) nuevas rutas de síntesis para lograr nanofósforos eficientes, y ii) estrategias de preparación y transformación, basadas en texturas superficiales y dispersores coloidales, para alcanzar nanoestructuras ópticas de gran área que posean propiedades fotónicas que permitan un control preciso sobre la intensidad, la distribución angular y la calidad del color de la emisión de luz. Los resultados obtenidos en este proyecto proporcionarán un avance significativo tanto en la comprensión de fenómenos fundamentales, como en el desarrollo de dispositivos de iluminación de estado sólido versátiles de eficiencia optimizada, con el objetivo de superar los obstáculos técnicos y maximizar el rendimiento. El resultado del proyecto es doble: una expansión sustancial de la preparación de nanoestructuras ópticos para controlar la interacción luz-materia, y la realización práctica de dispositivos emisores de luz nanoestructurados con propiedades sin precedentes.

Este proyecto se centra en la generación y almacenamiento de hidrógeno con el objetivo de producir hidrógeno para energías limpias. Esto sucede durante una reacción exotérmica en la que es necesaria la presencia de un catalizador para que se lleve a cabo en condiciones de seguridad. Los catalizados basados en metales nobles son buenos candidatos para este objetivo (cobalto, cobre…). Aquí, los sistemas completos catalizador-soporte son estudiados. Estos sistemas son crecidos mediante técnicas de pulverización catódica (“magnetron sputtering”). La estructura y la composición son estudiadas a escala nanométrica mediante técnicas avanzadas de microscopía electrónica de transmisión-barrido (STEM), como la microscopía electrónica de alta resolución (HRTEM), imágenes adquiridas en modo campo oscuro con detector de alto ángulo (HAADF), energía dispersiva de rayos X, espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS), para análisis químico. Además, el uso de la técnica de caracterización tridimensional, tomografía electrónica, aporta un completo conocimiento del sistema analizado. La combinación de técnicas de análisis estructural y de composición, en modo TEM y STEM, nos permite obtener una completa nano-caracterización del sistema. Estos análisis STEM son una herramienta esencial para determinar la relación entre la microestructura, las condiciones de crecimiento y el comportamiento final y las propiedades del sistema, que nos ayudará a mejorarlos y, por tanto, contribuir a la producción de energía limpia.

Este proyecto tiene cuatro objetivos estratégicos.

1. Nano-materiales para aplicaciones en energía limpia. Materiales para la producción, uso y almacenamiento de hidrógeno.
2. Desarrollo de la técnica de magnetron sputtering para la fabricación de nano‑estructuras (capas delgadas, recubrimientos y micro-estructuras multicapas).
3. Potenciación de las facilidades LANE (Laboratorio de microscopía del centro ICMSE-CSIC).
4. Uso de técnicas avanzadas de caracterización estructural y de análisis para el estudio a nano-escala de nuevos nano-materiales. 

El mecanizado es parte esencial de los procesos de fabricación empleados en muchos sectores industriales y posee una importante implicación económica, al representar una proporción significativa del coste total de fabricación. El éxito del mecanizado depende de múltiples factores, entre los que destaca la herramienta de corte utilizada. El mecanizado de alta velocidad y de los materiales denominados difíciles de mecanizar, como las superaleaciones empleadas en la fabricación de motores a reacción, imponen unas condiciones extremas de trabajo caracterizadas por altas temperaturas, presiones y tensiones, que pueden provocar el fallo prematuro en servicio de la herramienta de corte. Además, el deterioro de la herramienta, debido a un excesivo desgaste y deformación, hace que resulte difícil mantener las tolerancias y la integridad de la superficie mecanizada, lo que compromete seriamente las propiedades de fatiga de la pieza y, por tanto, su aplicabilidad y vida útil. La importante implicación económica de este tipo de mecanizados hace que la industria europea se haya marcado como objetivo primordial mejorar la productividad de estos procesos e incrementar su precisión y calidad, promoviendo la búsqueda de nuevos materiales para herramienta que se adapten mejor a estos nuevos requerimientos.
De los materiales para herramienta que se emplean en la actualidad, los cermets son los que mejor se adaptarían a las exigencias de estos mecanizados, ya que poseen una alta resistencia al desgaste, una estabilidad química elevada y una resistencia mecánica que se mantiene a alta temperatura. Pero, sería necesario mejorar ostensiblemente la tenacidad de fractura y la tolerancia al daño hasta valores próximos a los que presentan los carburos cementados. Durante los últimos años se ha producido un continuado proceso de optimización de los cermets, modificando principalmente la microestructura y la composición química de las fases cerámicas empleadas. En el proyecto MAT2011-22981 demostramos que los cermets denominados de solución sólida completa, caracterizados por poseer una única fase cerámica homogénea formada por un carbonitruro complejo, permiten alcanzar una buena combinación de dureza y tenacidad y una alta resistencia a la oxidación.
En el presente proyecto, que puede considerarse como complementario al MAT2011-22981, se pretende mejorar aún más las propiedades de los cermets, pero actuando en este caso sobre la fase ligante, que es en última instancia la principal causante de la cohesión y la tenacidad del material. Las aleaciones de alta entropía de mezcla se postulan como candidatas idóneas para sustituir a las fases ligantes actuales, ya que presentan una alta resistencia, una buena ductilidad y un excelente comportamiento mecánico a elevadas temperaturas. El objetivo general del presente proyecto se centra en el desarrollo de cermets de solución sólida completa con una fase metálica ligante formada por aleaciones de alta entropía de mezcla. Los materiales que se desarrollarán poseerán una microestructura sencilla, similar a la que presentan los actuales carburos cementados, pero con una elevada complejidad composicional, ya que ambas fases constituyentes (cerámica y metálica) serán soluciones sólidas con un número importante de componentes, al menos cinco. Con estos nuevos cermets, se pretenden mantener las propiedades óptimas que presentan actualmente y mejorar aquellas que limitan su uso potencial en los mecanizados más exigentes.

  En el presente proyecto se pretenden realizar diversos estudios y desarrollos relacionados con distintos procesos de activación y transformación de metano en moléculas de más valor añadido. Con este fin se estudiarán tanto procesos bien establecidos de conversión indirecta, a través de reacciones de reformado (RM) para la obtención de gas de síntesis, como distintos procesos de conversión directa, en concreto la oxidación directa a metanol (DOM) y la aromatización de metano (DAM).

    En lo que respecta a la reacción de reformado, se plantea el desarrollo de sistemas catalíticos con resistencia mejorada a los procesos de desactivación. Para ello se prepararán y caracterizarán nuevos catalizadores bimetálicos nanoestructurados de niquel depositados en soportes como ceria, alumina y alumina/ceria, así como soportes mesoporosos de tipo SBA-15, dopados con ceria y alumina. Como segundo metal se utlizarán cobalto o hierro. Paralelamente, se realizará un estudio de la reacción de reformado por vía fotocatalítica utilizando sistemas de Cu, Pt y Ni depositados en soportes activos clásicos como titania o ceria, así como otros de más reciente desarrollo, como son Ga2O3, nitruro de carbono o grafeno. En este caso, se pretende igualmente explorar las posibilidades de la activación fotoquímica para la reacción de oxidación preferencial de CO (foto-PROX) en presencia de hidrógeno, de utilidad en los procesos de purificación de hidrógeno procedente del gas de síntesis. Se incidirá en la preparación de sistemas con una estructura de de bandas apropiada para el control de esta oxidación selectiva de CO.

     En cuanto a los procesos de conversion directa, se estudiará la reacción de DOM usando O2, H2O2 o N2O como activadores de la reacción, en combinación con sistemas basados en Au/Pd, Fe, Cu y/o Ni depositados en soportes como zeolitas ZSM-5, grafeno y TiO2. En este último caso, utilizando Au/Pd como fase metálica activa en presencia de H2O2 como especie oxidante se planteará la posibilidad de combinar la síntesis in situ de agua oxigenada con la posterior oxidación directa de metano. Igualmente, se explorará el proceso de oxidación fotocatalítica de metano a metanol como una alternativa novedosa y altamente atractiva. En este caso, el uso de nuevos fotocatalizadores de oxidación como el BiVO4 así como la presencia de mediadores redox permitirán controlar la oxidación selectiva a metanol.

    Algunos sistemas estrechamente relacionados con los anteriores, y en particular los basados en Mo soportados en zeolitas ZSM-5 y MCM-22, se utilizarán para el estudio de la reacción de aromatización de metano. La proporción de aluminio, el porcentaje de molibdeno y su activación en la estructura microporosa del soporte, así como la adición de promotores como Ga, Tl o Pb serán algunas de las variables a optimizar para esta reacción. De forma paralela se podrá estudiar el proceso de aromatización fotoinducido, recientemente descrito por algunos autores.

