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Energia y Sostenibilidad

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    Actualizado: hace 1 hora 9 mins

    Fusión nuclear: situación del proyecto ITER

    Mar, 05/03/2016 - 06:26

    ITER (“El Camino” en latín) es uno de los proyectos energéticos más ambiciosos actualmente en marcha en el mundo. En el sur de Francia, un grupo numeroso de naciones (China, Unión Europea, India, Corea, Rusia y EE.UU.) están colaborando para construir el mayor tokamak del mundo, un dispositivo de fusión por confinamiento magnético diseñado para demostrar la viabilidad de la fusión a gran escala como fuente de energía limpia (libre de carbono) basada en el mismo principio que alimenta a nuestro Sol y a las estrellas.

    Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos

    PROYECTO ITER (http://www.iter.org/)

    Objetivos

    La cantidad de energía de fusión que un sistema magnético toroidal “tokamak” es capaz de producir está directamente relacionada con el número de reacciones de fusión que se produzcan en su núcleo. Los científicos saben que cuanto mayor sea el reactor, mayor será el volumen del plasma y, por tanto, mayor será el potencial de energía de fusión. Con diez veces el volumen de plasma de la mayor máquina en operación actualmente, el Tokamak del ITER será una herramienta experimental única, capaz de obtener plasmas de mayor duración con un mejor confinamiento. La máquina se ha diseñado específicamente para:

    1) Producir 500 MW de potencia de fusión en pulsos de 400 s.

    El record actual de potencia de fusión lo tiene el tokamak europeo JET. En 1997, el JET produjo 16 MW de potencia de fusión para una potencia de entrada total de 24 MW (Q=0,67). ITER se ha diseñado para producir un retorno de energía de Q=10, o 500 MW de potencia de fusión a partir de 50 MW de potencia de entrada, en pulsos de larga duración (400-600 s). Será el primer experimento de fusión en la historia en producir energía neta. ITER no capturará la energía que produzca en forma de electricidad, su objetivo es facilitar los primeros experimentos de fusión con producción neta de energía que a su vez servirán para preparar el camino a la máquina que pueda hacerlo.

    2) Demostrar la operación integrada de tecnologías para una planta de energía de fusión

    ITER será el eslabón entre los dispositivos actuales de fusión a escala experimental (más pequeña) y las futuras centrales de fusión de demostración. Los científicos serán capaces de estudiar plasmas en condiciones similares a las esperadas en una futura central, y podrán evaluar de forma integrada tecnologías relativas al calentamiento, control y diagnosis de plasma, criogénesis y mantenimiento remoto.

    3) Alcanzar un plasma de deuterio-tritio en el que la reacción se sostenga internamente

    Actualmente, la investigación en fusión se encuentra en el umbral de explorar plasmas en ignición –aquellos en los que el calor de la reacción de fusión queda confinado dentro del plasma de forma suficientemente eficiente para alcanzar una larga duración. Los científicos confían en que los plasmas del ITER no solo producirán mucha más potencia de fusión, sino que además permanecerá estable durante periodos de tiempo más largos.

    4) Probar la producción in situ de tritio

    Una de las misiones de las etapas finales de la operación del ITER es demostrar la viabilidad de producir tritio en el interior de la vasija de vacío. El suministro mundial de tritio (usado junto al deuterio como combustibles de la reacción de fusión) no es suficiente para cubrir las necesidades de las futuras centrales de fusión. ITER proporcionará una oportunidad única de evaluar experimentalmente las planchas de producción de tritio in situ en un entorno de fusión real.

    5) Demostrar las características de seguridad de un dispositivo de fusión

    En 2012, cuando la organización del ITERobtuvo la licencia como operador nuclear en Francia, el dispositivo de fusión ITER se convirtió en el primero a nivel mundial en haber superado con éxito este riguroso examen de seguridad. Una de las metas principales de la operación del ITER es demostrar el control del plasma y de las reacciones de fusión con consecuencias insignificantes sobre el entorno.

    Fases del proyecto

    La construcción de la instalación científica ITER en St-Paul-lez-Durance, Francia, comenzó en 2010 y se espera que dure unos diez años. En paralelo, se está llevando a cabo la fabricación de los componentes de la máquina ITER en los diferentes países participantes en el proyecto, habiéndose recibido ya envíos de componentes finalizados desde mediados de 2014.

    Una vez que se pueda acceder al edificio del Tokamak, comenzará la instalación de la máquina ITER. La fase de montaje del ITER, que incluye la instalación de la máquina principal y la instalación de todos los sistemas auxiliares, continuará con una fase de comisionado para asegurar que todos los sistemas operan al unísono. El comisionado finalizará con la producción del Primer Plasma.

    Se espera que la fase operativa del ITER se extienda durante 20 años: en primer lugar se ha planificado un periodo de varios años de “puesta a punto” de operación con hidrógeno puro, en el que la máquina permanecerá accesible para reparaciones, y donde se probarán los regímenes físicos con mayor potencial. Esta fase dará paso a otra de operación con deuterio y pequeñas cantidades de tritio para evaluar las provisiones de apantallamiento de pared. Finalmente, los científicos lanzarán una tercera fase con operaciones de frecuencia creciente con mezclas equivalentes de deuterio y tritio, a máxima potencia de fusión.

    ¿Y después del ITER?

    Décadas de investigación en fusión y varias generaciones de dispositivos de fusión han contribuido al diseño del ITER. Y el ITER, a su vez, contribuirá al diseño de la siguiente generación de máquinas –DEMO– que llevará la investigación de fusión al umbral de un prototipo de reactor de fusión.

    El conocimiento y la experiencia adquiridos durante la exploración de los plasmas calientes del ITER se usará para concebir la máquina que explorará la operación en continuo o casi continuo (estado estacionario) y probarán la producción a gran escala de electricidad y la autosuficiencia del combustible de tritio. El término DEMO describe más una fase que una máquina en particular. De momento, los diferentes países miembros del proyecto ITER están considerando varios proyectos DEMO conceptuales, siendo aún demasiado pronto para decir si DEMO será un proyecto de colaboración internacional como ITER, o si estará constituido por una serie de proyectos nacionales. Pero sí que existe consenso en cuanto al plazo para la fase DEMO de investigación en fusión: la planificación, ya en marcha, debería continuar durante los primeros años de operación del ITER para beneficiarse del retorno de los experimentos realizados en él. Se prevé que la construcción comience en la década de 2030, y la operación en la de 2040. Por ejemplo, ya hay en marcha un proyecto DEMO en Corea: el proyecto K-DEMO, un tokamak con un radio mayor de 6,65 m (en comparación con los 6,21 m del ITER).

    DEMO es la máquina que abordará las cuestiones tecnológicas para llevar la energía de fusión a la red eléctrica. Las principales metas de la fase DEMO son la exploración de la operación continua (estado estacionario), la investigación de sistema de captura de energía eficientes, el logro de una producción neta de potencia en el rango de Q=30-50, y la producción in situ de tritio (dentro del reactor). DEMO será una máquina más sencilla que ITER, con menos sistemas de diagnóstico y un diseño más dirigido a la captura de energía que a la exploración de los regímenes de plasma.

    Con ITER en construcción y DEMO en su fase conceptual, se han planeado otras instalaciones con características y objetivos diversos para llevar a cabo investigaciones y desarrollos complementarios en las áreas de materiales avanzados, auto-suficiencia de tritio y aprovechamiento térmico. En Japón, por ejemplo, ha comenzado la fase de validación de ingeniería del programa “International Fusion Materials Irradiation Facility” (IFMIF). Esta instalación evaluará y caracterizará los materiales avanzados necesarios para una planta de fusión de escala comercial.

    Más allá de DEMO, la etapa final para producir energía de fusión será la construcción de un reactor prototipo, completamente optimizado para producir electricidad de forma competitiva. El calendario para dicho prototipo depende enormemente de la voluntad política para alcanzar esta etapa, pero la mayor parte de los pronósticos ubican esta fase de desarrollo de la energía de fusión a mitad de siglo.

    Construcción del ITER

    La construcción comenzó en 2010, con el edificio del Tokamak como elemento central. Actualmente sigue la construcción en un emplazamiento de 180 hectáreas al sur de Francia. Se está construyendo un total de treinta y nueve edificios y áreas técnicas, que albergarán el Tokamak y todos sistemas auxiliares. El corazón de la instalación –el edificio del Tokamak es una estructura de siete plantas de hormigón reforzado que se asentará 13 metros por debajo del nivel del suelo y tendrá una elevación de 60 m. El montaje previo de los componentes del Tokamak se realizará en el adyacente “Assembly Hall”. Otros edificios auxiliares próximos al edificio del Tokamak incluyen las torres de refrigeración, las instalaciones eléctricas, una sal de control, instalaciones de tratamiento de residuos, y la planta criogénica que proporcionará helio líquido para enfriar los imanes del ITER.

    Se necesitarán al menos cuatro años y más de 2.300 trabajadores para completar los elementos principales. En ese momento, los edificios se entregarán a la Organización ITER para comenzar el trabajo de integración y montaje. El montaje con éxito de los más de un millón de componentes (diez millones de partes), construidos en las fábricas de los miembros del proyecto por todo el mundo y transportados al emplazamiento del ITER, constituye un tremendo reto, tanto desde el punto de vista logístico como de ingeniería. Aproximadamente 2.000 personas participarán en el montaje.

    En las oficinas de ITER de todo el mundo, se ha orquestado y coordinado al detalle la secuencia exacta del calendario de montaje e instalación. Los primeros componentes de gran tamaño han comenzado a llevar a Francia en 2015.

    ¿Retrasos en el proyecto?

    El Primer Plasma y la posterior operación a plena potencia con deuterio-tritio están programados originalmente para 2020 y 2027. Sin embargo, el proyecto va con retraso, principalmente debido al incremento de costes y a la reducción de presupuesto en varios miembros participantes en los últimos años. Actualmente se está realizando una auditoría independiente para certificar los plazos y costes reales, que será publicada en junio de 2016. En función del resultado de este análisis los diferentes países miembros actualizarán sus compromisos con el proyecto. Cabe destacar en este sentido las presiones políticas que se están produciendo en EE.UU. en relación a su apoyo al proyecto internacional.

    Estados Unidos apuesta por la aprobación de 5 biocombustibles de base biológica

    Vie, 04/29/2016 - 13:22

    La Administración Federal de Aviación (FAA) ha aprobado 5 combustibles de aviación alternativos que pueden llegar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero hasta en un 85% en contraste con los combustibles tradicionales.

    Autora: Cristina Álvarez Vaquerizo -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT

    Estos biocombustibles aprobados son: Alcohol paraqueroseno parafínico sintético de Jet (ATJ-SPK) creado a partir del isobutanol proveniente de los residuos de cosechas como la de maíz o azúca, Iso-parafinas sintetizadas (SIP) produciendo combustibles de mayor octanaje, esteres de ácidos grasos y de queroseno parafínico sintético (HEFA-SPK) que utiliza grasas y aceites y grasas hidroprocesadas, quereoseno parfínico sintético Fischer-Tropsoh (FT-SPK) y queroseno sintético con aromáticos Fischer-Tropsoh (FT-SKA), ambos a partir de diversas fuentes de biomasas renovables. Los requisitos que deben cumplir todos ellos son que puedan ser utilizados directamente en los motores actuales sin necesidad de transformaciones u otros equipos, el rendimiento sea equivalente a los ofrecidos por los combustibles fósiles y mantengan la seguridad.

    Con esta iniciativa la industria de la aviación podrá ayudar al medio ambiente y luchar contra el calentamiento global.

