Aplicaciones de nanotecnología para el sector agropecuario. · 2019-03-03 · Deben ir de la mano:...
Transcript of Aplicaciones de nanotecnología para el sector agropecuario. · 2019-03-03 · Deben ir de la mano:...
Aplicaciones de nanotecnología para el sector agropecuario.
Villahermosa, Tabasco a 9 de Noviembre del 2018.
2
Contenido.
-Objetivos.
-Antecedentes.
-Aplicaciones de uso de nanotecnología.
-Tecnologías para la remoción de H2S.
-Uso de nanotecnología para remoción de H2S.
-Nanotecnología para filtrado de agua.
-Nanotecnología en la agricultura.
3
Proyectos.
DESARROLLADOS:
-Desarrollo de pellets y briquetas a partir de residuos y elevando la cantidad de calor por kilogramo (solicitud de ejidos de
Veracruz, Oaxaca y empresa Global Products)
-Determinación de factores ambientales asociados al brote de plagas forestales. (INIFAP-GOBIERNO DEL ESTADO DE
CHIHUAHUA)
-Análisis del impacto ambiental por el uso de agroquímicos en el sector algodonero. (INIFAP-FUNDACION PRODUCE)
-Evaluación de tecnologías para elevar el coeficiente de asierre y eficientar la producción. (GOBIERNO DEL ESTADO)
-Uso de nanotecnología para la remediación de agua. (INIFAP)
EN DESARROLLO.
-Eficientar la producción de biogás mediante la eliminación de impurezas por medio de nanopartículas.
-Evaluación de residuos provenientes de biodigestores. (INIFAP)
-Uso de biomasa forestal para la generación de energía eléctrica
-Sistema de desalinización de agua de mar por medio de membranas bio-poliméricas y nanopartículas. (INIFAP-UNEA)
4
Patentes generadas.
1-USO DE OXIDOS DE MANGANESO SUERPARMAGNETICOS Y DE ALTA AREA SUPERFICIAL PARA LA REMOCIÓN DE ARSÉNICOCONTENIDO EN AGUA. , MX/E/2016/024799.
2-USO DE NANOPARTICULAS DE FERRITA DE MANGANESO OBTENIDAS POR COPRECIPIOTACION QUIMICA PARA LA REMOCION DEBORO, MX/E/2015/091372.
3-PROCESO PARA REMOVER ARSÉNICO DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO POR MEDIO DE NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS,OBTENIDAS POR COPRECIPITACIÓN QUÍMICA., MX /A/2011/ 005703.
4-PROCESO PARA SINTETIZAR NANOPARTÍCULAS DE MAGNETITA MESOPOROSAS Y HUECAS DE ALTA ÁREA SUPERFICIAL EN UN SOLOPASO POR LA TÉCNICA DE DEPÓSITO QUÍMICO DE VAPOR ASISTIDO POR AEROSOL (AACVD), MX/A/2012/004874 .
5-MÁQUINA HIDRÁULICA PARA PRODUCIR CILINDROS COMPACTADOS DE ASERRÍN DE MADERA, MX/A/2011/013521.
6-MODIFICACIÓN DEL ÁREA SUPERFICIAL DE FERRITAS MEDIANTE UN SOLO PASO Y A TEMPERATURA MENOR DE 100 GRADOSCELCIUS OBTENIDAS POR CO-PRECIPITACIÓN QUÍMICA, MX/E/2017/013537.
7-REMOCIÓN DE H2S A BAJA TEMPERATURA POR MEDIO DE FERRITAS NANOMÉTRICAS DE ALTA ÁREA SUPERFICIAL OBTENIDAS PORMÉTODO DE CO-PRECOPITACIÓN QUÍMICA MODIFICADO, MX/E/2017/013536
8- PROCESO DE REGENERACIÓN A BAJA TEMPERATURA DE MATERIAL A BASE DE FERRITAS DE TAMAÑO NANOMÉTRICO PARAREMOCIÓN DE SULFURO DE HIDRÓGENO (H2S), MX/E/2017/013535
9.-USO DE ESPECIES ARBOREAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, EL PROCESO Y EL SISTEMA DE OBTENCION,MX/E/2017/011522
5
Objetivos.
-Presentar avances y resultados de proyecto.
-Demostrar que la nanotecnología puede ser una alternativa para la remoción
de H2S.
-Comparar la nanotecnología con otras existentes para la remoción de H2S.
6
Antecedentes.
7
Antecedentes: Emisiones de GEI a nivel mundial y en México por sector.
8
ONU: Existe Responsabilidad Común Entre los Países en Desarrollo y los Industrializados.