La generación de energía a partir de fuentes ambientales ha generado un enorme interés pues ofrece una slución energética para aplicaciones de bajo consumo tales como sensores inalámbricos, dispositivos portátiles, implantes biomédicos o dispositivos de monitorización estructural o medioambiental. Por ejemplo, se considera que el número de dispositivos de uso diario conectados a internet se estima 50.000 millones para el año 2020. La mayoría de estos dispositivos (“internet of things”) son de un tamaño muy reducido o se encuentran integrados en otros equipos mayores.  La manera más sostenible de proporcionar energía a estos dispositivos es la autogeneración, de tal manera que no sea necesario recargarlos durante toda su vida útil. En este sentido, la generación de energía a partir de vibraciones ambientales es particularmente atractiva pues es una fuente de disponibilidad casi ilimitada y extraordinariamente barata al producirse por fuentes tales como las partes móviles de equipos, fluidos o incluso personas. Los generadores piezoeléctricos de escala nanométrica, también conocidos como nanogeneradores, son capaces de convertir vibraciones a pequeña escala en energía eléctrica, y por tanto son candidatos para reemplazar baterías que requieran una recarga constante, las cuales no se redimensionan con facilidad a muy pequeño tamaño   La generación de energía mediante nanogeneradores piezoeléctricos es una tecnología emergente y esta propuesta se basa en la preparación de materials novedosos polímero-cerámica con propiedades piezoeléctricas que puedan utilizarse para diseñar dispositivos baratos, medioambientalmente limpios y que se puedan integrar fácilmente como nanogeneradores en dispositivos electrónicos.

El proyecto INPHOFLEX se enmarca en la búsqueda de ese aumento de eficiencia sin alterar completamente las propiedades de transparencia y flexibilidad. El grupo liderado por el Dr. Míguez en el Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla ha conseguido recientemente un aumento significativo sin perder la transparencia, mediante la introducción de estructuras fotónicas en la celda. Este proyecto continúa en esa senda de investigación y se basa en la hipótesis de que insertando nuevas estructuras ópticas flexibles en la celda se conseguirá el aumento deseado de eficiencia sin perder transparencia ni flexibilidad. Es en este contexto que se incorpora al grupo el Dr. Yuelong Li, experto en el desarrollo de celdas solares flexibles y autor de los principales trabajos en ese campo. El objetivo general del proyecto se afrontará a través de los siguientes objetivos y líneas de investigación integradas en el presente proyecto:

- Objetivo 1. Preparación de las celdas solares flexibles altamente eficientes y transparentes a través de la integración de nuevas estructuras fotónicas flexibles porosas sobre la capa de recolección de luz. Se prepará la nanoestructura óptica sobre el electrodo flexible. Las propiedades mecánicas de la estructura han de ser tales que la celda resultante debe ser estable contra la flexión y estiramiento.
- Objetivo 2. Preparación de las celdas solares flexibles altamente eficientes y transparentes a través de la integración de nanoestructuras fotónicas flexibles de polímero para que actúen como espejos traseros. Se fabricará una nanoestructura fotónica flexible para ser transferida sobre la parte trasera de la celda de manera que actúe como retroreflector. Se trata de un espejo de bajo peso y capaz de resistir la flexión de la misma sin perder calidad óptica.
- Objetivo 3. Preparación de las celdas solares altamente eficientes y flexibles mediante la integración de dispersores aleatoriamente distribuidos: diseño de una estructura desordenada que maximice la absorción de la luz y la captura electrónica a la vez que preserve parcialmente la transparencia. Se introducirán en el electrodo centros dispersores, desordenadamente distribuidos y de un tamaño y forma bien definidos, con el propósito de controlar el transporte difuso de luz a través de la celda para maximizar la probabilidad de absorción así como la eficiencia de captura electrónica. Se trabajará también para que los diseños de dispersión propuestos preserven una buena parte de la transmisión de la luz de forma difusa, de manera que la celda solar resultante deje pasar parte de la claridad.
El presente proyecto comprende el desarrollo de tanto del diseño teórico óptico de las nanoestructuras fotónicas optimizado para la obtención de la máxima eficiencia, así como la realización experimental de las nanoestructuras y de los ulteriores dispositivos fotovoltaicos.

El tema central del proyecto aborda la exigencia tecnológica mediambiental de desarrollar metodologías avanzadas para la eliminación de agentes contaminantes. El interés y los esfuerzos encaminados al desarrollo de nuevas tecnologías orientadas a tratamientos más eficientes en la inmovilización y revalorización de los residuos peligrosos es crecientes en los planes de I + D + i de los últimos años. Es en este escenario donde debe encuadrarse el presente proyecto y en concreto en el marco de la gestión de cationes de metales pesados, tema de elevado interés social en la presente década.

Desde la segunda mitad del siglo XX la Humanidad se ha enfrentado a un enorme desarrollo científico y tecnológico que es el responsable de un incremento de la contaminación mediambiental. Como ejemplo podemos mencionar dos problemas que en la actualidad son motivos de preocupación y actuación de la Junta de Andalucía: contaminación de los litorales andaluces y las aguas residuales urbanas. Por tanto, estamos ante un problema complejo en el que los agentes contaminantes son variados, las fuentes de procedencia son diversas y las vías o rutas seguidas por los distintos contaminantes, frecuentemente, escapan al control necesario para evitar efectos indeseados sobre el entorno natural y urbano. Es por ello, que se demanda una investigación a nivel básico y aplicado de los mecanismos necesarios para la inmovilización de dichos cationes nocivos.

Los objetivos y alcance de este proyecto se basan en los avances llevados a cabos por otros grupos de investigación de la gestión de estos tipos de contaminantes y en los últimos resultados de la investigación llevada a cabo por el equipo de investigación que han permitido el diseño de silicatos laminares expansibles de alta carga con especiales propiedades como precursores para la retención de residuos nocivos. Por tanto, se propone en este proyecto la organofuncionalización de dichas micas sintéticas con grupos tioles o con cationes de alquilamonio de longitud de cadena variable y la evaluación de su capacidad de adsorción y retención irreversible de metales pesados.

El objetivo del proyecto es el diseño, desarrollo, prototipado y validación de un sistema híbrido de cilindro parabólico termosolar- fotovoltaico que permita el almacenamiento y la gestionabilidad de la energía solar generada. Dicho sistema estará caracterizado por generar electricidad a menores costes que la tecnología estándar termosolar, de forma que el sistema integrado de concentración posea una mayor eficiencia.

El sistema híbrido consiste en un sistema cilindro parabólico termosolar y un receptor fotovoltaico de baja concentración. Entre estos dos componentes se sitúa un filtro dicroico de separación espectral, que recibe la luz reflejada del espejo primario del cilindro parabólico y permite la separación selectiva del espectro solar, dirigiendo una parte del mismo hacia el receptor fotovoltaico y el resto hacia el tubo absorbedor térmico. Dicho filtro dicroico se caracteriza por enviar al receptor fotovoltaico los fotones de luz con una longitud de onda a la cual dicho semiconductor opera más eficientemente, lo que conlleva a que el sistema integrado propuesto posee una mayor eficiencia que las tecnologías convencionales actuales, redundando en una mayor competitividad en costes. El sistema presenta además, por su parte termosolar, la capacidad de entrega de la energía de manera gestionable, permitiendo su almacenamiento para su introducción en la red eléctrica durante las franjas horarias en los que es más conveniente para el sistema.

Este proyecto persigue el desarrollo de una nueva generación de sistemas responsivos y sensores de baja dimensión que integren capas delgadas nanoestructuradas con propiedades ópticas y eléctricas controladas preparadas mediante técnicas innovadoras de vacío y plasma. Los principios básicos de la deposición física en fase vapor (PVD) en configuración oblicua (OAD) se extenderán a técnicas de plasma y de pulverización catódica para producir capas con porosidad controlada que interactúen  eficientemente con el medio. Se propone también la combinación de estas técnicas con otras tecnologías novedosas de plasma, como  la deposición por plasma a presión atmosférica o mediante evaporación-polimerización, para conseguir un control estricto sobre la nanoestructura y las propiedades finales de sistemaas complejos. Mediante estas tecnologías se prepararán capas finas nanoestructuradas de metales y óxidos, multicapas apiladas y nanoestructuras tipo "composites" e híbridas que, a continuación, se caracterizarán mediante microcopías electrónicas avanzadas y de proximidad, entre otras técnicas. Para encontrar nuevas rutas de procesado de capas porosas con morfologías y propiedades "a medida" y posibilitar su escalado a nivel industrial, se propone estudiar los mecanismos fundamentales que gobiernan el crecimiento de las películas a fin de modificarlos convenientemente. Conjuntos  ordenados y homogéneos de estas estructuras se emplearán como sensores de gases y líquidos a temperatura ambiente, dispositivos microfluídicos responsivos y etiquetas inteligentes. Para estas y otras aplicaciones, las capas finas porosas soportadas se funcionalizarán convenientemente con nanopartículas metálicas, cadenas moleculares ancladas o capas de  materiales poliméricos. Asímismo, se contempla su apilamiento en forma de estructuras fotónicas verticales.  Para la implementación de estas estructuras en forma de micro-dispositivos  que actúen como sensores avanzados, se desarrollarán microreactores y sistemas responsivos mediante estrategias novedosas de integración, basadas en la deposición mediante evaporación de capas eliminables de NaCl. Estos sistemas incluirán también transductores fotónicos, eléctricos y/o electroquímicos que permitan el desarrollo de dispositivos finales capaces de detectar i) oxígeno y cloro en disolución, ii) glucosa y materia orgánica en el agua, iii) vapores y gases  en aire, o iv) etiquetas inteligentes que cambien como respuesta al medio.  Se prevén aplicaciones específicas para el control del medio ambiente en aire y aguas, emplazamientos industriales e invernaderos, procesos agroindustriales  tales como la fermentación, así como para el seguimiento y la trazabilidad de diferentes tipos de mercancías y alimentos. Se espera que la combinación de nuevos descubrimientos científicos en el campo de la tecnología de capas delgadas y el de nuevos principios de integración a las escalas micro y nano abran nuevas áreas de investigación con alto impacto en diversos campos y tecnologías facilitadoras tales como la fotónica, la nanotecnología o los materiales avanzados, así como en tecnología de plasma y microfluídica.     