    Fuente: www.energiasrenovables.com

    Catalizadores eficientes y económicos para la oxidación de COVs

    Mié, 04/27/2016 - 04:36

    Autora: Raquel Portela, ICP-CSIC


    Los compuestos orgánicos volátiles (COVs, o por sus siglas en inglés VOCs, volatile organic compounds) son dañinos para la salud y el entorno incluso a muy bajas concentraciones, especialmente por su capacidad de producir oxidantes fotoquímicos. Entre las fuentes antropogénicas de COVs más importantes y que están reguladas por normativa se encuentran las actividades que implican el uso de disolventes y de pinturas y barnices. Además de reducir las emisiones mediante el fomento de buenas prácticas y tecnologías menos contaminantes, como se pretende con la medida número 25 del Plan Azul + de la Comunidad de Madrid (2013-2020), es necesario optimizar las tecnologías de eliminación de  COVs de las emisiones que no pueden ser evitadas.

    En el caso de bajas concentraciones de contaminante cuya recuperación tiene poco interés en caudales grandes de aire resulta muy costoso tanto retener los COVs mediante métodos no destructivos, como subir la temperatura hasta 700-1200 ºC para conseguir su oxidación térmica. El uso de lechos catalíticos, principalmente basados en metales u óxidos metálicos soportados en sólidos porosos, permite reducir a 250-400 ºC la temperatura requerida para oxidar los COVs con elevadas eficiencias a CO2 y H2O.

    La actividad catalítica, la viabilidad económica y el impacto ambiental de los catalizadores son parámetros clave para que puedan ser usados ampliamente en la industria y que dependen en gran medida del método de preparación y del grado conseguido de dispersión y accesibilidad del metal en el soporte.

    La preparación convencional de catalizadores sólidos es relativamente compleja y costosa, ya que implican varias etapas de síntesis, que incluyen la obtención del soporte, la incorporación del catalizador y la activación, para las que suelen ser necesarios una serie de tratamientos térmicos1. Recientemente investigadores del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) del CSIC han propuesto un método basado en la utilización de carbón pre-impregnado (ICP por sus siglas en inglés: impregnated carbon procedure) para fabricar sólidos estructurados funcionalizados muy activos catalíticamente. Este procedimiento reduce al mínimo el consumo de energía y reactivos al llevar a cabo en una sola etapa la dispersión del precursor del metal y su reducción in situ junto con la generación de grandes macroporos2,3. El método consiste en el amasado de una pasta acuosa compuesta por un aglomerante y carbón activado (AC) donde el precursor de la fase activa ha sido pre-impregnado. Además, un óxido metálico puede ser incluido como soporte. La pasta, una vez homogénea, se extruye con la forma final deseada: monolito, pastilla, etc. Este sólido se transforma entonces en un catalizador activo en un único tratamiento térmico en atmósfera pobre en oxígeno. Con la calcinación se consolida la estructura cerámica y se queman las partículas de carbón, con lo que se genera macroporosidad y además se transfiere la fase activa dispersa al soporte final de manera similar a la deposición química de vapor; simultáneamente se produce la reducción del catión metálico, ya sea por acción del carbón directamente o por la del del monóxido de carbono formado.

    El grupo de Espectroscopia y Catálisis industrial (SpeICat) del ICP ha desarrollado mediante el método descrito catalizadores sólidos con muy bajo contenido en Pt (0.2% en peso) y alta actividad catalítica para la oxidación de COVs, tal y como se recoge en un artículo reciente4. El aglomerante empleado es sepiolita natural, arcilla accesible y económica que aporta meso/macroporosidad. Este silicato de magnesio se puede combinar con alúmina o titania para mejorar la afinidad del monolito por el precursor metálico empleado, y por tanto la dispersión final. Si se comparan estos materiales con catalizadores de composición equivalente preparados por impregnación húmeda del soporte preconformado las ventajas son múltiples; a la sencillez del método de preparación propuesto se añade que la actividad para oxidación de COVs es claramente favorable, como se observa en la Figura 1. La conversión obtenida por impregnación convencional del soporte de sepiolita (curva negra) o sus mezclas con los óxidos metálicos es muy inferior a la obtenida cuando el carbón pre-impregnado actúa como generador de macroporos, agente dispersante y reductor de la fase activa (método ICP,curva naranja, arriba). Cabe destacar que en el caso de sepiolita sola, cuando se emplea carbón sólo para generar macroporosidad en el soporte, y no para dispersar la fase activa, y se realiza la impregnación convencional a posteriori, la conversión disminuye (curva morada, abajo), porque el metal tiende a agregarse en los poros. Al añadir uno de los óxidos metálicos, con punto de carga cero elevado, y por tanto mayor afinidad por el precursor al pH de impregnación, la conversión del material impregnado a posteriori mejora, pero sigue siendo inferior a la obtenida mediante la pre-impregnación del carbón.

    Figura 1. Esquema resumen de la preparación de catalizadores extruidos basados en platino sobre sepiolita, y del efecto que tienen el carbón activado y el método de impregnación en la porosidad, dispersión y actividad oxidativa. La curva negra de actividad, referencia, es la obtenida sin emplear CA. La curva violeta y la micrografía correspondiente (abajo) son las obtenidas cuando se emplea CA en la extrusión pero se impregna el material una vez consolidado; en ausencia de un óxido metálico como soporte la macroporidad favorece la formación de aglomerados. La curva naranja representada sobre su micrografía (arriba) se obtiene pre-impregnando el CA (método ICP), con lo que se simplifica la preparación y se favorece la dispersión. Ver el artículo completo en 4.


    Bibliografía:

    1.         P. Ávila, M. Montes and E. E. Miró, Chem. Eng. J., 2005, 109, 11-36. http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2005.02.025

    2.         J. Blanco, A. L. Petre, M. Yates, M. P. Martin, S. Suarez and J. A. Martin, Advanced Materials, 2006, 18, 1162-1165. http://dx.doi.org/10.1002/adma.200501061

    3.         EP1952885A1, 2008.

    4.         R. Portela, V. E. García-Sánchez, M. Villarroel, S. B. Rasmussen and P. Ávila, Appl. Catal., A, 2016, 510, 49-56. http://dx.doi.org/10.1016/j.apcata.2015.10.050

     

    Nueva tarea sobre almacenamiento compacto de energía térmica dentro de los programas SHC y ECES de la IEA

    Mié, 04/20/2016 - 04:57

    Autora: Rocío Bayón, CIEMAT

    Entre los días 6 y 8 de abril de 2016 tuvo lugar en la localidad de Graz (Austria) el Workshop para definir la nueva Tarea conjunta entre los Programas SHC (Solar Heating and Cooling) y ECES (Energy Conservation through Energy Storage) de la Agencia Internacional de la Energía  (IEA, International Energy Agency), sobre almacenamiento compacto de energía térmica (Compact Thermal Energy Storage). Esta nueva Tarea conjunta quiere ser una continuación de la anterior (Task42/Annex 29), que comenzó en enero de 2009 y ha terminado oficialmente en diciembre de 2015.

    Este tipo de Tareas son unas plataformas de cooperación tecnológica que intentan agrupar a expertos de los diferentes países participantes. Entre los beneficios de esta colaboración internacional de ámbito no solo europeo se encuentran la aceleración del desarrollo tecnológico, la promoción de normas y estándares, la alineación de los programas nacionales de I+D así como  la proyección e intercambio de investigadores.

    La Tarea 42/29 en Compact Thermal Energy Storage: Material Development for System Integration” surgió con el objetivo general de desarrollar materiales y sistemas avanzados para el almacenamiento compacto de energía térmica.

    El almacenamiento térmico es un componente muy importante para los sistemas de energía renovable ya que, mejorando su eficiencia, se mejorará la de las tecnologías renovables que producen energía térmica. Sin embargo, hasta ahora no se dispone de una tecnología del almacenamiento compacto que sea eficiente desde el punto de vista del coste. Para sistemas con alta fracción solar en las que utilizar agua caliente es caro pues requiere mucho volumen y espacio, las tecnologías alternativas de almacenamiento basadas en materiales de cambio de fase (PCMs) o en materiales termoquímicos (TCMs) están disponibles solo a escala de laboratorio. Por tanto, son necesarios mayor investigación y desarrollo antes de que estas tecnologías se desarrollen como soluciones comerciales. En varias tareas de la Agencia (IEA) se ha concluido que los materiales representan el mayor cuello de botella para encontrar soluciones efectivas al almacenamiento compacto de energía térmica y que son necesarios nuevos materiales de almacenamiento con mayor densidad de almacenamiento efectivo y menor coste.

    Por otro lado, en el mundo hay muchos grupos trabajando bien en materiales para almacenamiento térmico o en sus aplicaciones. Sin embargo, estas actividades no están lo suficientemente ligadas y coordinadas. Por tanto, sería muy importante poner de manera conjunta el trabajo que se está realizando sobre materiales y sistemas de almacenamiento compacto.

    Partiendo de estas premisas, la Tarea 42/29 tenía como objetivos la identificación y el diseño de materiales avanzados para almacenamiento térmico compacto; el desarrollo de metodologías de ensayo para caracterizar dichos materiales de forma fiable y reproducible; la mejora del funcionamiento, la estabilidad y los costes de los mismos; el desarrollo métodos numéricos para predecir el funcionamiento de los nuevos materiales, la puesta en marcha de nuevos sistemas de almacenamiento que contengan estos materiales avanzados y la comprobación del impacto de los nuevos materiales en las aplicaciones consideradas. Un objetivo importante de esta Tarea ha sido también la de diseminar el conocimiento y la experiencia adquirida en la misma además de crear una red de investigación activa y efectiva en la que investigadores e industria del campo del almacenamiento térmico puedan colaborar.

    En cuanto al tipo de materiales esta Tarea estuvo enfocada hacia el estudio de materiales avanzados para almacenamiento el calor latente y termoquímico, excluyendo los que almacenan calor sensible, en términos de propiedades y comportamiento a nivel molecular, a nivel macroscópico y a nivel del sistema de almacenamiento.

    En cuanto al tipo de aplicaciones consideradas dentro de la Tarea estaban el almacenamiento solar estacional, la cogeneración, la trigeneración y las bombas de calor, la refrigeración de edificios, la calefacción de distritos, el calor residual de procesos industriales y la energía solar de concentración

    Entre los principales logros alcanzados en la Tarea42/29 se encuentra la caracterización de un gran número de materiales de cambio de fase (PCMs) y para almacenamiento termoquímico (TCMs) tanto nuevos como modificados. También se han investigado nuevos métodos de caracterización de los mismos además de desarrollarse un nuevo método normalizado para medidas de calorimetría diferencial de barrido (DSC). Así mismo se han realizado avances en el modelado numérico de materiales y se ha creado una base de datos para materiales de cambio de fase, termoquímicos y de adsorción. Los expertos de la Tarea recomiendan que en futuro deberían involucrarse más expertos en ciencia de materiales y en química tanto orgánica como inorgánica con el fin de reforzar el desarrollo de estos materiales. En general se ha alcanzado un mayor conocimiento de las propiedades de los materiales que mejorará sus posibilidades de desarrollo y proporcionará una base más para su aplicación en los sistemas de almacenamiento térmico. Por otro lado, se ha desarrollado también una herramienta para la evaluación económica de los sistemas de almacenamiento térmico que ha sido validada con almacenamientos convencionales presentes en el mercado y posteriormente aplicada a los sistemas de almacenamiento compacto que se desarrollan dentro de la Tarea.

    En cuanto a las principales conclusiones de la Tarea 42/29, cabe destacar las barreras técnicas todavía existentes a nivel de materiales, componentes y sistemas pues tanto los PCMs como los TCMs se encuentran en un estado de desarrollo todavía en fase de I+D. Por tanto, es necesario continuar con la investigación básica y aplicada para entender totalmente los procesos físicos y químicos involucrados en el cambio de fase y los procesos termoquímicos. Esto implica avanzar también en el modelado de materiales y en la simulación de reacciones y procesos tanto a escala molecular como a escala macroscópica, así como avanzar en la operación y el control a nivel de componentes y de procesos.

