Nueva generación de sensores electroquímicos basados en película delgada para la medida de la concentración de CO2 en conducciones de gas natural y biogás.
Palabras clave : 
Gas sensor.
Carbon dioxide.
Electrochemical.
Thin film.
Fecha de publicación: 
2014
Fecha de la defensa: 
28-nov-2014
Editorial : 
Servicio de Publicaciones. Universidad de Navarra.
Cita: 
ROJO ESTEBAN, Lander ""Nueva generación de sensores electroquímicos basados en película delgada para la medida de la concentración de CO2 en conducciones de gas natural y biogás"". Castaño, Enrique. Tesis doctoral. Universidad de Navarra, 2014
Resumen
El desarrollo de la sociedad moderna ha venido apoyado por la explotación de bienes naturales como lo son las fuentes de energía fósil. El carbón mineral, el petróleo y el gas natural han sido protagonistas y testigos del avance industrial, económico y social en diferentes momentos de la historia. Actualmente, el gas natural es una de las fuentes de energía fósil más utilizada. Sin embargo, factores como el ser un recurso limitado, el calentamiento global o la dependencia energética han provocado el desarrollo de las energías renovables. Una de las energías renovables más interesantes es el biogás. Esta fuente de energía surge del aprovechamiento de desechos orgánicos generados habitualmente en granjas, vertederos o plantas de aguas residuales. El biogás tiene fundamentalmente una doble ventaja: el aprovechamiento del metano generado a partir la descomposición de la materia orgánica evitando su emisión a la atmosfera. El camino de estos dos gases es parejo ya que el biogás, tras un proceso de refinado, puede ser mezclado con el gas natural sin que la composición de este ´ultimo apenas se vea afectada. A pesar de ello, la monitorización y control de la calidad de ambos gases resulta imprescindible y para ello existen métodos solventes actualmente. Sin embargo, son métodos caros, no portables y que en muchos casos requieren del uso de varios sensores para cubrir todo el rango de detección. Por ello se plantea el uso de sensores capaces de medir en un amplio rango de detección (biogás y gas natural) y que estén fabricados por métodos basados en película delgada. El objetivo es mejorar las prestaciones de sensores comerciales existentes reduciendo, además, su costo. Para ello se ha desarrollado un sensor electroquímico de tipo potenciométrico basado en un electrolito de YSZ y un elemento sensible de Li2CO3. El desarrollo de este sensor plantea interesantes retos técnicos relacionados con la fabricación del electrolito de película delgada de YSZ así como el elemento sensible de Li2CO3 ya que apenas existen referencias sobre la fabricación de este tipo de materiales en forma de película delgada. Ha sido necesaria la caracterización del sensor y de los materiales utilizados utilizando técnicas de caracterización topográfica, micro estructural y electroquímica. Los resultados obtenidos han permitido obtener resultados de interés presentando comportamientos novedosos en el uso de carbonatos en el campo de los sensores electroquímicos. Este trabajo supone un primer paso en el uso de carbonatos y electrolitos de YSZ en sensores basados en película delgada para la medición de especies gaseosas.
The development of the modern society has been supported by the exploitation of natural assets like fossil energy sources. Mineral coal, oil and natural gas have been witness of the industrial, economic and social progress throughout history. Today, the natural gas is one of the most used energy sources. However, being a limited good, the global warming and the energetic dependence has promoted the development of renewable energy sources. The biogas is one of the most interesting energy sources. It is obtained from the exploitation of organic wastes generated in farms, garbage dumps or waste water stations. The biogas has a double advantage: the use of the methane generated during the decomposition of the organic waste avoiding its emission to the atmosphere. The biogas and the natural gas follow similar paths. The first one, after an upgrading process might be mixed with the natural without affecting the composition of the last one. However, the monitoring of the composition of both gases becomes an indispensable task and today, already exist different methods to approach this issue. Nevertheless, these methods are expensive, no transportable and, in many cases, they require several sensors to cover the whole detection range. For this reason, this work proposes the fabrication of thin film sensors capable of measuring in a wide detection range (biogas and natural gas). The objective is to improve the performance of commercials detector reducing their costs. For facing this challenge, a thin film electrochemical sensor based on a YSZ electrolyte and a Li2CO3 sensitive material has been developed. The fabrication of this sensor implies several technical challenges concerning the fabrication of the thin film YSZ electrolyte and the Li2CO3 sensitive material because there are only few references reporting the development of this kind of thin films. Topographic, microstructural and electrochemical characterizations has been performed. This has served to optimize the materials performance. The obtained results have present new behavior of the use of carbonate in electrochemical sensors. This works supposes a first step in the use thin film electrochemical sensor based on carbonates and YSZ electrolyte for the detection of gaseous species.

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