La importancia del control de las emisiones de partículas en  motores diésel es fundamental dados el  volumen global  de los mismos y el impacto medioambiental y económico asociado. Los sistemas de control de partículas basados en modificaciones del proceso de combustión en el motor no son suficientes para alcanzar las exigencias normativas actuales, y menos las futuras, y por tanto necesariamente hay que emplear sistemas de postratamiento como los filtros. Existe un amplio margen de mejora de los mismos tanto en fiabilidad, control de la degradación de prestaciones, durabilidad, operación multicombustible y reducción de costes.

En el presente proyecto se abordará el desarrollo y fabricación de un filtro de partículas regenerativo en motores diésel que mejore las especificaciones de los sistemas actuales, basado en una nueva generación de materiales cerámicos bioderivados, y que integre sistemas para la combustión de partículas. Para ello se aprovecharán las sinergias integrando investigadores del: i) Grupo Maquinas y Motores Térmicos, GMTS, especialistas en motores de combustión interna ii) Grupo Materiales Biomiméticos y Multifuncionales, MBM, especialistas en la obtención de cerámicos porosos bioderivados, así como en caracterización físico-química y microestructural. El proyecto se completa con la colaboración de empresas en la evaluación de la tecnología y su aplicabilidad industrial.

Se trabajará en las siguientes líneas:

-Determinación de rutas de procesado para el desarrollo de elementos filtrantes con propiedades físico‐químicas idóneas, en base a los conocimientos previos en materiales bioderivados y nuevas tecnologías relativas al uso de geles de SiO2.
-Determinación de catalizadores idóneos y sistemas para su deposición.
-Fabricación de los elementos filtrantes constituidos de soporte poroso más catalizador.
-Caracterización exhaustiva de las propiedades microstructurales y físico-químicas de interés para la aplicación.
-Desarrollo de sistemas de activación para la regeneración del filtro.
-Diseño y fabricación de los filtros con geometría idónea y dimensiones prototipo.
-Diseño de la unidad piloto y estudio de la integración y operación sobre el motor de referencia.
-Diseño final del filtro para su instalación industrial.

Estudios previos desarrollados por MBM en estos materiales bioderivados han demostrado su potencialidad como elementos filtrantes de gas a altas temperaturas en plantas de gasificación de carbón, lo que avala el éxito de este proyecto, que abordará las mejoras necesarias para desarrollar la tecnología en las condiciones de combustión de los motores diésel, bajo condiciones dinámicas en vehículos y filtros regenerativos.

Una reducción de contaminantes en las emisiones de los motores diésel tendría un gran impacto medioambiental, para la salud y económico, debido a los cerca de 100 millones de vehículos diésel circulando en Europa y una industria vinculada con más de 2 millones de empleos directos y tendencia creciente en el mercado. Este proyecto aborda el Reto Social 3 del Horizonte 2020, Energía segura, limpia y eficiente. Además el uso de materiales biocerámicos permite la sustitución de los elementos metálicos empleados en la actualidad, por lo que también se alinea  con el Reto Social 5 del Horizonte 2020 en la búsqueda de alternativas a las materias primas esenciales en aplicaciones ya existentes reduciendo la dependencia de importaciones y sostenibilidad de las aplicaciones.

En esta actividad se pretende desarrollar una serie de nuevos materiales y procesos basados en marcado por láser para el desarrollo de un nuevo sistema de marcaje y etiquetado “inteligente” capaz de lograr una mejora en los procesos de control y de la trazabilidad de productos agropecuarios.

El objetivo de este proyecto es el desarrollo de nuevos sistemas micro/nano fluídicos integrados y robustos que permitan la incorporación fiable de tests de control, sensorización y/o análisis rápido de productos agroalimentarios, fundamentalmente líquido o productos solubles. La tecnología a desarrollar se intenta aplicar tanto para el control de productos finales como durante las etapas de elaboración de los mismos. En concreto, un nicho de aplicación que directamente que se abordará dentro del proyecto es el control de procesos de fermentación, con el desarrollo de nuevos transductores fluídicos integrados que permitan la detección cuantitativa de glucosa y/o otros azúcares mediante desarrollos electroquímicos y fotónicos en dispositivos microfluídicos y similares.

El presente proyecto de investigación tiene por objeto el estudio de la viabilidad de la implementación de un proceso a escala planta piloto que permita obtener un material bioplástico a partir de una materia prima asequible y de bajo coste como son los desechos de pieles (epidermis) de frutos. La oportunidad de la propuesta parte de proponer un nuevo tipo de material polimérico completamente inocuo, biodegradable y ecológico como sustituto de plásticos tradicionales obtenidos a partir del petróleo que conllevan un serio problema medioambiental, tanto en su producción industrial como en su posterior desecho. Por otro lado, el concepto de sostenibilidad medioambiental se extiende no sólo a la biodegradabilidad del producto final y al bajo impacto del proceso de producción propuesto, también a su obtención a partir de un recurso vegetal que no se retrae de la cadena alimenticia animal y humana, como es el caso de los bioplásticos que se vienen fabricando actualmente a partir de maíz o patata. Por otro lado, y en nuestro ámbito territorial andaluz, la materia prima es especialmente accesible dado el volumen de la actividad agroalimentaria. En este mismo sentido, el nuevo bioplástico podría paliar un importante problema de eliminación de residuos plásticos en explotaciones agrarias ya que se concibe como plenamente compostable y, por tanto, capaz de generar biomasa asimilable por la siguiente generación de plantas. El producto propuesto viene, además, a completar la gama de polihidroxialcanoatos (PHA) a los miembros de la serie obtenidos a partir de polihidroxiácidos de cadena larga. Las propiedades singulares de esta nueva familia puede ser un buen complemento de los ya conocidos y podría dar lugar a aplicaciones novedosas y de mayor valor añadido.

Hoy en día no existen dudas acerca de que la concentración de gases de efecto invernadero, en particular la de CO2, está aumentando de manera considerable en la atmósfera terrestre. Para evitar este aumento continuado se debe aumentar la eficiencia en la producción de energía, disminuir la intensidad del uso de las fuentes fósiles y, finalmente, potenciar la captura y secuestro del CO2. Todo esto debe conseguirse manteniendo el crecimiento económico y la calidad de vida. En consecuencia, si tenemos en cuenta el desarrollo de las naciones menos industrializadas y el intensivo consumo energético necesario para aumentar su nivel de vida, la captura y secuestro de CO2 parece la alternativa más favorable.
En el presente proyecto se propone la utilización del CO2 como materia prima para el reformado de gas natural como paso previo a la obtención de combustibles líquidos sintéticos. Usando tecnologías convencionales, esta propuesta sólo es económicamente viable asociada a grandes reservas de gas natural. Sin embargo, la tecnología de microcanales permite abordar la síntesis de combustibles sintéticos de forma discontinua y con capacidad de producción flexible de modo económicamente viable. Para ello, es necesario el diseño, caracterización y ensayo de catalizadores activos, selectivos y estables en la reacción de reformado de metano con vapor y CO2:

CO2 + 3CH4 + 2H2O  → 4CO + 8H2

La selección de estos catalizadores culminará con la estructuración de los mismos utilizando soportes metálicos con microcanales paralelos (micromonolitos) a fin de establecer las condiciones necesarias para, en un futuro, la construcción de reactores de microcanales.