    Así pues, para conseguir un despliegue a nivel comercial seguirá siendo necesario un apoyo a la I+D por parte de los programas nacionales e internacionales ya que el almacenamiento térmico compacto todavía se encuentra en estado de desarrollo. Es necesario también que aumente el apoyo a proyectos de demostración para conseguir una base más sólida que permita desarrollar el gran potencial que tienen los sistemas de almacenamiento compacto.

    En este sentido al término de la Tarea 42/29 se estableció la necesidad de crear una nueva Tarea que fuera continuación de la misma igualmente en el marco de los Programas SHC y ECES de la IEA, y que intentara dar respuesta a las barreras identificadas en la Tarea precedente.

    Algunos de los retos que se plantean en la nueva Tarea consisten en continuar con el desarrollo y la caracterización de PCMs y TCMs prestando gran atención a su comportamiento a largo plazo en las condiciones de operación del sistema de almacenamiento en el que van a estar integrados. Es este sentido el estudio de los procesos de degradación frente a situaciones de ciclado térmico, así como la definición del tipo de ensayos y las propiedades que determinen dicha degradación serán algunas de las actividades prioritarias.

    Referencias bibliográficas y Links relacionados:

    [1] M. Rommel, A. Hauer, W. van Helden, IEA SHC Task 42 / ECES Annex 29. Compact Thermal Energy Storage, SHC 2015, International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, Istanbul (Turkey), Dec. 2105. (and references therein). To be published as open access in Energy Procedia. Also available in the web sites below.

    [2] http://www.iea-shc.org

    [3] http://task42.iea-shc.org/

     

    Para más información sobre el Programa SHC (www.shc_iea.org)

    Representantes Españoles (Ciemat)

                Dr. M. José Jiménez Taboada; (mjose.jimenez@psa.es)

    Dr. Ricardo Enríquez Miranda; (ricardo.enriquez@ciemat.es)

    Agente Operador, por SHC, de la nueva Tarea sobre Almacenamiento Compacto de Energía Térmica

    Wim van Helden

    AgentschapNL / Wim van Helden Renewable Heat

    wim@wimvanhelden.com

     

    Líquidos iónicos y su aplicación en pilas de combustible

    Lun, 04/18/2016 - 10:58

    Autores: D. Herranz, P. Ocón. Universidad Autónoma de Madrid

    Los líquidos iónicos (IL, por sus siglas en inglés de “Ionic Liquids”) son unos compuestos químicos cuyas características básicas podrían ser resumidas en los siguientes puntos: están compuestos solamente por cationes y aniones, no contienen ningún disolvente molecular y por acuerdo solo se consideran como tales aquellas sales que sean estables en fase líquida a temperaturas inferiores a los 100ºC. El término solía aplicarse también al resto de sales fundidas aunque estuvieran a temperaturas superiores ya que hasta 1992 eran los únicos compuestos conocidos que estaban formados solo por aniones y cationes. 1 El descubrimiento en 1992 de compuestos estables que cumplían los anteriores puntos se debe a Wilkes, Zaworotko, Cooper y O’Sullivan, y a partir de entonces su estudio y posibles aplicaciones han ido creciendo de forma exponencial a la vez que se han ido descubriendo muchos más compuestos de este tipo. Estos pueden ser divididos en siete grandes familias según la estructura catiónica que posean, que puede ser derivada de: tetraalquilamonio, 1,2,3-Trialquilimidazol, alquilpiridinio, dialquilpirrolidina, dialquilpiperidinio, tetraalquilfosfonio o trialquilsulfonio.

    Algunas de sus propiedades generales más destacables son su alta conductividad eléctrica, muy baja presión de vapor (y por tanto una volatilidad casi nula), amplio rango de temperatura en el que permanecen estables en fase líquida, alta estabilidad química y su facilidad para conseguir distintas propiedades físico-químicas dependiendo de cómo se sinteticen y qué iones se mezclen.

    El hecho de que tengan una presión de vapor tan baja y un marcado carácter iónico y polar, unido a que muchos también son no inflamables hace de estos compuestos unos disolventes o solutos ideales para determinadas condiciones como pueden algunas reacciones orgánicas de síntesis de ciclos de carbono o reacciones aldólicas o la disolución de celulosa y biopolímeros. También se está estudiando su uso para preparación de fluidos magnetoreológicos (los cuales pueden ser controlados por campos magnéticos) y para la mejora de lubricantes y/o su creación únicamente a partir de líquidos iónicos.

    Los líquidos iónicos presentan también grandes oportunidades formando materiales híbridos con otros compuestos; un ejemplo es la gelificación de los líquidos iónicos usando polímeros, nanopartículas o nanotubos de carbono o su inserción en otros materiales para dotarlos por ejemplo de mayor conductividad. Aprovechando su alta conductividad y el hecho de estar en fase líquida también los hace muy buenos candidatos para ser usados como electrolitos en reacciones electroquímicas o medios de reacción para la síntesis de otros materiales como la electrodeposición de materiales metálicos o semiconductores o la síntesis de nanopartículas metálicas.

    En el campo de las pilas de combustible los líquidos iónicos están siendo usados para poder obtener una alta conductividad iónica a través del electrolito polimérico (la membrana) a altas temperaturas (>100ºC) donde la humedad relativa es muy baja y las membranas comúnmente usadas a menores temperaturas, como la de Nafion, pierden mucha conductividad. Para conseguir esto el líquido iónico tiene que pasar a formar parte de la membrana y quedar retenido en ésta. Algún ejemplo de cómo hacerlo es la preparación de membranas híbridas de líquidos iónicos con Nafion2 o la polimerización de microemulsiones de líquidos iónicos proticos,3 en este último caso se usan las microemulsiones ya que la compatibilidad entre el líquido iónico (en estado natural, no en microemulsiones) con la matriz polimérica no sería buena. Esta compatibilidad es un parámetro importante a considerar que en este caso pudo superarse a través de este método de las microemulsiones. Otra posibilidad interesante es formar un líquido iónico como fase transitoria para, aprovechando sus propiedades de solubilidad, introducir un reactivo en una mezcla en la que originalmente no sería soluble, hacerlo reaccionar en el estado de líquido iónico y posteriormente devolverlo a su estado original pero ya formando parte del producto final como puede ser un electrolito polimérico.4

    Estas investigaciones demuestran el potencial de los líquidos iónicos para futuras aplicaciones tanto en otros campos como en el de las pilas de combustible en concreto y justifican el actual interés en estos materiales.

     

    Bibliografía

    1.        Torimoto, T., Tsuda, T., Okazaki, K. I. & Kuwabata, S. New frontiers in materials science opened by ionic liquids. Adv. Mater. 22, 1196–1221 (2010).

    2.        Subianto, S., Mistry, M. K., Choudhury, N. R., Dutta, N. K. & Knott, R. Composite polymer electrolyte containing ionic liquid and functionalized polyhedral oligomeric silsesquioxanes for anhydrous PEM applications. ACS Appl. Mater. Interfaces 1, 1173–1182 (2009).

    3.        Yan, F. et al. Enhanced proton conduction in polymer electrolyte membranes as synthesized by polymerization of protic ionic liquid-based microemulsions. Chem. Mater. 21, 1480–1484 (2009).

    4.        Diao, H. et al. High performance cross-linked poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid)-based proton exchange membranes for fuel cells. Macromolecules 43, 6398–6405 (2010).

    EUROSUN 2016. 11ª Conferencia Internacional de Energía Solar en la Edificación y la Industria

    Vie, 04/15/2016 - 06:07

    Autora: Lucía Arribas-Instituto IMDEA Energía

    La ciudad de Palma, capital de la isla de Mallorca, acogerá este año a la Undécima Conferencia Eurosun organizada por la Sociedad Internacional de Energía Solar (ISES), en colaboración con la Asociación Española de Energía Solar (AEDES) y la Universidad de las Islas Baleares, durante los días 11 al 14 de octubre. Se trata del encuentro internacional de energía solar en la edificación y la industria. La cita contará con la intervención de expertos en el sector, tanto de investigación como de industria, que mostrarán el estado actual de la tecnología, sus aplicaciones y legislación, los avances y perspectivas.

    Los temas que se trataran se enmarcan en:

    1. Arquitectura solar y edificios de energía cero
    2. Calor solar para procesos industriales
    3. Almacenamiento térmico
    4. Sistemas solares térmicos: agua caliente sanitaria, calefacción y refrigeración
    5. Calefacción y refrigeración urbana asistida por energía solar y aplicaciones de gran escala
    6. Pruebas y certificaciones
    7. Colectores solares térmicos y componentes del circuito solar
    8. Sistemas fotovoltaicos (PV) y fotovoltaicos + térmicos  (PVT) para edificios e industria
    9. Recurso solar y meteorología de la energía
    10. Educación solar
    11. Estrategias y políticas de energía renovable

    Para participar en el congreso se pueden presentar artículos científicos que describan un trabajo original y no publicado enmarcado en alguno de los temas enumerados. El resumen de dicho artículo puede enviarse hasta el 24 de abril (ampliado periodo inicial que finalizaba el 7 de abril). La notificación de aceptación se comunicará en junio y el 27 de septiembre finaliza el plazo para la presentación del artículo completo.

    Más información:

    1. http://www.eurosun2016.org/
    2. https://ises.org/

     

    Optimizando el concepto de biorrefinería

    Mar, 04/12/2016 - 09:26

    Autores:  Esperanza Montero y Diego Iribarren-Instituto IMDEA Energía

    El creciente interés social por los problemas energéticos y ambientales que acucian a la población mundial ha impulsado la investigación en nuevos procesos sostenibles para satisfacer las necesidades eléctricas, térmicas y de transporte. A pesar de los esfuerzos realizados hasta la fecha, los combustibles fósiles siguen siendo insustituibles en el mercado, con el petróleo acaparando más de un 30% del consumo energético mundial en 2014. Aunque cabría esperar que el consumo futuro de combustibles fósiles disminuyera como consecuencia de factores como el cambio climático y la seguridad de suministro, en la actualidad se observa una situación difusa propiciada por la caída del precio del barril de petróleo, hecho que se espera sea tan solo un paréntesis en el camino hacia la situación esperada como respuesta a las políticas orientadas al desarrollo sostenible y la externalización de costes.

    Entre el conjunto de soluciones planteadas para afrontar estos problemas, se destaca aquí la utilización de biomasa lignocelulósica (residual o procedente de cultivos energéticos) con fines energéticos. Así, el concepto “biorrefinería” trata  de mitigar las emisiones contaminantes a la atmósfera, mejorar la seguridad de suministro y promover el desarrollo económico de las zonas rurales. Este concepto se centra en la generación de combustibles líquidos, productos químicos y materiales mediante distintas vías de transformación de la biomasa, persiguiendo además la autosuficiencia en cuanto a la satisfacción interna de los requerimientos térmicos y eléctricos de los procesos implicados. Como se observa en la figura, existen distintas vías de conversión de la biomasa en los productos de interés. Entre las rutas de transformación más importantes se incluyen procesos de descomposición térmica de la materia prima como la pirólisis y procesos biológicos por acción de microorganismos o enzimas como la fermentación. Además, los subproductos generados pueden ser susceptibles de aprovechamiento como materia prima en otros procesos en los que se obtengan productos de alto valor añadido.

    En la Unidad de Análisis de Sistemas del Instituto IMDEA Energía se está trabajando en el diseño, simulación y análisis integral de una biorrefinería versátil que opere en función de la demanda del mercado y que mejore la competitividad de la misma respecto a otros sistemas convencionales. En este marco, y dentro del programa de investigación ResToEne-2-CM (S2013/MAE2882), se aborda, por ejemplo, la simulación y análisis tecnoeconómico y ambiental de procesos termoquímicos mediante pirólisis catalítica de biomasa lignocelulósica. Se espera que estos avances en el campo de análisis de sistemas contribuyan significativamente a acercar el concepto de biorrefinería a una implementación efectiva que favorezca la sostenibilidad del sistema energético futuro.  

