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Serie de seminarios de investigación sobre convergencia: Lea Winter, PhD (Universidad de Yale)
Serie de seminarios de investigación sobre convergencia: Lea Winter, PhD (Universidad de Yale)

vie 08 de sep

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Seminario web de Zoom

Serie de seminarios de investigación sobre convergencia: Lea Winter, PhD (Universidad de Yale)

Transformaciones electrizantes del nitrógeno: Descarbonización del amoniaco mediante catálisis por plasma y reducción electroquímica de nitrato en aguas residuales.

Horario y ubicación

08 sep 2023, 11:00 a.m. – 11:05 a.m.

Seminario web de Zoom

Acerca del evento

Resumen: La fijación de nitrógeno en los fertilizantes constituye la base de la agricultura moderna y media en la inseguridad alimentaria mundial. Sin embargo, los procesos convencionales de conversión de nitrógeno activado térmicamente consumen cantidades sustanciales de combustibles fósiles como materiales y aportes de energía, lo que genera una huella energética y de carbono insostenible. Además, las ineficiencias en la gestión del nitrógeno reactivo provocan pérdidas de energía y una contaminación ambiental peligrosa. Por lo tanto, se necesitan enfoques impulsados por electrones para establecer interconversiones de nitrógeno libres de fósiles. Esta charla se centrará en las transformaciones electroquímicas y activadas por plasma del nitrógeno, que podrían permitir un fácil acoplamiento a fuentes de energía renovables intermitentes para reducir las emisiones de CO2 y la contaminación por nitrógeno reactivo, facilitar el almacenamiento y transporte de energía renovable en combustibles a base de nitrógeno y mejorar la situación global. Distribución de fertilizantes para promover la seguridad alimentaria.

Se ha utilizado plasma no térmico para sintetizar amoníaco en condiciones suaves, pero la falta de conocimientos fundamentales sobre las reacciones catalíticas del plasma obstaculiza el desarrollo de procesos de conversión de N2 activados por plasma. Por lo tanto, se empleó un reactor FTIR in situ para dilucidar los mecanismos de reacción de la superficie y las interacciones plasma-catalizador. Desde una perspectiva práctica, el análisis tecnoeconómico y del ciclo de vida ofrece perspectivas para los umbrales de eficiencia energética y la oportunidad de utilizar la electrólisis por plasma para la producción directa de fertilizantes a escalas agrícolas relevantes a partir del aire y el agua.

Teniendo en cuenta las importantes pérdidas de nitrógeno reactivo al medio ambiente, también se discutirá la aplicación de membranas electrificadas (EM) como un medio escalable para eliminar o recuperar nitrato de las aguas residuales. Las membranas conductoras basadas en CNT mostraron una eficiencia de reducción de nitrato significativamente mayor durante la filtración electrificada en comparación con el modo de flujo. Los pequeños tamaños de poro en la membrana reducen la capa límite de difusión en varios órdenes de magnitud con respecto al modo de flujo, superando las limitaciones del transporte de masa por difusión y permitiendo una adaptación ajustable del transporte de masa y las escalas de tiempo de reacción. Los EM demostraron una eliminación estable de nitratos por debajo de los límites de agua potable de la EPA en aguas superficiales sintéticas con una selectividad del producto al N2 de más del 80 %.

Bio: Lea Winter es profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Yale. Recibió su licenciatura en Ingeniería Química de Yale en 2015 y su doctorado. en Ingeniería Química de la Universidad de Columbia como becaria de investigación de posgrado de la NSF en 2020. Recibió formación posdoctoral como becaria posdoctoral distinguida de tratamiento de agua habilitado por nanotecnología (NEWT) en Yale en 2020-2022. Su investigación se centra en procesos electrificados en el nexo entre alimentos, energía, agua y clima, incluido el desarrollo de procesos sostenibles y circularizados para la conversión de CO2 en productos químicos y combustibles, la fijación verde de nitrógeno en fertilizantes y combustibles a base de nitrógeno, y la transformación de contaminantes en aguas residuales en productos útiles y al mismo tiempo recuperar agua apta para su uso. El Dr. Winter recibió el premio de la serie de conferencias para jóvenes investigadores de Caltech de 2022, el premio Kokes de la Sociedad de Catálisis de América del Norte de 2019 y la beca Grossman de ingeniería de Columbia de 2018.

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