El hidrógeno como vector de transporte y almacenamiento de energía es un candidato muy atractivo en el contexto de un mayor uso de las energías renovables y limpias. En el presente proyecto se abordará el estudio de los distintos procesos que conducen a la configuración final integrada de sistemas de generación y uso del hidrógeno principalmente en aplicaciones portátiles (y potencialmente escalables para aplicaciones estacionarias). En particular se trabajará en este proyecto en las siguientes líneas de actuación:
a) Investigación en nuevos compuestos ligeros para su uso en procesos de generación de hidrógeno en pequeña escala por vía química (hidrólisis). Típicamente reacciones de hidrólisis de borohidruros (i.e. NaBH4) y compuestos tipo borano de amoníaco, hidrazinas ó borano hidrazina. Este area incluye el desarrollo de catalizadores en la nanoescala utilizando métodos de vía húmeda para su síntesis: Nanoestructuras metal-metaloide (tipo Co-B, Co-B-P y similares) y catalizadores bimetálicos (que incluyan ó no metaloide) de bajo coste potenciando efectos sinérgicos (tipo CoRu, NiPt ó Co-Ru-B). Incluye también el desarrollo de reactores portátiles para estos procesos y el desarrollo de nuevos sustratos y monolitos, estudios de adherencia del catalizador y durabilidad.
b) Investigación en nuevos sistemas anfitrión-huésped (host-guest) que contengan hidrógeno para el almacenamiento reversible (carga/descarga). Principalmente soportes (anfitrión) porosos del tipo “nanoscaffolds” (basados en C ó BN) infiltrados con borohidruros (huésped) (i.e. borohidruro de titanio) típicamente utilizados para el almacenamiento reversible de hidrógeno. Estos nuevos materiales deben presentar cinéticas de carga y descarga mejoradas.
c) Estudios de acoplamiento de un sistema generador de hidrógeno de bajo coste a una celda de combustible. Típicamente un reactor continúo para la hidrólisis del NaBH4 con catalizador Co-B que suministra H2 en condiciones de flujo constante para alimentar directamente una pila de combustible tipo PEM de 60 W.
d) Estudios fundamentales para el desarrollo de catalizadores y soportes para la combustión controlada de hidrógeno. Es una línea nueva en el grupo de investigación que se basa en preparar por vía húmeda catalizadores nanoparticulados de metal noble sobre soportes comerciales de cerámicas porosas (tipo SiC). Incluye el diseño de un reactor para el estudio en escala laboratorio de la producción de calor por combustión controlada de hidrógeno.
e) Desarrollo de la tecnología de pulverización catódica (“magnetrón sputtering”) para la preparación de catalizadores y nano-estructuras sobre diversos sustratos de aplicación en los procesos desarrollados en los apartados anteriores. El grupo tiene una amplia experiencia en esta tecnología que se aplicaría de manera novedosa en este proyecto permitiendo una gran versatilidad en cuanto a la nanoestructura, composición y aditivos para mejorar la actividad, durabilidad y selectividad de los catalizadores.
f) Caracterización microestructural y química de los nuevos materiales y catalizadores desarrollados en el proyecto. Se trata típicamente de materiales con una nanoestructura controlada en donde las modernas técnicas nanoscopicas van a jugar un papel fundamental en la fabricación a medida de estos materiales.
 

En este proyecto se estudiarán las modificaciones que tienen lugar tanto en la absor-ción como en la emisión ópticas de nanomateriales de diverso tipo (nanopartículas dopadas con tierras raras, nanopartículas semiconductoras, nanopartículas metálicas, films de coloran-tes orgánicos de grosor nanométrico) por el hecho de encontrarse éstos formando parte de una estructura fotónica en la que tienen lugar fenómenos ópticos complejos. El estudio se realizará tanto desde el punto de vista fundamental como aplicado, centrándose en materiales que tengan interés en distintos campos de la tecnología actual tales como células solares, sensores o dispositivos emisores de luz. La motivación principal de este proyecto desde el punto de vista aplicado radica en la posibilidad de modificar controladamente estos procesos de absorción y emisión, de tal modo que puedan inhibirse o amplificarse según convenga a un fin determinado. En concreto, se pretende poner en práctica estos nuevos fenómenos para el diseño de células solares más eficientes, capaces de recolectar una mayor cantidad de la radiación incidente, y en el desarrollo de films para sensores sensibles a modificaciones de distinto tipo en su entorno, tales como presencia de analitos de distinto tipo, variaciones en la presión del vapor ambiente, etc.... Del mismo modo, y basándonos en los exitosos resultados del proyecto MAT que ahora termina, pretendemos preparar materiales en los que tengan lugar mecanismos más eficientes de extracción de luminiscencia y que puedan emplearse en dispositivos emisores de luz. Nuestro proyecto incluye en esta ocasión como objetivo el desarrollo de pequeños dispositivos prototipo en los que se pongan en práctica los conceptos que están siendo investigados.
En su aspecto más fundamental, nuestra propuesta ahonda en el análisis de la interacción entre luz y materia en sistemas en los que existe una fuerte dispersión y anisotropía de la constante dieléctrica, y en los que es posible obtener bajas velocidades de propagación de fotones. Para este análisis se emplearán distintos tipos de estructuras fotónicas porosas, tales como cristales fotónicos con orden uni- y tri-dimensional o materiales formados por partículas desordenadas, como matrices en los que se infiltrarán nanomateriales tanto orgánicos como inorgánicos en diferentes configuraciones y cuya absorción y emisión serán estudiadas.
Aunque este proyecto tiene un carácter fundamental tanto por la naturaleza de las técnicas de preparación como de los complejos fenómenos ópticos que pretenden explorarse, es nuestro objetivo estratégico continuar generando y transfiriendo propiedad intelectual basada en los nuevos conceptos, propiedades y diseños objeto de nuestra investigación.
 

En el presente proyecto se plantea el desarrollo de una serie de catalizadores nanoestructurados basados en metales de transición tales como Ni, Cu, Au o Pd, y depositados en soportes activos (TiO₂, CeO₂, WO₃, Fe₂O₃ y soportes mesoporosos como SBA-15 dopado con titania y ceria). Se utilizarán métodos de preparación convencionales (impregnación, deposición-precipitación, etc.), junto con procedimientos de síntesis de desarrollo más reciente, como métodos sol-gel y, muy especialmente, el denominado Fotodeposición Asistida Fotoquímicamente (Photochemical Assisted Deposition, PAD). De esta forma, esperamos controlar de manera rigurosa a la escala nanométrica tanto el tamaño de la partícula metálica y/o bimetálica, como la interacción metal-soporte. En el caso concreto del método PAD, uno de los objetivos principales del proyecto es el estudio y la optimización de las variables del proceso de deposición de manera que, además de controlar el tamaño de la partícula metálica desde diámetros en torno a 15nm hasta sistemas atómicamente dispersos sobre soportes activos como ceria o titania, nos permita diseñar la distribución de los metales en la partícula metálica, haciendo uso de procesos controlados de fotodeposición consecutivos y/o simultáneos de los metales. Esta metodología debe permitir la obtención de distribuciones metálicas de tipo core-shell o aleadas, lo que como es conocido, puede llegar a afectar de manera fundamental a las prestaciones catalíticas. Estas prestaciones serán comprobadas en diferentes reacciones de interés energético y/o medioambiental, tanto en fase gas como en fase líquida. Así, los sistemas basados en niquel y oro se utilizarán en las reacciones de reformado húmedo y seco de metano (Steam and Dry Methane Reforming, SRM/DRM) y la oxidación selectiva de CO (Preferential Oxidation of CO, PROX), respectivamente. Los sistemas mono y bimetálicos basados en paladio y paladio-oro serán utilizados para la optimización de la reacción de síntesis directa de agua oxigenada a partir de hidrógeno y oxígeno, realizada en fase líquida a alta presión. La correlación entre el estado físico-químico y la reactividad de los sistemas catalíticos nos permitirá aclarar aspectos fundamentales de los mecanismos de las reacciones heterogéneas propuestas.

El objetivo de este proyecto de investigación es el estudio y determinación de las interacciones que se ponen de manifiesto entre las moléculas de ácidos carboxílicos lineales de cadena larga en función del nivel y tipo de funcionalización con grupos hidroxilos. Para ello se proponen sistemas modelos basados en capas autoensambladas de estas moléculas sobre un soporte plano de baja energía de interacción para que sean las propias interacciones intrermoleculares las que condicionen la estructura del empaquetamiento. La metodología de estudio de estos sistemas confinados combinará, fundamentalmente, las microscopías de sonda de proximidad, las simulaciones atomísticas de dinámica molecular y el análisis químico por espectroscopía infrarroja. La información fundamental obtenida se empleará para el diseño de una ruta de síntesis química de poliésteres miméticos a la cutina vegetal, un biopolímero de barrera hidrófobo, inocúo y completamente biodegradable. Se determinarán las propiedades físicas (mecánicas, permeabilidad, de transporte iónico, etc…) y químicas (grado de esterificación, degradabilidad, etc…) de estos materiales sintéticos y se relacionarán con sus estructuras primarias (red de enlaces ester) y secundarias (interacciones por puente de hidrógeno entre grupos hidroxilos  remanentes). A partir de esta relación estructura-función, se modificará el protocolo de síntesis empleando elementos no propagadoras del  entrecruzamiento de la red primaria (moléculas con bajo grado de hidroxilación) y modificadores de de la red secundaria (ácidos carboxílicos con distinto grado de hidroxilación), con vistas a la obtención de polímeros con propiedades “a la carta”. Finalmente, se explorará el potencial de  aplicación de estos poliésteres sintéticos como sustitutos de plásticos obtenidos a partir de hidrocarburos con vistas a reducir residuos, tanto en el proceso de fabricación como los asociados a su desecho.