    ESPAÑA TAMBIÉN APUESTA POR LAS BIORREFINERÍAS BASADAS EN ALGAS: EJEMPLO DE PROYECTO: CO2ALGAEFIX

    Vie, 04/08/2016 - 03:49

    Autor: José Antonio Calles (URJC)

    Un proyecto español, financiado por el programa LIFE+ de la Unión Europea, ejemplo de investigación aplicada a la sostenibilidad energética de un país como el nuestro, con mucho SOL. El proyecto se denomina CO2AlgaeFix y acaba de finalizar, aunque sus promotores anuncian que lo mantendrán más allá del programa de la financiación de la Unión Europea. Según la Agencia Andaluza de la Energía, uno de los socios del consorcio de CO2AlgaeFix, su continuidad “contribuirá al desarrollo del concepto de biorrefinería, aspecto de orden prioritario en Andalucía”, que comprende la obtención de diferentes productos de elevado valor añadido, (nutracéticos, energía, alimentos, materiales, servicios, …). Además, supondrá la instalación de “el mayor fotobiorreactor tubular del mundo hasta ahora construido, de 85.000 litros de capacidad”. Para la Agencia Andaluza de la Energía, “la construcción y operación de la planta ha supuesto un hito a nivel mundial, por sus dimensiones, por las técnicas de cultivo aplicadas y por los objetivos técnico-científicos perseguidos, entre los que se encuentran conseguir una producción de 100 toneladas de biomasa por hectárea y año, equivalente a la captación de 200 toneladas de CO2 por hectárea y año”.

    El proyecto comenzó en el año 2011, con un presupuesto de 3.000.000 €, confinanciados por la UE (50%) y finalizó a finales 2014. Su desarrollo ha estado liderado por AlgaEnergy, compañía de base tecnológica en la que participa Iberdrola, y ha contado con el respaldo de un consorcio en el que se integra la misma multinacional energética, la empresa Exeleria (Grupo Everis), las universidades de Almería y Sevilla, la Agencia Andaluza de la Energía y la asociación Madrid Biocluster.

    El objetivo principal del proyecto era fijar y capturar CO2 procedente de plantas de generación eléctrica mediante el cultivo de microalgas. Para ello se desarrolló un prototipo de biorreactor vertical plano (conocido como jaula-bolsa) que optimiza la eficiencia de captación de CO2 para su transformación en biomasa y energía.

    El proyecto se desarrolla en las instalaciones de la Estación Experimental de las Palmerillas (CAJAMAR), construyendo una planta de producción que utiliza en reactores tubulares cerrados, con una superficie útil de 400 m2. El escalado de los reactores verticales fue uno de los aspectos más complicados del proyecto, en cuanto a consumo y requerimiento de materiales, pero aun así se desarrolló un reactor con un volumen de poco más de 1,5 m, suficiente como para ser considerado de escala demostrativa. Los resultados obtenidos han sido similares a los de los reactores diseñados a escala piloto y de laboratorio (volumen de cultivo de 300 litros). La capacidad de producción de la planta está en torno a los 100.000 kg/año de biomasa (microalgas). Estos recursos son de interés para sectores tales como acuicultura, cosmética, salud y alimentación humana o animal y como fertilizante agrícola.

    El carbono (en forma de CO2) es un nutriente imprescindible para el desarrollo de las microalgas. Se ha podido comprobar que algunas especies de microalgas toleran los gases de combustión como fuente de este elemento y es lo que se ha desarrollado en el proyecto. Los datos de emisiones de CO2 a la atmósfera de la instalación de ciclo combinado de Arcos para obtener energía eléctrica, donde se ubica el proyecto, garantizan la disponibilidad de elemento.

    La responsable de la CE de la supervisión del desarrollo del proyecto, Filipa Ferrao, confirmó “la importancia de todo el conocimiento y valiosas experiencias adquiridas a lo largo de cuatro años de desarrollo del proyecto”. Además, la Agencia Andaluza de la Energía recuerda que la planta “ha sido la primera instalación mundial a escala preindustrial que ha implementado diversas técnicas de cultivo, reactores tubulares, reactores verticales planos y reactores raceways utilizando gases de combustión industriales como fuente de carbono”.

    El éxito del proyecto ha sido tal, que aunque ha finalizado y ya no dispone de financiación europea, sigue adelante. La misma agencia recientemente comunicó que “a partir de la valiosa experiencia adquirida, la planta seguirá evolucionando y aumentando de escala hasta superar incluso la extensión inicial de una hectárea, corrigiendo desviaciones, así como implementando mejoras adicionales que permitan lograr el objetivo inicial de disponer de una instalación de cultivo masivo de microalgas asociada a una central de ciclo combinado”. De esta forma, se va a proceder a instalar “el fotobiorreactor tubular más grande en el  mundo hasta la fecha, con 85.000 litros de capacidad de cultivo, cuyos lazos tienen un desarrollo de cerca de 40 kilómetros de tubos de vidrio especial, la mejor evidencia del estado de la tecnología en estos momentos”.

    Aparte de los sistemas de cultivo, desde el consorcio se menciona la importancia de la elección de la microalga a cultivar, ya que “debe reunir ciertas propiedades, como altas tasas de crecimiento, mínimos requerimientos nutritivos, resistencia a condiciones climatológicas adversas y robustez frente a contaminaciones”, entre otras.

    Sistema de Hidrógeno alimentado con energía solar en una estación de trenes en Kawasaki

    Mar, 04/05/2016 - 10:04

    Autora: Gisela Orcajo Rincón

    Grupo de Ingeniería Química y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos

     

    TOKYO — La Corporación Toshiba ha declarado que recibió el encargo de un sistema H2One de suministro de energía autónomo basado en hidrógeno por parte de La empresa East Japan Railway Co (JR East).

    Este sistema se instalará en la estación de Musashimizonokuchi en la Linea JR Nanbu en la ciudad de Kawasaki y estará operativo en la primavera de 2017.

    Este sistema de cero emisiones de CO2 utilizará energía renovable e hidrógeno mediante el uso de un sistema de gestión de energía H2One desarrollado por Toshiba, que puede suministrar electricidad de forma estable. Específicamente, consiste en un sistema de generación de electricidad solar, baterías de almacenamiento, equipos de producción de hidrógeno, tanques de almacenamiento de hidrógeno y pilas de combustible de hidrógeno puro.

    Los paneles solares instalados en los techos de los trenes generan electricidad, que se utiliza para producir posteriormente hidrógeno. Ese hidrógeno es almacenado en el tanque y, en el momento de un desastre natural, por ejemplo un terremoto, es utilizado para generar electricidad con las pilas de combustible, suficiente para abastecer a la estación de trenes. En situación normal, el sistema puede abastecer electricidad y controlar de una forma óptima la cantidad de hidrógeno producido, la electricidad almacenada y generada, etc. 

    JR East y la ciudad de Kawasaki se han comprometido en la utilización de la energía del hidrógeno para tener una “Eco Sute” – estación de trenes que introducen tecnologías de protección medioambiental como aquellas referidas al ahorro energético y  energías renovables.

    Se celebra en el CIEMAT la 3ª Reunión de Trabajo del Programa Conjunto de Bioenergía de la Alianza Europea de Investigación en Energía (EERA)

    Lun, 03/21/2016 - 10:04

    El pasado 10 de marzo de 2016 se celebró en Madrid (España) el 3er Taller de trabajo del Subprograma 2 “Procesamiento Bioquímico de la Biomasa” del Programa Conjunto EERA Bioenergía.

     Autor: Ignacio Ballesteros  -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT

     La Alianza Europea de Investigación en Energía (EERA) es la base de investigación del Plan Estratégico de Tecnología Energética (SET-Plan) de la UE. EERA contribuye a coordinar el esfuerzo público en investigación de las fuentes de energía de bajo carbono que nos permitan desarrollar tecnologías más eficientes y baratas.

    EERA Bioenergía es la mayor alianza de I+D europea (36 organismos de investigación) en el campo de la bioenergía. Su principal objetivo es alinear las actividades de investigación de los institutos miembros, para proporcionar una programación conjunta en la innovación y el desarrollo de la bioenergía. Actualmente hay cinco subprogramas (SP), con las siguientes líneas de trabajo: Procesamiento Termoquímica de Biomasa (SP1); Procesamiento Bioquímico de la Biomasa (SP2); Biocombustibles a partir de algas (SP3); Biomasa sostenible (SP4) y Bioenergía Estacionaria (SP5). El objetivo general del SP2 es alinear las actividades de investigación de los diferentes miembros de EERA, para dar una base científica y técnica para el desarrollo conjunto de las tecnologías necesarias para la producción de biocombustibles. El SP2 está constituido por tres paquetes de trabajo; WP1, orientado a desarrollar los sistemas de bioprocesos consolidados; el WP2, orientado al desarrollo de nuevas tecnologías de fraccionamiento de la biomasa; y el WP3, orientado al desarrollo del concepto de biorefinería.

    El pasado 10 de marzo se celebró, en el CIEMAT, la tercera reunión de trabajo de las actividades desarrolladas en el subprograma SP2 en el área del WP2 en la temática de trabajo “Evaluación de las tecnologías, actuales y futuras, de pretratamiento”.

    El tema de trabajo de esta reunión fue evaluar las tecnologías, tradicionales y nuevas, de pretratamiento de la biomasa lignocelulósica para su utilización en la producción de biocombustibles de segunda generación haciendo hincapié en los desarrollos más avanzados. El objetivo fue crear una agenda común de investigación que aceleré la eliminación de las barreras tecnológicas que permitan un desarrollo más eficientes de las tecnologías de pretratamiento.

    En la reunión se inscribieron 27 participantes de 11 Organismos de investigación y 6 Industrias de 7 países de la Unión Europea. Entre los participantes a esta reunión de trabajo se encontraban el Coordinador del Programa Conjunto (JP) de Bioenergía; Juan Carrasco (CIEMAT-España), el coordinador del Subprograma (SP2) de Procesamiento Bioquímico de la Biomasa; Francisco Girio (LNEG-Portugal) y la Coordinadora del Programa de trabajo (WP2) Fraccionamiento de la Biomasa Lignocelulósica; Mercedes Ballesteros (CIEMAT-España).

    También se contó con la participación de diferentes empresas que aportaron su visión de cuáles son las etapas que se deben mejorar para hacer más competitivos sus procesos. Los ponentes fueron D. Børge Holm Christensen, (Biosystemer ApS); Dña. Ana Isabel Vicente (Abengoa); D. Piero Cavagliano (Biochemtex); D. José Luis. Adrio (NEOL) y Dña. Antonia Rojas (BIOPOLIS).

    Al final de la reunión se realizó una discusión general de los desafíos que se deben abordar tanto en el desarrollo de mejoras en los procesos de pretratamiento actualmente empleados como en cuáles son las bases de pretratamientos innovadores que faciliten el desarrollo industrial. Esta mesa de trabajo fue coordinada por D. Rafal Lukasik (LNEG-Portugal) y Dña. Inés del Campo (CENER-España).

    Por último se realizó una visita a las diferentes instalaciones de pretratamiento de biomasa lignocelulósica que posee la Unidad de Biocarburantes del CIEMAT.

     

     

    Nuevos diseños en tecnologías solares de concentración

    Mié, 03/16/2016 - 04:16

    Autora: María Isabel Roldán Serrano. CIEMAT-Plataforma Solar de Almería

     Uno de los principales objetivos de la política energética europea es el aumento de la participación de las energías renovables hasta significar un 20% dentro del sector en el año 2020. El desarrollo de las renovables tendrá además una gran influencia en la reducción de las emisiones de CO2, fijada en un 80-95% para el año 2050 [1]. En este contexto, la energía solar tiene un papel clave en el modelo energético del futuro, ya que es una fuente de energía prácticamente inagotable. Sin embargo, el elevado coste de la tecnología solar desarrollada es un obstáculo que se debe superar para lograr su implantación definitiva [2].