-La lucha contra la pobreza y-El acceso a energía sustentable
Deben ir de la mano:
Buscar un modelo de crecimiento yprosperidad, que no sea aexpensas del medio ambiente, delas generaciones futuras o de lospaíses en desarrollo.
Internacionalmente se reconoce que la administración eficiente de los diferentes tipos deenergía es esencial para alcanzar las metas de un desarrollo sostenible
Antecedentes: Desarrollo Sustentable
9
¿Qué es un material?.
Material: Proviene del termino latino materialis y hace referencia a lo que tiene que
ver con la materia. Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio.
10
Características de los materiales.
11
Características de los materiales.
12
Características de los materiales.
Micrografía de metales.
13
Nanotecnología.
14
Nanotecnología.
Hipertermia (tratamientocontra el cáncer)
15
Uso de nanotecnología:
Nanotecnología es la manipulación de la materia a escala atómica para ser usada en finesmédicos o industriales.
16
Uso de nanotecnología:
Los óxidos de Fe y Mn son candidatos
Óxidos metálicos
Westmorelandpublicó un lista de 28
metales termodinámicamente
potenciales para la desulfuración
17
Uso de nanotecnología :
Sellos de motores.
Disipadores de calor en bocinas.
Hipertermia (tratamientocontra el cáncer)
18
Uso de nanotecnología para remoción de H2S:
19
Uso de nanotecnología para remoción de H2S:
Uso de nanotecnología para remoción de H2S:
Reacciones en superficie
Área superficial
Capacidad de adsorción
m2/g
Fe3O4
Fe 2.5Mn 0.5O4
Barrientos et al.
130
200
Fe 2.7Mn 0.3O4
Fe 2.9Mn 0.1O4
Uso de nanotecnología:
Universidad Tecnológica de Chihuahua, a 22 de Marzo del 2018.
22
Antecedentes:
23
24
PLANTA DE BIOGÁS
Inputs
Outputs
Biogás
Biol y biosol
1)BIOMASA•Sólidos•Relación C:N /Ración•pH•Antibióticos•Detergentes y Sanitizantes•Materias toxicas
2)CLIMA•Diferencial Temps.3)DISEÑO PLANTA DE BIOGÁS4)MANTENIMIENTO5)Calidad del agua
Para que se produzca BIOGÁS es necesario que la BIOMASA sea biodigerida por bacterias, las cuales en tres etapas: Hidrólisis, Formación de ácidos o acidogénesis y metalogénesis completan el proceso de Biodigestión.
Variables
Aplicaciones de nanotecnología:
25
Limitantes del uso de biogás:
Sulfuro de hidrogeno H2S
Gas tóxico y corrosivoReactivo con óxidos metálicos
Tratamiento de agua proveniente de biodigestor:
27
Proyectos de Bioenergía de INIFAP:
ESQUEMA DE GENERACIÓN DE ENERGIA ELÉCTRICA A PARTIR DE
BIOMASA DE NOPAL
MC Miguel Angel Perales de la Cruz
28
Proyectos de Bioenergía de INIFAP:
Establecimiento de 70 hectáreas de nopal
Construcción de planta para generar 1mw verde
Elaboración de biofertilizantes
Monitoreo de Sulfuro de Hidrógeno
0
20
40
60
80
100
00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00
Conce
ntr
ació
n [
ppm
]
Tiempo [hr]
H2S biogas salida [ppm]
Monitoreo de Metano y Dióxido de Carbono
0
5
10
15
20
25
30
00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00
Co
nce
ntr
ació
n [
%]
Tiempo [hr]
CO2 Biogás de salida [%]
CO2 Biogás de Salida seco
Porcentaje de CO2 de entrada
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00
Co
nce
ntr
ació
n [
%]
Tiempo [hr]
CH4 Biogás de Salida [%]
CH4 Biogás de Salida Seco [%]
Porcentaje de CH4 de entrada
Capacidad potencial de producción de Biogás del Biodigestor
31,200 m3/día de metano
Dr. Eutiquio Barrientos
BIODIGESTORAprovechamiento integral
Tratamiento de agua residual
Biofertilizante
Biocombustible
Potencial Equivalente en $Tabla de combustibles
Como Gas para Caldera31,200 m3 Biogás x día = 21,060 L de Gas LP x día
=$140,680 x díaMensual=$4,220,400