Los materiales cerámicos preparados a partir de precursores poliméricos, más conocidos por las siglas PDC (polymer derived ceramics), constituyen un tema de gran interés actual. Estos materiales se preparan a partir de un polímero, que se somete a un proceso de curado previo a su descomposición térmica a temperaturas relativamente suaves si se comparan con las requeridas en un procesado cerámico convencional a partir de precursores en polvo. Este método presenta la ventaja de conducir directamente al producto final consolidado sin requerir el complejo proceso de compactación requerida por los métodos convencionales de procesado cerámico. Es por lo tanto un método "near-net shape". Estos materiales presentan propiedades eléctricas, termomecánicas y de resistencia a la oxidación muy interesantes que le confieren un amplio potencial de aplicaciones que abarcan desde la nanotecnología a la aeronáutica. Sin embargo, una limitación importante en la síntesis de estos materiales radica en la dificultad de controlar la velocidad de descomposición térmica de la pieza precerámica polimérica de modo que no se produzcan defectos, tales como fracturas, que hacen inservible el material. En este proyecto se propone el uso de los métodos de control inteligente de temperatura para el procesado de estos precursores poliméricos precerámicos. En estudios previos hemos puesto de manifiesto las ventajas de esta metodología para controlar la estructura y microestructrura de productos preparados a partir de transformaciones térmicas de precursores y para estudios cinéticos de reacciones en estado sólido. Así mediante el uso de los métodos de control inteligente de temperatura pretendemos obtener PDC libres de defectos, estudiar la influencia de las condiciones de la preparación en la nanoestructura de los productos y ahondar en el conocimiento de los procesos de conversión polímero-cerámica, con especial hincapié en el estudio de las cinéticas de los procesos involucrados. Los productos obtenidos se caracterizarán en cuanto a su nanoestructura y propiedades, en particular el coeficiente piezoeléctrico, la capacidad de inserción de litio y la resistencia a la oxidación.

En este proyecto se desarrollarán recubrimientos nanoestructurados por la técnica de magnetron sputtering para lubricación de componentes mecánicos en aplicaciones aeroespa-ciales. Estos materiales deben proporcionar protección frente al desgaste y baja fricción cuando se usen en condiciones atmosféricas o vacío. Los sistemas elegidos para lograr este compromiso están formados por nanocristales de WC dispersados en una fase amorfa de dicalcogenuro (WS2 or WSe2). Estos lubricantes se esperan que pueden mejorar la resistencia al desgaste, mecánica y a la oxidación en comparación con los recubrimientos convencionales (MoS2 or DLC) usados para estos fines.

En la actualidad, los procesos industriales utilizados para la transformación de muchos compuestos utilizados en el campo de las fragancias y los aromas ofrecen bajos rendimientos y generan una enorme cantidad de residuos peligrosos, que requieren varias etapas de segregación y tratamiento de los mismos durante el proceso. La mayor parte de estos procesos se basan en reacciones de oxidación/reducción de compuestos estequiometricos, o están basados en sistemas de catálisis homogénea, los cuales presentan inconvenientes asociados con la corrosión, la recuperación del catalizador de la mezcla de reacción y su regeneración para su posible reutilización. En este contexto “eco-amigable”, existe un interés creciente para el uso de oxidantes menos contaminantes, tales como el peróxido de hidrógeno o el oxígeno molecular, y la integración de dichos oxidantes en sistemas de catálisis heterogénea. Obviamente uno de los mayores retos que presentan las reacciones basadas en sistemas catalíticos es lograr el máximo rendimiento (producto de conversión por selectividad) con objeto de reducir el consumo de reactivos (materias primas), y minimizar los procesos de separación y eliminación de subproductos no deseados fruto de la ineficacia del proceso. En este tipo de reacciones (con compuestos principalmente orgánicos, muchos de origen natural), no es, en general, difícil obtener una alta conversión, pero dado que estos compuestos presentan multiples funcionalidades y/o puntos susceptibles de ser oxidados , el reto se centra en la obtención de una alta selectividad, generalmente incluso a nivel enantiomérico.

En el marco del proyecto, se han seleccionado procesos de interés en la industria cosmética y alimentaria, con objeto de conseguir el desarrollo a escala industrial de procesos basados en sistemas de catálisis heterogénea para la obtención de compuestos intermedios de gran valor añadido en el mercado de los perfumes y aromas, como son, entre otros, el proceso de obtención de la l-carvona a partir de la oxidación catalítica del d-limoneno.

En el proyecto PLASMATER abordamos el desarrollo de nuevos procesos basados en plasmas para controlar la nanoestructura, porosidad y morfología superficial de películas del-gadas, con el objetivo de mejorar sus funcionalidades para aplicaciones finales. En las técnicas de deposición de películas delgadas asistida por plasma, las cantidades que definen la deposi-ción, tales como la potencia electromagnética empleada, presión de los gases, etc., definen las propiedades del plasma, que a su vez, y a través de procesos no-lineales y fuertemente acoplados entre sí, produce el crecimiento de la película delgada en un porta-substrato. La complejidad de todos estos procesos ha dado lugar a que existan multitud de relaciones de carácter empírico entre cantidades controlables experimentales y las nanoestructuras crecidas, sin que haya una explicación clara sobre los mecanismos que controlan dicho crecimiento, y la conexión entre ambas. Este conocimiento es esencial para proponer modificaciones en las condiciones de la deposición que permitiesen un mayor control y versatilidad a la hora de sintetizar películas delgadas nanoestructuradas. En PLASMATER nos proponemos desarrollar herramientas para controlar procesos en plasmas y obtener capas nanoestructuradas y sistemas 1D de TiO2 y ZnO soportados en subs-tratos, para mejorar propiedades funcionales tales como foto-actividad o propiedades de mojado, entre otras. Se explorarán tres aspectos relacionados entre sí: i) diagnosis completa de la fase gaseosa (plasma y vaina) y caracterización de la nanoestructura de los materiales depositados, ii) estudio de las funcionalidades de dichos materiales, y iii) el desarrollo de códigos numéricos predictivos, a partir de los cuales se desarrollen nuevos protocolos que permitan un mayor control sobre la nanoestructura del material y, por lo tanto, sobre las funcionalidades. El uso de modelos predictivos tiene una gran relevancia debido a que, hasta nuestro conocimiento, i) será la primera vez en la literatura que se dé una visión completa del proceso de deposición y nanoestructuración de estas películas delgadas basada en fenómenos fundamentales, a partir del valor de las cantidades experimentales de control (potencia electromagnética empleada, presión de los gases, etc.), y ii) se utilizará el modelo para proponer modificaciones en el proceso de deposición que ayuden a controlar los procesos de nanoestructuración de la película y proveer de más flexibilidad y versatilidad a los materiales depositados con vista a mejorar sus funcionalidades. Para desarrollar el proyecto PLASMATER nos proponemos seguir una estrategia mixta simulación/diagnosis experimental del proceso de deposición para desarrollar interactivamente los modelos de crecimiento en múltiples condiciones. Se considerará el estudio de las diferentes escalas espaciales en el problema, desde el propio plasma (escala típica de decenas de centímetros), la vaina del plasma (por debajo de 1 milímetro), y la superficie del material (decenas de nanometros), y se utilizarán herramientas de diagnostico avanzado del plasma y de la película delgada que ayudarán al desarrollo del proyecto. Por último, la investigación también se centrará en encontrar las condiciones experimentales que permitan obtener la mejores propiedades de las capas con vista a optimizar sus aplicaciones tecnológicas e industriales.

El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de una nueva generación de materiales nanoestructurados alternativos al TiO2 que presenten una alta fotoactividad en la región del visible y que puedan ser utilizados de forma competitiva y eficiente en procesos de tratamiento de efluentes líquidos y gaseosos mediante el aprovechamiento de la luz solar. El presente proyecto pretende desarrollar nuevos sistemas de nanocatalizadores heterogéneos basados en Bi3+ (Bi2WO4, Bi2MoO6, BiVO4, Bi3O4Cl, CaBi2O4, PbBi2Nb2O9,…) que presenten unas propiedades optoelectrónicas adecuadas para el aprovechamiento de la energía solar en el rango del visible (Fotocatálisis Solar) y que al mismo tiempo exhiban unas propiedades fisicoquímicas mejoradas que optimicen el proceso fotocatalítico desde el punto de vista de difusión y transferencia de portadores de carga fotogenerados.

El tema central del Proyecto aborda la exigencia tecnológica medioambiental de desa-rrollar metodologías avanzadas para la eliminación de agentes contaminantes. El interés y los esfuerzos encaminados al desarrollo de nuevas tecnologías orientadas a tratamientos más eficientes en la inmovilización y revalorización de los residuos peligrosos es crecientes en los planes de I + D + i de los últimos años. Es en este escenario donde debe encuadrarse la presente propuesta, circunscrita en dos hallazgos básicos experimentales: el diseño de silicatos laminares expansibles de alta carga con una distribución controlada de sus centros activos que le confieren especiales propiedades como precursores para el diseño de materiales eficaces en cuanto a la retención de residuos nocivos y radiactivos, y la obtención de fases disilicatos insolubles en condiciones suaves, apropiadas para la inmovilización de dichas especies. Dicho objetivo representa un cambio cualitativo en el trabajo que se viene desarrollando en cuanto a su aplicación a residuos radioactivos y tóxicos reales, de una parte, y en cuanto a la aplicación de la metodología desarrollada en sistemas modelos a silicatos de utilidad, de otra. Los objetivos se adecuan, en general, a las líneas prioritarias de Investigación básica de Química, en concreto en el área de Química Inorgánica (Química del Estado Sólido) y Química Medioambiental, pero a pesar de su carácter básico posee un carácter aplicado que se adecua a diversas líneas de investigación de Química Orientada y ha despertado el interés de diversas empresas observadoras (ENRESA, BEFESA y ALQUIMIA). Estos objetivos requieren el desarrollo de técnicas de análisis sofisticado como la Resonancia magnética Nuclear de Sólido, la Difracción de Rayos-X bajo atmósfera controlada o espectroscopia gamma de bajo recuento, teniendo en cuenta el objetivo particular de dicha área de usar la tecnología instrumental y experimental para el estudio de materiales, satisfaciendo además el objetivo O2.5 (Potenciar la disponibilidad de infraestructuras de uso interdisciplinar y de uso compartido por los distintos agentes del sistema) del plan nacional de I+D+i 2008-2011. La viabilidad de la propuesta se garantiza, en primer lugar, porque el EI ha publicado recientemente la síntesis de silicatos laminares hidratables de alta carga, donde describe un método a partir del cual se puede ajustar la carga deseada para el material; en segundo lugar, el EI posee una dilatada experiencia en el diseño de mecanismos de síntesis de silicatos, como se demuestra por los numerosos artículos publicados en esta área durante la última década y finalmente, el EI ha desarrollado metodología necesaria para el desarrollo de este experimento en colaboración con otros Grupos con los que mantiene una estrecha colaboración científica.