    Por un lado, las células fotovoltaicas cuentan con un amplio margen para las mejoras técnicas, puesto que la nanotecnología, las células multicapa y las de concentración prometen rendimientos mucho más elevados. Así, por ejemplo, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado una célula fotovoltaica ultrafina, ligera y flexible empleando un polímero (parileno) tanto en el sustrato como en la capa protectora (Figura 1a); lo que permite que pueda ser empleada para el suministro de energía en equipos electrónicos portátiles de nueva generación [3].

    Otros nuevos diseños han unido sistemas de concentración a las células fotovoltaicas con el fin de mejorar la eficiencia de los paneles solares tradicionales. Uno de estos diseños son las esferas solares (Figura 1b) que consisten en una estructura esférica de cristal rellena de agua para dirigir los rayos solares a unas células fotovoltaicas situadas en el foco de concentración y, a su vez, está asociada a un sistema de seguimiento de la posición del Sol; consiguiendo así un 70% más de eficiencia que la obtenida por los paneles fotovoltaicos tradicionales [4]. Un diseño similar es el de los llamados globos solares (Figura 1c), formados por una capa delgada, ligera y flexible de células fotovoltaicas situadas en el foco de concentración de un globo transparente de 2 m de diámetro. Los rayos solares alcanzan una capa reflectante y son dirigidos hacia dicho foco; de forma que se puede generar unas 400 veces más energía que la conseguida mediante el panel fotovoltaico. Este sistema posee una infraestructura mucho más barata que las tradicionales y, al estar suspendidos en un soporte, se pueden instalar en grandes extensiones de terreno con un impacto ambiental reducido [4].

    Figura 1.             Nuevos diseños en energía solar fotovoltaica: a) células ultrafinas [3], b) esferas solares y c) globos solares [4].

    Por su parte, las centrales termosolares, basadas en la generación de calor, pueden dotarse de sistemas de almacenamiento energético que les permitan suministrar electricidad en cualquier rango horario. Una de las nuevas tecnologías de almacenamiento, desarrollada por Southern Research (SR) para centrales de torre, consiste en transferir la energía termoquímica, debida a una reacción de carbonatación reversible de un óxido de calcio refinado y reforzado, a un intercambiador de calor de placas paralelas conectado a un ciclo de potencia de CO2 supercrítico (s-CO2). Según SR, la alta densidad del material permite reducir el volumen de almacenaje de las sales fundidas a una sexta parte y, las mayores temperaturas alcanzadas (750ºC), permiten emplear un ciclo de potencia con s-CO2 que logra un 10% más de eficiencia en la conversión calor-electricidad que los ciclos convencionales [5].

    En la tecnología de cilindro-parabólicos, se plantea disminuir costes en el campo solar mediante el aumento del área de apertura del captador, tal y como se ha contemplado en el proyecto Noor II en Marruecos [5]. Además, SCHOTT Solar propone nuevos conceptos de tubo receptor considerando mayores dimensiones y nuevos fluidos caloportadores para aumentar la eficiencia alcanzando temperaturas mayores de 500ºC [6].

    Otro desarrollo de las plantas termosolares es contar con un ciclo combinado híbrido solar integrado para aumentar el rendimiento de la planta. El campo solar (ya sea un cilindro parabólico, un reflector lineal de Fresnel o una torre central de heliostatos) proporciona vapor adicional durante las horas de alta radiación solar para alimentar la turbina de vapor principal. De esta forma, se estimula la producción de vapor y, en consecuencia, la potencia de salida eléctrica con un coste extra relativamente bajo [7].

    En el diseño de heliostatos, aparece como novedad el heliostato Stellio de forma pentagonal con técnicas innovadoras de construcción y software inteligente para reducir alrededor de un 20% la inversión en el campo de heliostatos de las centrales de torre. Su forma pentagonal permite reducir los efectos de los bloqueos y las sombras en el campo solar, al tiempo que permite reducciones rentables de las dimensiones estándar de los reflectores. Además, emplea dispositivos de seguimiento lineal en ambos ejes y su diseño evita grandes deformaciones estructurales en las esquinas de los reflectores, gracias a una estructura simétrica con igual rigidez en todas las direcciones [8].

    Figura 2.       Nuevos diseños en energía solar de concentración: a) elementos de mejora en el diseño de captadores cilindro-parabólicos [5], b) heliostato Stellio [7].

    Por tanto, como consecuencia de la aparición de diseños innovadores más rentables y eficientes, la energía solar está más cerca de implantarse como una alternativa real en el modelo energético del futuro.

    Fuentes:

    1. Policy Department Economic and Scientific Policy, European renewable energy network-Study, IP/A/ITRE/ST/2011-07, European Union, (2011).
    2. http://www.investigacionyciencia.es/
    3. http://news.mit.edu/2016/
    4. http://ecoinventos.com/
    5. http://es.csptoday.com/
    6. http://helionoticias.es/
    7. https://www.sulzer.com/
    8. http://www.sbp.de/

    ¿Qué es un cínico? La importancia de valorar correctamente el precio de la energía

    Dom, 03/13/2016 - 10:27

    Autor: Salvador Luque-Instituto IMDEA Energía

    Para Oscar Wilde un cínico es un hombre que conoce el precio de todo y el valor de nada, como expresa Lord Darlington en la comedia “El abanico de Lady Windermere”. Representada en 1892, la obra constituyó su primer gran éxito teatral en el West End londinense. Se trata de una despiadada sátira de alta sociedad inglesa de la época, que explora la dificultad de mantener el honor en sus círculos puritanos e hipócritas. La frase escogida, sin embargo, puede aplicarse con igual vigor a la no menos tortuosa empresa de valorar correctamente el precio de la energía en la sociedad global actual.

    En una charla preparatoria a la conferencia de Naciones Unidas Río+20 en 2012, Christine Lagarde, Directora Gerente del Fondo Monetario Internacional, ofreció un discurso desacostumbrado para sus diez predecesores en el cargo.  El mundo se enfrenta a una triple crisis: económica, medioambiental y social, dijo. Destacaba en su tesis la idea de que las tres crisis interactúan entre sí y se retroalimentan de manera compleja, lo que implica que no pueden abordarse, ni mucho menos resolverse, por separado. Sin embargo, proponía empezar en su resolución por un principio sencillo: ponerle un precio correcto al consumo de energía, un aspecto básico que cualquier solución integrada necesitaría seguramente incorporar.

    Bajo su auspicio, el FMI publicaba en 2014 el libro titulado “Getting Energy Prices Right: From Principle to Practice”, donde la institución describe las herramientas necesarias para ayudar a los legisladores a valorar la energía de forma responsable. El volumen, acompañado por extensas tablas de datos para 176 países, pone el énfasis en la existencia generalizada de subsidios a la energía (subsidios al consumo de carbón, petróleo, gas natural y electricidad). Y argumenta que su eliminación significaría haber recorrido una parte importante del camino hacia la correcta valoración del precio de la energía. Los subsidios globales al consumo energético se estimaron para 2015 en 5.3 billones de dólares, o un 6.5% del PIB mundial. Sólo en España, estos subsidios fueron de 22.000 millones de euros ese año, un 1,7% de su PIB, o alrededor de 474 euros por habitante.

    Los subsidios al consumo energético incluyen dos componentes: subsidios antes de impuestos, y subsidios en impuestos (es decir, en impuestos eximidos). Los primeros existen cuando los consumidores pagan por la energía precios inferiores a su precio de mercado. Pero la definición utilizada por el FMI engloba, notablemente, los subsidios en impuestos – de hecho, son éstos la principal contribución al total. Con este término se hace referencia a situaciones donde los impuestos exigidos al consumo de energía son insuficientes para compensar sus consecuencias negativas, o en términos económicos, sus externalidades.

    Las externalidades negativas del consumo energético en la actualidad son extensas. Incluyen el calentamiento global por emisiones de efecto invernadero, la contaminación atmosférica y sus efectos sobre la salud pública, o las derivadas del uso de combustibles fósiles en el transporte: desgaste de redes públicas de carreteras, accidentes de tráfico y tiempo productivo perdido en atascos. Cualquier política fiscal que no refleje estas consecuencias del consumo de energía en el precio que se paga por ella puede considerarse un subsidio a su consumo. Las gráficas a continuación muestran el valor de los subsidios globales a la energía, como porcentaje del PIB, por producto energético y región. Es legítimo indicar que el FMI reconoce sus estimaciones como plausibles, si bien debatibles: aunque establecer las relaciones causa-efecto entre el consumo de energía y sus externalidades es intuitivo, cuantificarlas resulta complejo.

     

    Figura 1: Subsidios globales a la energía por producto energético, como porcentaje del PIB mundial. Eje izquierdo: antes de impuestos. Eje derecho: después de impuestos[1]. Reproducido a partir de “How Large Are Global Energy Subsidies?”, Coady et al., 2015.

     

    Figura 2: Subsidios a la energía por región y producto, como porcentaje del PIB. Reproducido a partir de “How Large Are Global Energy Subsidies?”, Coady et al., 2015.

    Aun así, las consecuencias económicas son muy amplias. De manera general, los subsidios pueden agravar desequilibrios fiscales, ahogar otros gastos públicos prioritarios, deprimir la inversión privada, y distorsionar la asignación de recursos mediante el fomento de un consumo excesivo de energía. De especial interés para este blog, también reducen los incentivos para invertir en energías renovables disminuyendo artificialmente su competitividad. Incluso incluyendo el mayor coste de la energía que supondría su eliminación para los consumidores, el FMI estima que el mundo sería 1.8 billones de dólares más rico sin esos subsidios (un 2.2% del PIB mundial). Su eliminación permitiría un uso más eficiente del dinero utilizado implícitamente para subvencionar el consumo energético.

    Pero además el argumento económico enlaza con el medioambiental y el social. La eliminación de los subsidios a la energía causaría una disminución del 20% en emisiones de CO2 y tendría efectos secundarios positivos al reducir la demanda mundial de energía (algo no insustancial cuando se prevé que la población mundial llegue a su nivel de saturación entre 2050 y 2100). Y aun más importante, la existencia de subsidios a la energía profundiza y arraiga las desigualdades sociales, pues los principales beneficiarios son sus mayores consumidores, incluyendo, a distintos niveles, países desarrollados, industrias intensivas en capital, u hogares de ingresos más altos. Los 1.200 millones de personas que se estima no tienen acceso a electricidad en el mundo difícilmente podrán beneficiarse de subsidios a la energía.

    Todos los países estudiados por el FMI subvencionan el consumo de energía. Dada su ubicuidad, la reforma del precio de la energía se intuye una tarea hercúlea que requiere la implicación de numerosos agentes políticos, sociales y económicos. Una hoja de ruta tentativa del FMI incluye, entre otros elementos, diseñar una agenda con objetivos claros a largo plazo, analizar el impacto de las reformas, consultar a todas las partes implicadas, promover medidas de comunicación y transparencia, actuar de manera gradual y progresiva, o despolitizar los mecanismos de fijación de precios. Todo ello unido a un ingente esfuerzo educativo, quizá sólo equiparable a la magnitud de los cambios.

    No se le escapa a la propia Lagarde, quien reconoce no esperar que suceda de un día para otro. Reformas de tan profundo calado causarán además que muchos respondan como en el diálogo de la obra de Wilde: Y un sentimental, mi querido Darlington, es un hombre que ve un valor absurdo en todo y desconoce el precio de mercado de cualquier cosa. Sólo una valoración objetiva del precio de la energía podrá alejarnos de cinismos y sentimentalismos. Afortunadamente, la sociedad de nuestra generación empieza a disponer de las herramientas que necesita para ello.

     

    Más información:

    1. “Getting Energy Prices Right: From Principle to Practice”,Parry, I.W., Heine, M.D., Lis, E. and Li, S., 2014. International Monetary Fund.