Como Gas para generador eléctrico31,200 m3 Biogás x día= 88,452 kW/día=
$97,297 x díaMensual=$2,918,910
Como Gas para Vehículos31,200 m3 Biogás x día = 26,565 L de diésel x día
=$382,801 x díaMensual=$11,484,030
Como biofertilizante liquido se comercializa entre $15 a $45 por litro
Tratamiento de agua residual
Biofertilizante
Combustible para Generador
Combustible para caldera
Combustible para vehículos
1 m3 biogás (60%
de concentración
de metano)
precio
1 m3 biogás (90%
de concentración
de metano)
precio
Gasolina (l) 0.71 11.90 1.065 17.86
Diésel (l) 0.55 9.60 0.825 14.41
Gas LP (l) 0.41 4.45 0.675 6.26
1 m3 de biogás
(kWh)1.89 2.0820 2.835 3.123
Uso de Biogás para calderas (Necesario comprimir el Biogás filtrado)
Requerimiento de Gas LP promedio mensual en calderas:
Establo “El Principal” 40 CC
Planta de Alimentos 200 CC
Dairyland 300 CC
Dairyland 500 CC
Estimación:234,000 Lts Gas LP
Gasto Anual por concepto de energía eléctrica y gas LP:
Incrementos promedios anuales
$-
$5,000,000
$10,000,000
$15,000,000
$20,000,000
$25,000,000
$30,000,000
Importe
$3,453,120
Importe, $28,080,000
$ Gasto en consumo energético
Energía eléctrica (kW)
$-
$10,000,000
$20,000,000
$30,000,000
$40,000,000
Importe
Potencial de Ahorro $31,533,120
Gas LP (lts) Energía eléctrica (kW)
Energía Eléctrica 5% promedio
Gas LP 23% promedio
Requerimiento promedio de energía eléctrica:
PromedioGenerador
200 kWcobertura 200
kWGenerador
100 kWcobertura
100 kWGenerador 40
kW cobertura 40 kW
90,805
Base 31,411 34.59% 32,400 103.15% 21,600 68.76% 8,640 27.51%
Intermedia 53,129 58.51% 56,700 106.72% 37,800 71.15% 15,120 28.46%
Punta 6,264 6.90% 8,100 129.32% 5,400 86.21% 2,160 34.48%
Resumen 90,805 97,200 107.04% 64,800 71.36% 25,920 28.54%
0
20000
40000
60000
80000
100000
Generador 150 kW
Generador 100 kW
Generador 40 kW
Generador 40 kW, 90805
Generador 150 kW, 97200
Generador 100 kW, 64800
Generador 40 kW, 25920
Requerimiento electricidad Vs Producción
Requerimiento Mensual Promedio Producción estimada Mensual
Propuestas:
Generador de 150 kW y Caldera
Concepto Cantidad Costo Importe Ahorros Anuales
Generador CAT 150 kW 1 $ 3,217,500 $ 3,217,500 $ 1,855,460.52 Calderas 1 $ 300,000 $ 300,000 $ 540,000.00 Reparación Biodigestor 1 $ 319,000 $ 319,000 Laguna de oxidación para generar Biogás Suficiente 1 $ 1,886,121 $ 1,886,121 Sistema de Filtrado 1 $ 2,200,000 $ 2,200,000 Subtotal $ 7,922,620.69 $ 2,395,460.52
Generador de 150 kW y Caldera
Concepto Cantidad Costo Importe Ahorros Anuales
Generador CHINO 150 kW 1 $ 1,000,000 $ 1,000,000 $ 1,855,460.52 Calderas 1 $ 300,000 $ 300,000 $ 540,000.00 Reparación Biodigestor 1 $ 290,000 $ 290,000 Laguna de oxidación para generar Biogás Suficiente 1 $ 1,886,121 $ 1,886,121 Sistema de Filtrado 1 $ 2,200,000 $ 2,200,000 Subtotal $ 5,676,120.69 $ 2,395,460.52
Inversión Ahorro Acumulado Año 1 $ 5,676,121 $ 2,395,460.52 -$ 3,280,660.17
Incentivo ISR hasta 30% inversión $ 1,702,836.21 -$ 1,577,823.96
Año 2 $ 1,293,549 $ 2,874,552.62 $ 3,179.98 Año 3 $ 1,552,258 $ 3,449,463.15 $ 1,900,384.71 Año 4 $ 1,862,710 $ 4,139,355.78 $ 4,177,030.39 Año 5 $ 2,235,252 $ 4,967,226.93 $ 6,909,005.20 Año 6 $ 2,682,303 $ 5,960,672.32 $ 10,187,374.98 Año 7 $ 3,218,763 $ 7,152,806.79 $ 14,121,418.71 Año 8 $ 3,862,516 $ 8,583,368.14 $ 18,842,271.19
Año 9 $ 4,635,019 $ 10,300,041.77 $ 24,507,294.17
Año 10 $ 5,562,023 $ 12,360,050.13 $ 31,305,321.73
$ 32,580,513 $ 63,885,834 $ 31,305,321.73
Notas:No se consideran gastos de mantenimiento del generador
Se estima un incremento anual del 20% precio energía eléctrica y gas
41
Proyectos.