Los molinos de bolas de alta energía, planetarios, vibratorios y en menor medida los de atrición, son capaces de transferir a un sólido (ó una mezcla) cantidades importantes de energía mecánica. Los efectos de esta acción mecánica no se reducen sólo a una gradual disminución del tamaño de las partículas, sino que es posible inducir reacciones químicas en estado sólido. Como los procesos repetidos de fractura y soldadura de las partículas aumentan el área de contacto de los reactivos y se generan sin cesar superficies frescas, los procesos continuados de interdifusión hacen que la reacción ocurra a temperatura ambiente. La nueva fase formada posee, en general, un carácter nanoestructurado y presenta un gran número de defectos, lo que incide positivamente en la posterior etapa (si fuera necesaria) de sinterización. Estos procesos denominados mecanoquímicos constituyen una vía atractiva y alternativa en la síntesis de materiales nanocristalinos. Se trata de un método muy versátil que permite obtener un gran número de materiales en forma masiva, a temperatura ambiente y con un equipamiento relativamente sencillo. Este tipo de procesos es muy competitivo en término de costes y no genera ningún tipo de residuo, lo que le confiere un extraordinario valor añadido. Es un método especialmente prometedor en la obtención de soluciones sólidas complejas y de materiales compuestos tanto por su preparación con un carácter nanométrico como por la excelente homogeneidad y dispersión de los distintos constituyentes. En el presente proyecto, se pretende demostrar con ejemplos concretos que la aplicación de los procesos mecanoquímicos al campo de la síntesis de materiales permite desarrollar productos de manera más simple o que no serían posible de obtener por otros procedimientos. Los sistemas seleccionados como objeto de estudio son los siguientes: (i) carburos, nitruros y boruros de metales de transición, y (ii) óxidos mixtos con estructura perovskita de fórmula general (A1-xA’x)(B1-yB’y)O3-z (A/A’=La, Sr; B/B’=Mn, Cr, Mg, Ga). En el primer caso, se pretenden desarrollar materiales compuestos para fines estructurales basados en soluciones sólidas complejas de los compuestos refractarios especificados. En el segundo caso, se pretenden desarrollar los distintos componentes de las pilas cerámicas de combustible de forma que todos tengan la misma estructura perovskita y gran similitud composicional. Por último, indicar que se intentarán estudiar y modelizar los procesos mecanoquímicos de alta energía con el fin de realizar con mayor garantía de éxito su posible escalado.

En NANOPLASMA se propone el desarrollo de nuevas técnicas basadas en plasmas para la síntesis y procesado de nuevos materiales funcionales orgánicos. La tecnología de plasma para síntesis de materiales actualmente en uso, como el CVD activado por plasma (PECVD) o los procesos de polimerización por plasma, implica siempre la fragmentación completa de un precursor volátil. En contraste NANOPLASMA persigue la síntesis de una nueva familia de materiales luminiscentes en forma de película delgada o nanocables 1D soportados, mediante el control químico y del proceso de fragmentación en la zona remota de una descarga de plasma. La investigación se centrará en la síntesis de matrices orgánicas con microestructura nanométrica controlada que incorporan moléculas orgánicas luminiscentes (por ejemplo perilenos, rodaminas, ftalocianinas y porfirinas) y nanocables orgánicos 1D a partir del mismo tipo de moléculas. El proyecto también contempla el desarrollo de metodologías basadas en procesos de etching por plasma y ablación láser, para la fabricación de patrones litográficos 2D a partir de las láminas delgadas y las nanoestructuras soportadas. La investigación se contempla con estudios básicos encaminados al desarrollo de procesos de “patterning químico” basados en procesos de funcionalización superficial mediante plasmas y de derivatización química de monocapas autoensambladas. Tanto la metodología sintética mediante plasmas remotos como los procesos de microstructuración son totalmente compatibles con la tecnología optoelectrónica actual y la tecnología microelectrónica. Ambos procesos, por tanto, pueden llevarse a cabo a escala de oblea de silicio (wafer scale) y escalarse a procesos de fabricación industrial efectivos. Estos materiales y procesos se emplearán en la fabricación de dos tipos de dispositivos a escala de prototipo como son: los sensores de gases fotónicos y las microestructuras luminiscentes para aplicaciones de marcado inteligente. Los sensores de gases consistirán en una lámina o estructura luminiscente integrada en un cristal fotónico 1D diseñados de acuerdo a las propiedades ópticas y la longitud de onda de la emisión luminiscente de la capa sensora correspondiente. Los dispositivos de marcado inteligente consistirán en patrones litográficos complejos construidos a partir de láminas o multicapas luminiscentes con funcionalidades específicas e, incluso, respuesta ambiental o sensora no desarrollada por ninguna otra tecnología hasta la fecha.

OSTEOMEM persigue el desarrollo de membranas de regeneración ósea reabsorbibles y biodegradables de base polimérica para su uso en cirugía oral y maxilofacial para el tratamiento de defectos óseos. Durante la curación de estos, las membranas deben preservar la aparición de tejidos blandos en los mismos propiciando que la regeneración del hueso ocupe el defecto, dejando tras la reabsorción de la membrana una estructura de tejidos análoga a la que existía antes de la intervención quirúrgica. Este efecto se basa fundamentalmente en un mecanismo de barrera con membranas que se degradan en el interior del cuerpo en un periodo de cuatro a seis meses, evitando la segunda cirugía que generalmente se requiere para retirar membranas no biodegradables. Se espera que las membranas desarrolladas en el proyecto permitan alcanzar los resultados clínicos de las membranas de regeneración animal evitando los problemas asociados a su origen.

En este Proyecto de Excelencia se parte de la experiencia previa del grupo TEP-217 en el desarrollo y caracterización de nanopartículas funcionalizadas potencialmente biocompatibles y se pretende avanzar en cuatro direcciones. a) Continuar con el desarrollo de nanopartículas basadas principalmente en Au, Ag y óxidos magnéticos con distintas funcionalizaciones y microestructura. b) Profundizar en la fisico-química de su interacción con campos electromagnéticos (en un amplio rango de frecuencias desde kHz a GHz) para producir calentamientos localizados. Actualmente se han propuesto distintos mecanismos (corrientes inducidas, histéresis, relajación de momentos magnéticos y movimiento browniano) sin que existan todavía suficientes datos para comprender e interpretar los resultados experimentales. c) Establecer una colaboración multidisciplinar con el grupo RNM-306, especialista en ensayos de ecotoxicidad, que permita mejorar el conocimiento del impacto ambiental de las nanopartículas (principalmente de oro y plata) en los ecosistemas marinos, que son el sumidero final de una buena parte de los nanomateriales producidos en la actualidad. d) Realizar estudios preliminares de la toxicidad de las nanopartículas en función del campo electromagnético aplicado. En cualquier proyecto dedicado a la nanotecnología resulta extremadamente valioso introducir estudios que nos permitan determinar el impacto toxicológico y ambiental de los nuevos materiales que se están desarrollando en la actualidad.

Un objetivo fundamental de este proyecto es la formación de personal investigador a través de la realización de una Tesis Doctoral en el Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla.

El proyecto que se presenta estudiará, mediante simulación por ordenador a distintas escalas, la evolución microestructural de un policristal a temperatura constante y bajo la apli-cación de un campo de tensiones mecánicas; en particular, se prestará especial atención a los sistemas nanométricos. Para abordar con rigor este problema es indispensable conocer la ley de movilidad de las fronteras de grano en función de la temperatura y de las tensiones locales. En presencia de impurezas, esta ley depende crucialmente de la concentración de especies atómicas segregadas en dichas fronteras y su evolución durante el régimen dinámico (i. e. durante la deformación). A su vez, la segregación se ve alterada por el propio movimiento de la frontera de grano, de modo que ambos fenómenos están acoplados entre sí. El estudio de la segregación se realizará mediante simulación por Dinámica Molecular (DM); asimismo, se utilizará la DM para caracterizar la movilidad de una única frontera de grano conteniendo impurezas. Estos datos serán empleados en un modelo mesoscópico que se usará para estudiar la dinámica de un conjunto de granos de tamaño nanométrico y, por ende, la plasticidad de este sistema policristalino modelo. El objetivo último de este proyecto es el de determinar la ley de evolución de los cen-tros de masas de los granos para obtener, previo tratamiento estadístico, la ley constitutiva para la plasticidad en un policristal nanométrico. Esta ley macroscópica se contrastará final-mente con resultados experimentales en el sistema itria-zirconia policristalino (YTZP) nanométrico, en el que el equipo ha adquirido amplia experiencia en los últimos años.