    2. “How Large Are Global Energy Subsidies?”, Coady, D.P., Parry, I.W., Sears, L. and Shang, B., 2015. (https://www.imf.org/external/pubs/cat/longres.aspx?sk=42940.0)

    3. “Energy subsidy reform: lessons and implications”, Clements, M.B.J., Coady, D.P., Fabrizio, M.S., Gupta, M.S., Alleyne, M.T.S.C. and Sdralevich, M.C.A., 2013. International Monetary Fund.


    [1]Los subsidios después de impuestos son la suma de subsidios antes de impuestos y subsidios en impuestos, es decir, equivalen al total subsidiado.

    Desarrollo de combustibles sintéticos para automoción

    Jue, 03/10/2016 - 10:19

    Autor: José L.G. Fierro, Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC, Cantoblanco, 28049 Madrid

    La compañía automovilística Audi está implicada en el desarrollo de combustibles sintéticos con emisiones neutras de CO2. La firma ha puesto en marcha recientemente una planta piloto de producción de e-diesel en Dresde para demostrar la viabilidad de la industrialización de sus combustibles ecológicos. La planta, que opera según el principio “power-to-liquid” (de energía a líquido), requiere dióxido de carbono, agua y electricidad como materias primas. El dióxido de carbono se extrae directamente del aire y en un proceso independiente, una unidad de electrolisis alimentada con electricidad obtenida de forma sostenible produce hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se hace reaccionar con el dióxido de carbono en dos procesos químicos que se llevan a cabo a una temperatura de 220 ºC bajo presión de 25 bar. El producto obtenido es una mezcla de hidrocarburos, denominada “Blue Crude” (petróleo azul), del cual casi el 80 % puede transformarse a su vez en diésel sintético (e-diesel), libre de azufre y compuestos aromáticos, y con un índice de cetano elevado.

    Las compañías automovilísticas  vienen mostrando gran interés en el desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación de combustible con una baja huella de carbono, alternativos a los combustibles fósiles actuales. Los automóviles eléctricos, híbridos y alimentados con gas son algunos de los ejemplos que ya están funcionando en la actualidad. Un ejemplo significativo es la firma Audi que lleva algunos años inmersa en el desarrollo de una tecnología nueva en la que se parte de microalgas para producir combustibles sintéticos. Las investigaciones que han llevado a cabo demuestran que estos combustibles se comportan de igual manera que los combustibles convencionales.

    En concreto, e-diésel y e-etanol, son los dos combustibles sintéticos que ha desarrollado la compañía. De estos biocombustibles, el e-etanol es el que se lleva probando en producción desde hace más de dos años en las instalaciones que tiene la marca en Estados Unidos y cabe esperar que el e-diésel seguirá el mismo camino de producción que el e-etanol. Los estudios de Audi demuestran que en el momento de la inyección los biocombustibles se comportan igual que los convencionales y, por sus características químicas, generan menos contaminantes durante la combustión. Para probar su eficiencia y el comportamiento, los técnicos trabajan en una cámara de pruebas especial, en la que simulan las condiciones de un motor de combustión. En la cámara de combustión de estos motores se alcanzan presiones internas de hasta 15 bar y temperaturas de 350 ºC. El proceso de combustión se sigue mediante una cámara de alta velocidad que capta, fotograma a fotograma, los procesos de inyección y de combustión cada 50 milisegundos.

    Una línea estratégica de Audi ha sido su asociación con la empresa francesa de biotecnología Global Bioenergies para incrementar el potencial de fabricación de combustibles renovables. El objetivo de esta asociación ha sido el desarrollo de una técnica que utiliza bacterias modificadas genéticamente para convertir materia orgánica derivada de la biomasa en iso-octano, uno de los principales componentes de la gasolina. Mediante esta tecnología, las bacterias e-coli modificadas  producen en primer lugar isobutano, y después en una segunda etapa el isobutano se convierte en iso-octano mediante un coctel de levaduras. El iso-octano es  el hidrocarburo primordial de las gasolinas de automoción. Aunque todavía está lejos de ser rentable, o de poder ofrecer precios competitivos a los derivados del petróleo, este combustible fabricado biotecnológicamente tiene la ventaja de que puede utilizarse en los automóviles actuales sin necesidad de ninguna modificación. Según Global Bioenergies, ya está en marcha la construcción de dos plantas que permitirán producir unos 100.000 litros al año. Una cifra minúscula comparada con la extracción de petróleo de pozos, pero que puede ayudar a mejorar la técnica y acercarla a la viabilidad comercial.  

    Otra línea estratégica de Audi es la fabricación de diésel sintético (e-diesel). Para ello, Audi se asoció con la empresa de biotecnología Joule (Bedford, Massachusetts). Básicamente el concepto utilizado por Joule  consiste en la modificación genética de los microorganismos que realizan la función clorofílica, de tal modo que  estos sintetizan directamente alcanos, cuya longitud de cadena es esencialmente la misma de los componentes del combustible diésel derivado del petróleo, o incluso etanol. En ambos casos los microorganismos sintetizan alcanos o etanol consumiendo solamente dióxido de carbono y luz solar. En la etapa final de estos  procesos biotecnológicos, el extracto se decanta para separarlos alcanos del agua o se destila  para separar el etanol.

    La colaboración entre las empresas que participan en el desarrollo de los combustibles sintéticos y con la elaboración de balances LCA (Life Cycle Assessment), ayudan a los ingenieros a desarrollar combustibles aptos para el mercado, cuya producción podría dar comienzo en los próximos años.

    M.S Ferry, J. Hasty and N.A. Cookson, Synthetic biology approaches to biofuel production, Biofuels (2012) 3(1), 9–12.

    http://dx.doi.org/10.1155/2010/541698

    Pilas de combustible con membranas poliméricas híbridas para aplicaciones a alta temperatura

    Lun, 03/07/2016 - 05:02

    Autores: R. Escudero-Cid y P. Ocón- Universidad Autónoma de Madrid

    Las membranas poliméricas utilizadas en las pilas de combustible de intercambio protónico ofrecen alta conductividad iónica, buen aislamiento eléctrico, adecuada impermeabilidad gaseosa y una alta estabilidad química y electroquímica. El Nafion® es el material más usado para este tipo de membranas, está formado por un polímero perfluorinado y presenta muy buenas conductividades iónicas del orden de 0.1 S/cm a 50 °C (con alta humectación). Este material presenta el problema de que deben estar hidratado para mantener su conductividad iónica, por lo que trabajar a temperaturas cercanas a los 100 °C no es viable ya que se compromete mucho la conductividad iónica.

    En estos dispositivos se necesita disponer de corrientes reactivas de hidrógeno puro, ya que trazas de CO que acompañan al hidrógeno como impureza envenenan al catalizador de Pt utilizado en los electrodos del dispositivo. Una de las soluciones a dicho problema se plantea sustituyendo las membranas de  Nafion®, por materiales de la familia de los polibenzimidazoles (PBI), las cuales presentan mayor estabilidad térmica. Por tanto, al trabajar con PBI se podrían alcanzar mayores temperaturas de operación (100 – 200 °C) en PEMFC, consiguiendo mejorar  las cinéticas de las reacciones involucradas en la pila de combustible y así utilizar catalizadores más baratos que el de Pt. Además, en este caso no sería necesario el uso de hidrógeno de alta pureza, ya que el CO a altas temperaturas se oxida a CO2 más fácilmente, siendo este inerte a los catalizadores, sin producir un alto envenenamiento de los mismos.

    Para trabajar con PBI es necesario doparlo con H3PO4 (u otros dopantes), con el fin de mejorar su conductividad iónica. El PBI convenientemente dopado retiene el ácido mediante interacciones que realizan los grupos amino de su estructura con dicho ácido. El PBI no alcanza los valores de conductividad iónica que se consiguen con el Nafion®, y además la conductividad del PBI disminuye con el tiempo al ir perdiendo su dopaje. Además de utilizar el PBI, es interesante el uso de otros materiales de la familia de los polibenzimidazoles que presenten propiedades similares al PBI, como el ABPBI (poli(2,5-benzimidazol)).

    Para disminuir la pérdida de dopaje, una solución es la introducción de líquidos iónicos (ILs) en las membranas de PBI. De este modo se consigue aumentar las interacciones que mantienen retenido al dopante (H3PO4). Los líquidos iónicos son sales fundidas a temperatura ambiente, no son volátiles, están formados por cationes orgánicos y aniones orgánicos/inorgánicos. Son interesantes en aplicaciones electroquímicas centradas en la conductividad protónica, ya que asegura una conductividad protónica anhídrica y una suficiente estabilidad térmica.

    Al formar membranas híbridas de PBI-IL decrece las propiedades mecánicas respecto a la membrana de PBI, pero presenta una alta conductividad protónica a altas temperaturas. El problema de las membranas híbridas es que, el IL acaba saliendo de la estructura de la membrana. Una solución a este problema es utilizar una nueva familia de materiales de líquidos iónicos poliméricos (PILs) (siendo el objetivo que se plantea en este Proyecto), formados mediante una cadena repetitiva de un mismo monómero de IL, presentando características típicas de los líquidos iónicos y nuevas propiedades intrínsecas propias de un polímero.

    Las membranas híbridas hechas con PIL presentan mejor homogeneidad, retención de dopaje y propiedades físicas y electroquímicas que las membranas híbridas hechas con IL. 

    El Hierro, primer sistema aislado del mundo totalmente capaz de autoabastecerse con renovables

    Jue, 03/03/2016 - 05:19

    Fuente: Energías renovables

    http://www.energias-renovables.com/articulo/el-hierro-primer-sistema-totalmente-aislado-capaz-20160201

    La Central Hidroeólica de Gorona del Viento El Hierro anunció ayer que genera “la totalidad de la energía que demanda la isla desde las 05.30 horas de esta mañana [la del domingo] únicamente con fuentes renovables” (en la imagen, vista aérea del depósito superior de la central hidroeólica de El Hierro, que aprovecha el perfil orográfico de un cráter natural conocido como La Caldera y que tiene capacidad para recoger 380.000 metros cúbicos de agua). [Para ver cómo funciona].

    La presidenta de la empresa, también presidenta del Cabildo herreño, Belén Allende, informa ayer del cumplimiento de un nuevo registro máximo “con el innovador sistema de producción energética de la isla del Meridiano, que gracias a la combinación de un parque eólico y un sistema de generación hidráulica, consigue mantener estable el abastecimiento eléctrico con fuentes limpias”. Según Allende, “desde las 05.30 horas de esta mañana [la del domingo], estamos abasteciendo el 100% de la demanda eléctrica de El Hierro, que ronda los cinco megavatios; la parada de los motores diésel en la Central Elécrica de Llanos Blancos, supone la importante cifra de ahorro de 1,5 toneladas por hora”. La presidenta recuerda, además, que este registro -informa Gorona del Viento- supone un trascendental avance que afecta positivamente a El Hierro y al desarrollo de las renovables en general. “La innovación tecnológica de la Central Hidroeólica -ha explicado- radica en la posibilidad de generar de forma masiva con fuentes limpias, superando el hándicap que, hasta ahora, presentaban energías tan variables como la eólica, con limitaciones para su integración a gran escala, sobre todo en redes aisladas”.

    Agosto
    A diferencia del pasado 9 de agosto, cuando la isla se mantuvo algo más de dos horas con la generación de Gorona del Viento -explican desde el Cabildo-, hoy se ha batido una nueva marca máxima, “tanto en número de horas como en potencia eólica inyectada a la red, que cada vez es mayor, manteniendo el circuito hidráulico casi únicamente como almacenamiento y regulación”. La presidenta explica que se trata de un sistema pionero que, de manera paulatina, irá avanzando hasta conseguir una mayor generación con renovables durante el mayor tiempo posible. “Si técnicamente es imposible abastecer una insular sólo con energía eólica, en El Hierro logramos el 100% gracias a que los excedentes eólicos son consumidos por el sistema de bombeo para almacenar agua en el Depósito Superior, y la escasez de viento se suple con la producción de las turbinas mediante la caída de agua previamente acumulada en el mencionado depósito”.