-Uso de membranas bio-poliméricas y nanotecnología para la remediación de Ar y F (INIFAP-UACH).
Muestra Flux
(L m-2 h-1 bar--
1)
Proceso
membranal
% de
remoción As
% de remoción
F-
QNP0 6.5 Nano-filtración 55 27.65
QNP025 4.64 Nano-filtración 87 86.17
QNP050 2.42 Nano-filtración 91.1 98
QNP1 2.13 Nano-filtración 69 61.7
QNP2 0.71 Nano-filtración 71 48
-Nanopartículas: óxidos de manganeso y fierro/ ZeolitaElementos capaz de remover: Pb (III), Pb (II), As (III), As (V), Cr (IV), Se (IV),Cl, Na, S, F, B. Cd, Zn y Cu.Ciclos de re-uso= hasta 8 ciclos.Área superficial: 275 m2/gÁrea de contacto del filtro son 5000 m2
Tecnología validada removió 97% de As.Tecnología testigo removió 80% de As.
Características de sistema de
tratamiento de agua con
nanopartículas.
CAPACIDAD TEORICA DE TRATAMIENTO (170 ppb de As) DE AGUA: 114 m3
Nanopartículas
Zeolita
SuperimanesConexión ½” PVC
Desalinización de agua de mar con membranas de cascara de camarón dopadas con nanopartículas
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
995
1000
1005
1010
1015
1020
1025
PlayaPrecipitada
PlayaHipersalina
FaroPrecipitada
FaroHipersalina
NavalPrecipitada
NavalHipersalina
Des
viac
ión
est
and
ar
Den
sid
ad [
kg/m
3]
Densidad del agua de la Laguna Madre a 28°C
Promedio Densidad del agua a 28°C [996.4 kg/m^3] Desv. Est.
0
5
10
15
20
25
30
35
Faro precip. Faro
Hipersalina
Naval precip. Naval
Hipersalina
Playita
precip.
Playita
Hipersalina
Concentración de iones de agua de Laguna Madre
Ca [mg/L]x10^2 K [mg/L]x10^2 Na [mg/L]x10^3 Cl- [mg/L]x10^3 F- [mg/L]
Uso de nanopartículas con membranas de
cascara de camarón para desalinizar agua de
mar.
Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.
Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.
Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.
Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.
Fierro (Fe): Interviene en los procesos de fotosíntesis, respiración, fijación biológica de nitrógeno,asimilación de nitrógeno y de azufre.
Manganeso (Mn): Interviene en los procesos de absorción iónica, fotosíntesis, respiración, controlhormonal y síntesis de proteínas.
Cobre (Cu): Interviene en los procesos de fotosíntesis, respiración, regulación hormonal, fijación denitrógeno, metabolismo de compuestos secundarios, etc.
Molibdeno (Mo): Interviene en la reducción del nitrato, fijación de nitrógeno, síntesis de proteína.
Zinc (Zn): Intervine en los procesos de respiración, control hormonal y síntesis de proteínas.
Níquel (Ni): Interviene en procesos de metabolismo del nitrógeno.
Nutrición de suelos, disponibilidad de nutrientes en suelo.
Fierro (Fe): Interviene en los procesos de fotosíntesis, respiración, fijación biológica de nitrógeno,asimilación de nitrógeno y de azufre.
Manganeso (Mn): Interviene en los procesos de absorción iónica, fotosíntesis, respiración, controlhormonal y síntesis de proteínas.
Cobre (Cu): Interviene en los procesos de fotosíntesis, respiración, regulación hormonal, fijación denitrógeno, metabolismo de compuestos secundarios, etc.
Molibdeno (Mo): Interviene en la reducción del nitrato, fijación de nitrógeno, síntesis de proteína.
Zinc (Zn): Intervine en los procesos de respiración, control hormonal y síntesis de proteínas.
Níquel (Ni): Interviene en procesos de metabolismo del nitrógeno.
Factores y su interacción, en la clorosis de las plantas
Fertilización con nanopartículas a Cacao variedad Olmeca
54
Contacto:Dr. Eutiquio Barrientos Juárez
Investigador Titular CPrograma de Mitigación del Impacto Ambiental de la Producción Agropecuaria.
INIFAP La [email protected]
5538718700 ext. 82906
SOLO TRIUNFAN LOS QUE SE ATREVEN A ATREVERSE.