El principal objetivo del proyecto es conocer la composición, microestructura y propiedades mecánicas de las aleaciones estaño-plomo de tubos de órganos históricos españoles. Además se estudiarán los procesos de degradación y corrosión sobre los tubos, así como los productos generados por dichos procesos. Los análisis se realizarán en diferentes Institutos Científicos y Tecnológicos españoles (ICMSE, AIMEN, IRNASA) y grandes instalaciones europeas (ESRF, C2RMF). Se persigue conocer los vectores que provocan los procesos de corrosión, como son los compuestos volátiles desprendidos de las maderas y otros materiales orgánicos utilizados en la construcción de órganos, vapor de agua y/o anhídrido carbónico. Los trabajos se realizarán en materiales con diferentes grados de corrosión tomados en los propios instrumentos, incluyendo principalmente aleaciones metálicas y maderas. Además, se prepararán aleaciones en el taller de organería Grenzing con distintas proporciones estaño-plomo, y con trazas de otros elementos como As o Bi. Estas aleaciones se someterán a ensayos de corrosión acelerada y se correlacionarán los resultados de la composición y los ensayos de resistencia a la tracción y de fluencia con la velocidad de corrosión. Se compararán los resultados obtenidos en el laboratorio (aleaciones preparadas) con las muestras procedentes de los órganos y se sacarán conclusiones acerca de las posibles causas de alteración, las composiciones idóneas para las restauraciones y las aleaciones más resistentes a la corrosión para aplicarlas a la construcción de órganos nuevos.

El proyecto NANOPHOTON persigue el desarrollo de una nueva familia de materiales, estructuras y prototipos de dispositivos con aplicación en campos tales como el aprovecha-miento de energía solar, el análisis medioambiental y la tecnología espacial. El punto de parti-da del proyecto es la investigación en nuevos materiales ópticamente activos en forma de película delgada nanométrica de carácter polimérico e híbrido. Estas láminas delgadas activas se procesarán e integrarán usando diferentes técnicas para formar estructuras ópticas de uso como sensores fotónicos ambientales, filtros fotónicos insensibles al ángulo de incidencia para comunicaciones en satélites y celdas fotovoltaicas. Un aspecto muy interesante del proyecto es su completa compatibilidad con los métodos sintéticos de uso común en tecnología microelectrónica y optoelectrónica siendo fácilmente transferibles a la industria. NANOPHOTON integra desde estudios fundamentales de simulación molecular a procesos de fabricación de estructuras nanométricas con actividad fotónica pasando por la fabricación de estructuras y prototipos para llegar a test de validación de prototipos en condiciones reales.

Dada la problemática actual por el agotamiento a corto-medio plazo de los combusti-bles fósiles y los cambios climáticos causados por el efecto invernadero, se hace necesaria la reconsideración de una política energética global. El hidrógeno como vector de transporte y almacenamiento de energía es un candidato muy atractivo por tratarse de una alternativa viable y limpia. En el presente proyecto se propone el estudio de los llamados sistemas composites de hidruros reactivos (RHC) para almacenamiento de hidrógeno. Estos sistemas se basan en acoplar un hidruro metálico sencillo (i.e. MgH2) con un hidruro complejo (típicamente un compuesto borohidruro, i.e LiBH4) para dar una reacción reversible que produce o consume hidrógeno. El sistema puede así usarse como material para almacenamiento de hidrógeno de acuerdo a la siguiente reacción: MgH2+2LiBH4 ↔ MgB2+LiH+4H2 (11.4 wt% capacidad de almacenamiento de hidrógeno). La reacción mejora el balance de calor, en comparación con el MgH2 puro, al reducir la liberación de calor durante el proceso de carga. Para mejorar los aspectos cinéticos (reducción de las temperaturas y tiempos de operación) se ha propuesto el uso de catalizadores y/o aditivos. El principal objetivo del proyecto es comprender el papel de estos aditivos para mejorar las cinéticas de sorción de hidrógeno. En particular se han seleccionado como aditivos para este estudio los productos comerciales Ti-Isopropoxide (TiO4C12H28), TiO2 y VCl3 . También se prepararan en nuestro laboratorio otros catalizadores como Co3B, Ni3B o RuCo que igualmente se ensayarán. Los sistemas se prepararán y activarán por molienda de alta energía de los dos mate-riales hidruros molidos juntos con ó sin aditivos (5-10 mol%). Los estudios cinéticos se llevarán a cabo a través de medidas de sorción gravimétrica y volumétrica de hidrógeno (desorción o absorción vs. tiempo a T constante) y de la calorimetría de barrido diferencial (DSC). Se llevará también a cabo un estudio exhaustivo de caracterización microestructural y química de los sistemas en las diferentes etapas (tras la molienda, desorbidos y re-absorbidos) con las si-guientes técnicas: Difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de transmisión (TEM) acoplada al análisis EDX (energía dispersiva de rayos X) y EELS (espectroscopía de pérdida de energía de electrones), espectroscopía de fotoemisión (XPS) y espectroscopía de absorción de rayos X (XAS). El estudio comparativo de las muestras con y sin aditivos y la correlación entre los estudios cinéticos y el análisis microestructural y químico, deben clarificar el mecanismo de la mejora cinética producida por los aditivos. Estos mecanismos están a día de hoy lejos de ser comprendidos. Sobre la base del conocimiento adquirido se espera mejorar de manera significativa estos sistemas en relación a sus aplicaciones para almacenamiento de hidrógeno.

Uno de los procesos más interesantes y determinantes de la dinámica y la química de la Tierra es el transporte de material desde su superficie hacia el interior. Este fenómeno, que tiene lugar en los límites de placas convergentes, se encuentra relacionado no sólo con la tectónica de placas sino también con la formación de terremotos y volcanes, así como con la evolución química de la atmósfera terrestre. A pesar de la importancia del fenómeno de la subducción, existen muchos aspectos de la misma escasamente estudiados hasta la fecha, de manera que el avance en su comprensión requiere la integración de varias subdisciplinas de la Geología, así como la integración de campos científicos próximos. Para solucionar dicha fragmentación y avanzar en el conocimiento básico del proceso de subducción, hemos formado una red europea que combina los recursos y experiencia en petrología, mineralogía experimental y teórica, y el análisis, síntesis y estudios dinámicos del interior de la Tierra.

En este proyecto se estudiarán las modificaciones que tienen lugar tanto en la absor-ción como en la emisión ópticas de nanomateriales de diverso tipo (nanopartículas dopadas con tierras raras, nanopartículas semiconductoras, films de colorantes organicos de grosor nanométrico) por el hecho de encontrarse éstos formando parte de una estructura de cristal fotónico. El estudio se realizará tanto desde el punto de vista fundamental como aplicado, centrándose en materiales que tengan interés en distintos campos de la tecnología actual. La motivación principal de este proyecto desde el punto de vista aplicado radica en la posibilidad de modificar controladamente estos procesos de absorción y emisión, de tal modo que puedan inhibirse o amplificarse según convenga a un fin determinado. En concreto, se pretende poner en práctica estos nuevos fenómenos para el diseño de células solares más eficientes, capaces de recolectar una mayor cantidad de la radiación incidente, y en el desarrollo de films para sensores sensibles a modificaciones de distinto tipo en su entorno, tales como presencia de analitos de distinto tipo, variaciones en la presión del vapor ambiente, etc.... En su aspecto más fundamental, nuestra propuesta ahonda en el análisis de la interacción entre luz y materia en sistemas en los que existe una fuerte dispersión y anisotropía de la constante dieléctrica, y en los que es posible obtener bajas velocidades de propagación de fotones. Para este análisis se emplearán cristales fotónicos con orden tridimensional como matrices en los que se infiltrará una gran variedad de nanomateriales tanto orgánicos como inorgánicos en diferentes configuraciones y cuya absorción y emisión serán estudiadas.

El presente proyecto se encuadra en la línea de investigación que analiza las propiedades tribológicas de monocapas autoensamblas. Más concretamente en la contribución de eventos a escala molecular en la propiedades fricciónales de sistemas modelos a base de monocapas autoensambladas de moléculas alquílicas. La información de que se dispone para sistemas modelo a base de tioles sobre oro y alquisilanos sobre mica empleando técnicas de sonda de proximidad, fundamentalmente AFM (atomic force microscopy), es muy amplia. La aportación que proporciona este proyecto es más novedosa y parte del empleo de otro sistema modelo, alquilaminas de cadena larga sobre mica. La interacción del grupo funcional amino con el soporte mica es considerablemente menor que la propia del tiol-oro y el silano-mica lo que se traduce en una menor calidad del empaquetamiento molecular. El control de la calidad del empaquetamiento mediante el ajuste de las condiciones de preparación permitiría disponer de un sistema con gran contenido de defectos sobre el que establecer la influencia de éstos en las propiedades friccionales. La consistencia mecánica de las capas de alquilaminas sobre mica impide su resolución estructural a nivel molecular empleando el microscopio AFM en modo de contacto, por lo que se propone una metodología que englobe y complemente el característico análisis friccional y la microscopia SPFM (scanning polarization force microsco-py). La técnica SPFM se basa en la medida de la fuerza electrostática que se establece entre una sonda polarizada y las cargas, dipolos permanentes o inducidos a nivel superficial. Dadas las marcadas diferencias entre las magnitudes dieléctricas de la mica y la monocapa alquílica, la metodología propuesta parte del análisis del efecto de pantalla de la capa autoensamblada sobre la señal en polarización del soporte y su relación con el grado de compactación de ésta. La técnica SPFM es especialmente sensible a la presencia de agua dado su elevada constante dieléctrica por lo que resulta muy adecuada para la detección de vacantes o intersticios sus-ceptibles de adsorber agua en el seno de la capa autoensamblada. En último extremo, el pro-yecto tiene por objeto la correlación de las propiedades friccionales con la evaluación SPFM del grado de empaquetamiento de las capas preparadas.