    Previsiones
    Con las condiciones meteorológicas de esta mañana -explican desde Gorona-, el Parque Eólico “tiene la posibilidad de producir en torno a los 10 MW, casi la totalidad de la potencia instalada, 11,5″. El consejero de Gorona del Viento, Juan Pedro Sánchez, mantiene que las previsiones para el día de hoy [por el domingo] son buenas y, “en caso de producirse un descenso del viento, el agua acumulada en el Depósito Superior nos da la posibilidad de responder con hidráulica de manera inmediata y seguir aportando la totalidad de la electricidad que necesita El Hierro”.

    “No obstante -matiza-, recordamos que se trata de un proyecto pionero que aún está en su primera fase experimental y corresponde al Operador de Sistemas velar por la garantía de suministro de la isla. Por tanto, estamos a expensas de la confianza que la Central Hidroeólica vaya ganando a medida que cumple con escenarios como el de hoy, para lograr la optimización del sistema y confiamos en que los resultados satisfactorios que hemos conseguido durante estos primeros meses nos permitan caminar hacia un 100% lo más constante posible”, afirma Sánchez.

    Impacto mundial
    Con la Central Hidroeólica -informa Gorona- se ha conseguido que El Hierro sea “el primer sistema totalmente aislado, capaz de abastecerse con renovables, tanto con los periodos en los que se ha alcanzado el 100%, como con las continuas puntas que rondan el 70% y 80% de generación con fuentes limpias y que también representan un hito a nivel mundial”. Según el Cabildo herreño, “esto ha tenido un efecto positivo en la imagen de la isla en el exterior, dándose a conocer en lugares y círculos en los que antes no se había oído hablar de este pequeño territorio, y que ha venido dado por el interés de los medios de comunicación por el proyecto y la imagen verde que exporta la isla, además de la atracción que representa para técnicos, responsables gubernamentales y todos aquellos que trabajan en pro de las renovables y la sostenibilidad”.

    “No podemos cuantificar los beneficios de la Central Hidroeólica sólo en criterios de generación energética, beneficios medioambientales o económicos derivados de la venta de energía. No dejando de ser sumamente importantes los anteriores, tenemos que seguir trabajando en aprovechar otros réditos que Gorona del Viento tiene para El Hierro, como es el caso del turismo”, afirma Belén Allende.

    “Hechos como el de hoy hacen que la isla sea noticia, que cada vez sea mayor el número de personas que elijan El Hierro para disfrutar de sus vacaciones por su sello verde y respetuoso con el medio ambiente; que aumente el número de visitas internacionales programadas en las agendas y el número de estudiantes que este año quieren desplazarse a la isla del Medidiano para hacer prácticas en Gorona del Viento haya superado nuestras expectativas”, concluye Allende.

    Un proyecto de treinta años
    Tras treinta años de investigación y desarrollo, la Central Hidroeólica de El Hierro fue inaugurada el 26 de junio de 2014. Gorona del Viento es una empresa que está participada por el Cabildo de El Hierro (66%), Endesa (23%), el Instituto Tecnológico de Canarias (7%) y el Gobierno regional (3%). Su objeto es el siguiente: “análisis, desarrollo, promoción, construcción operación y mantenimiento de la central hidroeólica de producción de energía eléctrica en El Hierro, mediante la utilización de la diversidad de energías renovables existentes, y su posterior entrega a la compañía distribuidora para el suministro final a todos los habitantes de la isla de El Hierro” (según el último censo publicado por el Instituto Nacional de Estadística, El Hierro tiene una población de 10.675 personas). Endesa asegura que instalaciones de estas características se pueden reproducir en mil islas de todo el mundo

    Cursos sobre sostenibilidad y medioambiente en Madrid y Huelva

    Lun, 02/29/2016 - 11:23

    Autor: Pedro Avila-CSIC

    La UNED ha organizado tres cursos sobre  Sostenibilidad y Medio Ambiente, dirigidos a alumnos Graduados o Estudiantes de Grado en Química, Ambientales, Ingeniería Química, Economía y titulaciones relacionadas, que se celebrarán Durante los meses de marzo y abril

    El primero, titulado: “Retos para la sostenibilidad. Desafíos y herramientas para un desarrollo sostenible” se celebrará en el Centro Asociado de Madrid, C. Z. Escuelas Pías (C/ Tribulete 14), entre los días 9 y 11 de marzo de 2016. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en: https://extension.uned.es/actividad/idactividad/11411

    Títulos  ponencias:

    1.- “La sostenibilidad en la normativa ambiental”

    2.- “Delitos ambientales”

    3.- “Evaluación ambiental”

    4.- “Mitigación y seguimiento ambiental”

    5.- “Cambio climático: riesgos, escenarios y política”

    6.- “Investigación en la detección de transiciones catastróficas”

    7.- “Adaptación a riesgos ambientales”

    8.- “Geopolítica de la energía”

    9.- “Biocombustibles”

    10.-“Sostenibilidad en empresas químicas y del petróleo”

    11.-“Fuentes de energía presentes y futuras”

    12.-“Integración ambiental de infraestructuras”

    13.-“Movilidad urbana sostenible”

    14.-“Autopistas del mar”

    15.-“Mejora de la calidad del aire”

    16.-“Del residuo al producto. Ácido levulínico como fuente de recursos”

    17.-“Nuevas tendencias y retos en la descontaminación de aguas.”

    Además, como parte del curso, se hará una visita al Laboratorio Municipal de Salud Pública de Madrid Salud. Explicación de indicadores de gestión y control de calidad.

     

    El segundo curso, que lleva por título: “Prevención ambiental y sostenibilidad – Retos para un desarrollo sostenible.” se celebrará del 6 al 8 de abril de 2016 en el Salón de actos de la Fundación Caja Rural del Sur, en Huelva. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en: https://extension.uned.es/actividad/idactividad/10523

    Finalmente, entre los días 27 y 29 de abril de 2016, en el Centro Asociado de Madrid, C. Z. Escuelas Pías (C/ Tribulete 14), se celebrará el curso titulado: “Nuevas tendencias y retos de los procesos químicos en el siglo XXI (Tercera Edición)”. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en:

    http://extension.uned.es/actividad/11397

    Para mayor información sobre cualquiera de los cursos se puede contactar con la profesora Rosa María Aranda, rmartin@ccia.uned.es

     

    La importancia del microorganismo en la producción de bioetanol: Mejora de levaduras frente a estrés mecánico

    Lun, 02/29/2016 - 04:51

    Autor: José M. Salor-IMDEA Energía

    Debido a la crisis energética y al aumento de los gases causantes del efecto invernadero, la sustitución de combustibles fósiles por otras formas mucho menos contaminantes es uno de los campos de investigación más en auge en los últimos años. En ese contexto la producción de bioetanol, como sustitutivo de la gasolina, es una de las opciones más prometedoras. En la actualidad, la producción de bioetanol a escala industrial se basa principalmente en la utilización de materiales azucarados (caña de azúcar, remolacha, etc.) o ricos en almidón (maíz, trigo, cebada, etc.). Estas materias primas son también utilizadas para alimentación animal y uso humano, y parecen no ser suficientes para la creciente demanda de biocombustibles. Es por ello que los materiales lignocelulósicos son alternativas interesantes, puesto que no compiten con cultivos alimentarios y están ampliamente distribuidos.

     Desde hace varias décadas se han realizado avances significativos en la producción de este etanol lignocelulósico. Sin embargo, todavía no se ha conseguido que el proceso sea económicamente rentable y competitivo a nivel industrial. Para alcanzar la comercialización es necesario obtener mayores concentraciones de etanol con el objetivo de reducir el coste de la destilación, lo que se podría conseguir aumentado la concentración de sustrato en todo el proceso. Al realizarse el proceso a altas cargas de sustrato,  se podría producir estrés mecánico e inducir variaciones en la pared celular  las levaduras encargadas de la fermentación.  A pesar de la importancia de la pared celular de los microorganismos, dicha estructura sólo se conoce parcialmente y nunca se ha estudiado su papel en la producción de bioetanol.

    Con el propósito de entender el efecto que altas cargas de sustrato ejerce sobre las levaduras se creó el proyecto “Lignoyeast”, en el cual trabajan los miembros de La Unidad de Procesos Biotecnológicos para la Producción de Energía de la Fundación IMDEA. Este proyecto consiste en la obtención de levaduras capaces de fermentar estos materiales lignocelulósicos de manera óptima para la producción industrial de biocombustibles. Para ello,   se estudia el efecto que tiene el estrés mecánico sobre la tolerancia a los productos inhibidores además de desarrollar y aplicar una estrategia de ingeniería evolutiva sobre estas levaduras para mejorar su capacidad fermentativa en estas condiciones.

    Estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR): Biorrefinerías del siglo XXI

    Vie, 02/19/2016 - 04:07

    En la actualidad diferentes grupos de investigación trabajan en proyectos innovadores para la valorización integral de los lodos de depuradora basados en el concepto de biorrefinería.

    [Autor: Juan Antonio Melero Hernández. Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos]

    Avanzando hacia una economía circular, nos encontramos con el desarrollo de las EDAR del futuro, concebidas como biorrefinerías que incorporan, entre otras mejoras, sistemas que ayudan a conseguir el máximo aprovechamiento de los recursos contenidos en los lodos. La escasez de los recursos fósiles y su elevado impacto ambiental como consecuencia de las emisiones de CO2 a la atmósfera está originando en la actualidad la búsqueda de alternativas energéticas más sostenibles y renovables. En este sentido la valorización energética de residuos de bajo coste es una alternativa muy interesante. Diferentes grupos de investigación estudían la obtención de bio-energía a partir de los lodos de depuradora.

    Pero, ¿cómo obtenemos energía de estos lodos de depuradora?

    Una de las alternativas más convencionales es la digestióna anaerobia en el que microorganismos metanogénicos convierten la materia orgánica biodegradable en biogás (mezcla de CH4 y CO2 principalmente). Sin embargo, diferentes grupos de investigación y empresas  están desarrollando tecnologías para mejorar el aprovechamiento energético de estos residuos (en general buscando una mayor producción de CH4 y reduciendo la cantidad de digestato). Entre los pre-tratamientos que se están estudiando se incluyen tratamientos térmicos, químicos y mecánicos (Jain y col., 2015). También se ha publicado los interesantes resultados obtenidos con la sonicación de los lodos previa a su digestión anaerobia. La acción de los ultrasonidos rompe los flóculos biológicos y digrega las particulas de elevado tamaño favoreciendo el proceso de metanizacion (Mao y col., 2015). Actualmente, nuestro grupo de investigación estudia el uso de hierro metálico (Fe0) para favorecer la digestión anaerobia de los lodos y en combinación con oxidantes (H2O2) y  ultrasonidos para la generación de radicales hidroxilo que favorezcan la cinética de digestión del lodo y su metanización.

    Empresas, como Veolia, ha desarrollado soluciones tecnológicas para lograr este objetivo, destaca el proceso Exelys™ de hidrólisis térmica en continuo que permite optimizar la digestión anaerobia convencional, maximizando la producción de biogás y reduciendo la cantidad de lodos a gestionar. Existen además numerosas propuestas tecnológicas para optimizar la digestión anaerobia mediante la mejora de la hidráulica del proceso, destacando en este campo la familia de tecnologías BIOPAQ™ desarrolladas por Paques. Este desarrollo industrial ha permitido que la digestión anaerobia sea actualmente una tecnología madura, con más de 10.000 grandes plantas instaladas a nivel mundial. La proyección futura es muy optimista y, según la iniciativa global metano (Global Methane Initiative, GMI), promovida por la Agencia de Protección del Medioambiente (EPA), el número de plantas instaladas sólo en Asia y África superará las 500.000 para el año 2050.

    El alcance de la digestión anaerobia se ha expandido gracias a la posibilidad de combinación de etapas en serie. Así, una primera etapa trabajando a pH ácido y temperaturas elevadas (entre 45-65 ºC), así como a tiempos de residencia relativamente cortos, puede servir como pre-tratamiento de residuos poco biodegradables y, además, co-generación de bio-hidrógeno que puede valorizarse energéticamente (Lv y col., 2010). En una segunda etapa, empleando fotofermentación, la eficiencia de generación de hidrógeno puede multiplicarse por un factor entre 1.4 y 3 lo que, a su vez, permite incrementar la cantidad de materia orgánica que sirve como sustrato para una posterior digestión anaerobia convencional, incrementando así la cantidad de metano generado (Shi y col, 2015).

    Asimismo, en paralelo es importante la recuperación de nutrientes, una solución que aúna la eficiencia económica, técnica y medioambiental gracias a la recuperación de fósforo y nitrógenos de las aguas residuales. A las tradicionales tecnologías de recuperación de fósforo empleadas en la actualidad en plantas de tratamiento de aguas, denominadas plantas de eliminación biologica avanzada de fósforo (EBPR), se han ido adaptando soluciones recientes muy innovadoras que incluyen además la recuperación de C, N, P y K promoviendo la asimilación, en lugar de la oxidación, de la materia orgánica y los nutrientes como biomasa. Éstos puden ser recuperados posteriormente mediante digestión anaerobia en la que se liberan los nutrientes como sales inorgánicas y el C como metano.

    Por otro lado, otra vía de aprovechamineto de los lodos de depuradora con fines energéticos ha sido la producción de biodiesel a partir de los lípidos y ácidos grados libres extraidos de esta materia prima residual. Incluso, para mejorar la eficacia del proceso, se han desarrollado trabajos que describen el procesado in-situ de los lípidos y ácidos grasos libres para la producción de biodiesel sin la necesidad de una etapa previa de extracción. El grupo de investigación de la URJC ha desarrollado tecnologías catalíticas basadas en catalizadores heterógenos ácidos que han permitido obtener un rendimiento global a esteres metílicos del 15 % en peso referido a lodo seco cuando se parte de lodo primario y de un 10 % a partir de lodo secundario (Melero y col., 2015): Además, en la actualidad se estudia el aprovechamiento de la digestión del sólido resultante del que se espera una mejora en su digestabilidad como consecuencia del pre-tratamiento térmico y catalítico llevado a cabo en el lodo para la producción de biodiesel.

    Y además la historia no acaba aquí, pues en la actualidad se están explorando la producción de materiales de interés a partir de los lodos de depuradora: la recuperación de fibras de celulosa así como la producción de biopláticos y biopolimeros (Van Loodsdrecht, 2014). Éstos procesos permiten, gracias a los conocimientos adquiridos en sistemas biotecnológicos avanzados, la generación de compuestos de alto valor añadido que permiten no sólo economizar el tratamiento de resíduos y aguas residuales, sino teóricamente convertirlo en un proceso de biomanufactura industrial (Mo y col., 2013).

    La integración de estos procesos (biorrefinería) permitirá una valorización viable de los lodos de depuradora y con un máximo aprovechamiento no sólo energético sino para la recuperación de nutrientes y otros compuestos de interés. Además esta propuesta puede favorecer la construcción de EDAR de menor tamaño y que puedan ser viables económicamente y dando servicio a pequeñas areas urbanas, todo ello dentro del marco global de la bioeconomía descentralizada, la cual ha tenido un impacto muy positivo en la última reunión del Convenio Marco de las Naciones Unidas relativo al Cambio Climático, celebrada hace unos meses en París.

    Referencias

    Jain S., Jain S., Wolf, I., Lee J., Tong Y. (2015). A comprehensive review on operating parameters and different pretreatment methodologies for anaerobic digestion of municipal solid waste. Renewable Sustainable Energy Review, 52, 142-154.

    Lv, W., Schanbacher, F. L., Yu, Z. (2010). Putting microbes to work in sequence: recent advances in temperature-phased anaerobic digestion processes. Bioresource Technology, 101(24), 9409-9414.

    Mao C., Feng Y., Wang X., Ren G. (2015) Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable Sustainable Energy Review, 45, 540-555.

    Melero, J.A., Sánchez-Vázquez, R., Vasiliadou, I. A., Martínez, F., Bautista, L.F., Iglesias, J. (2015) Municipal sewage sludge to biodiesel by simulatenous extraction and conversion of lipids. Energy Conversion Management 103, 111-118

    Mo, W., & Zhang, Q. (2013). Energy–nutrients–water nexus: integrated resource recovery in municipal wastewater treatment plants. Journal of Environmental Management127, 255-267.

    Shi, X. Y., Li, W. W., & Yu, H. Q. (2015). Microbial hydrogen production from phenol in a two-step biological process. International Journal of Hydrogen Energy40(37), 12627-12633.

    Van Loosdrecht, M., Brdjanovic, D. (2014). Anticipating the next century of wastewater treatment. Science, ,344 1452-1453.

     

    Las centrales termosolares: clave para un mix energético renovable

    Mar, 02/16/2016 - 08:10

    [Autora: Esther E. Rojas, PSA-Ciemat]

    La gestionabilidad de las tecnologías de generación de electricidad de origen renovable se ha convertido, junto con su coste, en el punto crítico para la incorporación de dichas tecnologías en los mixes energéticos actuales.  Ambos puntos, gestionabilidad y coste, se conjugan para dar un determinado valor a cierta tecnología renovable. La gestionabilidad se consigue gracias a sistemas de almacenamiento de energía de gran capacidad, es decir, sistemas capaces de almacenar suficiente energía como para que la producción eléctrica se mantenga durante 6, 7, e incluso 15 horas a pesar de que el recurso renovable no esté disponible.

    Y esta gestionabilidad, a fecha de hoy, solo la tienen de forma comercial las centrales termosolares. Las centrales termosolares convierten en electricidad la energía térmica obtenida a partir de la radiación solar concentrada a través de un bloque de potencia que consta de un ciclo termodinámico y a un generador eléctrico o turbina y que es muy similar al que utilizan las centrales convencionales térmicas y nucleares. Los sistemas de gran capacidad de almacenamiento comerciales que incorporan estas centrales utilizan una mezcla de sales de nitrato (conocida como ‘sal solar’) en estado líquido como sustancia de almacenamiento y que gracias a un aumento de su temperatura en 100 o 300ºC almacenan la energía térmica procedente del campo solar. Las sales de nitrato son sustancias naturales cuya extracción y procesamiento no implica impactos medioambientales relevantes, a diferencia de los materiales de base necesarios en las baterías eléctricas.

    Las 50 centrales termosolares en funcionamiento a día de hoy en España suman una potencia total de 2.300 MWe. De ellas 21 tienen almacenamiento de gran capacidad. El 80% de las centrales de captadores cilindroparabólicos instaladas España tienen sistemas con 7.5 horas de almacenamiento, todas con una potencia eléctrica nominal cercana a los 50 MWe por limitaciones gubernamentales.  Estas centrales son capaces de producir electricidad a potencia nominal durante 7.5 horas sin radiación solar alguna. Otro tipo de centrales termosolares son las de receptor central o de torre. La central Gemasolar, ubicada en Fuentes de Andalucía (Sevilla) lleva en funcionamiento desde 2011, tiene una potencia nominal de 19 MWe y una capacidad de almacenamiento de 15 horas que le permite funcionar en condiciones nominales durante 24 horas diarias.

    Gracias a los sistemas de almacenamiento de gran capacidad de estas centrales termosolares,  la curva de producción agregada de las mismas se acopla perfectamente a la curva de demanda eléctrica nacional (datos obtenidos de Red Eléctrica). Basta echar un vistazo a un día cualquiera para ver gráficamente el perfecto acoplamiento de las dos curvas.

     

     Comparación de la curva de producción horaria de las centrales termosolares con la de demanda eléctrica española para un día de verano de 2014.

    Resaltar que los sistemas de almacenamiento térmico de gran capacidad instalados en las centrales termosolares no sufren degradación alguna de su rendimiento con sucesivos ciclos, a diferencia de las baterías eléctricas. La planta Andasol I lleva en funcionamiento desde finales de 2008, habiéndose realizado más de 2000 ciclos de carga/descarga diaria, sin que ello haya supuesto ninguna alteración y disminución de su rendimiento de producción eléctrica.

    La actual disponibilidad de sistemas de almacenamiento de gran capacidad hace de la energía solar térmica de concentración una tecnología clave e ineludible en el concepto de un mix energético que pueda ser calificado globalmente como renovable. Existen tecnologías renovables, desarrolladas y disponibles comercialmente a costes directos más atractivos que la termosolar, pero cuyo valor (gestionabilidad y coste) está por debajo de la termosolar al  carecer actualmente de adecuados sistemas de almacenamientos de gran capacidad, por lo que su implementación no puede sino ser limitada. La complementariedad de estas tecnologías con la termosolar puede ser considerada la solución a la siempre reclamada no gestionabilidad de las tecnologías renovables y la forma de romper el círculo vicioso sobre la necesidad de mantener y promover tecnologías convencionales que apoyen e hibriden con tecnologías renovables. Recordemos, como hacía L. Crespo en el 3er Congreso IPES, la frase de  Antonio Machado “Todo necio confunde valor con precio” y situemos la termosolar donde le corresponde en el contexto energético actual.

    Los biocarburantes españoles, obligados a acreditar que son sostenibles

    Lun, 02/15/2016 - 04:02

    Los biocarburantes españoles, obligados a acreditar que son sostenibles Desde el 1 de enero se debe acreditar la sostenibilidad de cada litro puesto en el mercado en España para que compute en la obligación nacional de incorporación de biocarburantes en el transporte. Deben acreditar el cumplimiento de los criterios de sostenibilidad “mediante una declaración responsable, pudiendo dichos sujetos estar acogidos a un régimen voluntario reconocido por la Comisión Europea”. “De otra forma, el biocarburante no será certificable”

    Autor: [Alberto Gonzalez -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT]

    A partir del 1 enero de 2016 se debe acreditar la sostenibilidad que deben cumplir los biocarburantes para que su consumo pueda contabilizarse en la obligación nacional de incorporación de biocarburantes en el transporte. La Directiva de la Unión Europea en materia de energía procedente de fuentes renovables estableció requisitos específicos para la verificación de los biocombustibles y con ello garantizar su sostenibilidad.

    Estos criterios de sostenibilidad consisten principalmente en que los biocarburantes deben permitir una reducción mínima de emisiones de gases de efecto invernadero del 35%, respecto a los combustibles fósiles a los que sustituyen. Asimismo, no deben estar producidos a partir de materias primas procedentes de tierras con elevado valor en cuanto a la biodiversidad (por ejemplo, áreas protegidas), ni con elevadas reservas de carbono (tales como determinados bosques). Además, las materias primas cultivadas en la UE han de respetar las buenas prácticas agrarias y medioambientales.

    Hasta ahora en España los sujetos obligados deben informar a la CNMC sobre ciertas características de sostenibilidad de las partidas –tipo de biocarburante, tipo de materia prima, país de origen del biocarburante y de la materia prima- no siendo obligatorio aportar información sobre los criterios de sostenibilidad.

    Desde el 1 de enero de 2016 será preciso que los sujetos obligados acrediten el cumplimiento de los criterios de sostenibilidad (criterio de reducción de emisiones y criterios de uso de la tierra) mediante una declaración responsable, pudiendo dichos sujetos estar acogidos a un régimen voluntario reconocido por la Comisión Europea. De otra forma, el biocarburante no será certificable.

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    Instituto Chileno de Permacultura