Los materiales multiferroicos, aquellos que presentan simultaneamente dos o mas propiedades ferroicas, tienen un gran interés en la actualidad debido al gran número de apli-caciones que pueden derivarse de sus propiedades. A pesar del interés suscitado por estos materiales, Su dificultad de preparación por métodos convencionales como fases puras de estequiometria controlada y pureza adecuada limita sus aplicaciones. En este proyecto se propone el uso de dos métodos alternativos para la preparación de materiales multiferroicos con composición, estructura y microestructura controlada: a) la síntesis mecanoquímica directa y b) la descomposici6n de precursores mediante métodos térmicos con control inteligente de la temperatura. EI primer método implica la utilización de un molino planetario de alta energía de molienda, diseñado por nosotros en colaboración con la empresa MC2, Ingeniería y Sistemas, que permite controlar la atmósfera durante la mecanosíntesis hasta presiones de 20 atmósferas de cualquier gas inerte o reactivo seleccionado. EI método alternativo al propuesto anteriormente implica la preparación de diversos precursores y su posterior descomposición mediante el método de control inteligente de la temperatura. En este método, el propio proceso es quien determina, automáticamente, la progresión de la temperatura según una función de evolución del grado de avance del proceso con el tiempo, a diferencia de los convencionales, donde el operador predetermina una función temperatura-tiempo. En publicaciones previas hemos puesto de manifiesto que este método permite un control muy preciso de la textura y microestructura del producto, que no es posible empleando métodos convencionales de calentamiento. Las muestras preparadas se caracterizaran en cuanto al estado de oxidaci6n de las especies, estructura, microestructura y propiedades.

El proyecto se dedica al desarrollo, mejora, y standarización de las técnicas de caracterización, los métodos y los equipos en los ensayos nano-mecánicos. Las actividades a nivel Europeo, coordinadas por un centro virtual, mejorarán la metrología de nanoindentación actual y permitirán un conocimiento más profundo de la relación estructura-propiedades en la nano-escala. Estos métodos son una herramienta única para caracterizar el comportamiento mecánico en la nanoescala de nanocomposites, nanocapas e interfases. Este trabajo también producirá una base sólida para definer y preparer nuevos standards que soporten la metodología de caracterización de los nanomateriales. Las etapas incluyen el desarrollo de los métodos clásicos de nanoindentación dinámica y su aplicación a campos nuevos como el rayado y las medidas de desgaste y la aplicación de nano-indentadores modificados. También se trabajará en la determinación uniforme de los parámetros instrumentals y en la definición de standards par alas nuevas aplicaciones. El centro virtual diseminará la información sobre la base de una nueva "base de datos para la caracterización Nano-mecánica". Esto se conseguirá a través de los trabajos de "round robin" entre los socios é incluirá igualmente datos de de otras fuentes de investigación y la búsqueda bibliográfica.

En el proyecto PlasNitro se aborda la caracterización de plasmas de nitrógeno en di-versas aplicaciones tecnológicas relacionadas con técnicas de deposición y funcionalización de materiales, reformado y procesos de esterilización que involucran a la Tecnología de Plasma. Se pondrán a punto diferentes procedimientos para medir propiedades de los plasmas, usados en dopado, deposición, funcionalización y modificación de materiales, que contienen nitrógeno usando técnicas de diagnosis basadas en la detección de especies de nitrógeno. El nitrógeno es hoy día un componente usual, sólo o en mezclas con otros gases, en muchos procesos usados en tecnología de plasma. Su caracterización experimental y/o teórica permitirá obtener propiedades fundamentales del plasma (densidad electrónica, temperatura electrónica, temperatura del gas, especies reactivas, etc.) y conocer la contribución a las reacciones homogéneas (en fase plasma) y heterogéneas (interacción plasma-superficie) de los componentes procedentes del nitrógeno. En el proyecto se elaborarán códigos numéricos para obtener la función de distribución electrónica en el plasma. Para este fin será necesaria previamente la evaluación de la distribución vibracional del nitrógeno. Este paso implica tener en cuenta múltiples procesos vibracionales-vibracionales, vibracionales-traslacionales y vibracionales-rotacionales. A partir de la función de distribución electrónica se podrán construir modelos de fluido del plasma en los que intervienen las especies más importantes. Los cálculos teóricos se complementarán con medidas experimentales usando sonda electrostática de Langmuir, que permitirán medir la función de distribución electrónica, así como densidad y temperatura de los electrones. Mediante un analizador de gases residuales se controlará la presión parcial de nitrógeno en cada aplicación y los componentes neutros del plasma. Los modelos cinéticos del plasma de nitrógeno permitirá en muchos casos la interpretación de medidas en el plasma alejado del equilibrio termodinámico y las técnicas de escalado dinámico y simulación Monte Carlo permitirán el control de la nano/microestructura de los materiales depositados/modificados. Se tendrán, de esta forma, técnicas que permitirán controlar y mejorar los procedimientos de trabajo y las propiedades deseadas en los materiales.

El objetivo central del Proyecto es la obtención de materiales compuestos a partir de silicatos laminares de alta carga expansibles particularmente diseñados conteniendo fases de baja dimensionalidad con actividad eficaz respecto de la retención e inmovilización de residuos tóxicos y peligrosos. El aspecto esencialmente innovador surge, de una parte, de la confluencia de los estudios que el E.I. venía realizando con investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) con los resultados del último proyecto nacional desarrollado. De otra, de la acción de reunificación de los investigadores que participan en un proyecto único, de carácter multidisciplinar, en la frontera de la química básica de los silicatos con la gestión de residuos e interpretación del fenómeno de subducción en el manto inferior de la Tierra. La hipótesis según la cual la eficacia en la eliminación de contaminantes tóxicos y radioactivos por aluminosilicatos laminares viene controlada por la disposición estructural y por la composición de las fases de baja dimensionalidad originada durante los tratamientos se ha elaborado a partir de los resultados obtenidos por el E.I. en la última década de trabajo. La metodología prevista no se limita a la síntesis de los materiales compuestos y a su caracterización, pues incorpora una medida del potencial que representarían en el tratamiento de residuos, esencialmente basados en algunos contaminantes orgánicos y cationes pesados, tóxicos y radiactivos. El desarrollo del proyecto incidirá sobre las relaciones del E.I. con los Grupos de la Universidad de Bayreuth (Alemania) y Cambridge (Reino Unido), las cuales han conducido a numerosas publicaciones conjuntas, antecedentes de la presente solicitud. El carácter multidisciplinar del proyecto junto con el marcado carácter académico y docente, se considera avales de la elevada capacidad formativa del Proyecto.

El presente Proyecto pretende emplear silicatos laminares expansibles de alta carga, diseñados bajo procedimientos que permitan controlar la cantidad y distribución de los centros tetraédricos activos, en un conjunto de tratamientos químicos suaves, en contacto con elementos tóxicos seleccionados, en colaboración con las empresas BEFESA y ENRESA, que permitan su encapsulamiento e inmovilización posterior. Durante la realización del mismo se plantea, en un primer período, analizar el efecto que las variables experimentales involucradas en el procedimiento de síntesis ejercen sobre la distribución de los centros activos de los materiales. En un segundo período, los precursores obtenidos se tratarán bajo condiciones hidrotermales, en condiciones subcríticas, con disoluciones conteniendo elementos tóxicos y radioactivos cuidadosamente seleccionados. Finalmente, se estimará el grado de retención de los elementos en las nuevas fases obtenidas. El Equipo Investigador (E.I.) responsable de la realización del Proyecto incorporará una metodología experimental desarrollada recientemente en su seno que incluye el empleo combinado de técnicas tales como la Resonancia Magnética Nuclear de Sólidos, la Difracción, y la Fluorescencia y Microfluorescencia de Rayos X, que suministrarán información acerca tanto del orden a largo alcance como del entorno local de los centros activos de los residuos, responsables de su peligrosidad. Ello deberá suministrar información directa, no disponible en la actualidad, acerca del mecanismo final de fijación, piedra angular del Proyecto. Los Resultados esperados aportarán, desde el punto de vista de la investigación desarrollada, información básica útil acerca de los mecanismos de interacción de iones metálicos con la red de silicatos laminares expansibles y su relación con el ordenamiento local de los átomos constituyente de éstos y, en segundo lugar, un conocimiento útil, de carácter aplicado, que permita desarrollar nuevos procedimientos adecuados de encapsulamiento de residuos industriales, en conexión con las colaboraciones actualmente desarrolladas con empresas del sector, lo cual marca el carácter innovador del mismo.