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Energia y Sostenibilidad

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    Actualizado: hace 2 horas 50 mins

    La Generación Directa de Vapor: ventajas e inconvenientes

    Lun, 11/16/2015 - 08:25

    [Autor: Eduardo Zarza-PSA-CIEMAT]

    El gran desarrollo comercial que ha alcanzado la tecnología de captadores cilindroparabólicos se debe en gran medida a la empresa LUZ Industries y a las nueve centrales termosolares  SEGS (Solar Electric Generating Systems) que construyó entre los años 1984 y 1990, con una potencia total de 354,3 MWe, en el Estado de California (EEUU) [1]. Gracias a la existencia de las plantas SEGS, los inversores fueron menos reacios a participar en proyectos de centrales termosolares con esta tecnología cuando en España el RD661/2007 implantó un marco retributivo que convertía las centrales termosolares en proyectos rentables. Poder ver en funcionamiento las plantas SEGS era sin duda una prueba de fiabilidad tecnológica que pesó mucho en los inversores a la hora de decidir participar en proyectos de este tipo. En cambio, la no existencia de centrales termosolares comerciales con tecnología de receptor central, supuso para los inversores un obstáculo importante a la hora de comprometer su dinero en proyectos de centrales termosolares con esa tecnología. Este es básicamente el motivo principal por el que en España, y a nivel mundial, el número de centrales termosolares con captadores cilindroparabólicos es significativamente superior al de centrales con tecnología de receptor central. En España, de un total de 50 centrales termosolares, 45 son de captadores cilindroparabólicos, mientras que solo 3 son de receptor central. No obstante, se empieza a apreciar un cambio de tendencia tecnológica en los nuevos proyectos, siendo mayor el número de los que se basan en tecnología de receptor central.

    Tanto por la presión que supone el creciente auge de la tecnología de receptor central, como por la necesidad global de las centrales termosolares de lograr una importante reducción de costes, el principal reto de la tecnología de captadores cilindroparabólicos actualmente es lograr una gran reducción de costes. Ya en el año 1988, la empresa LUZ tuvo clara la necesidad de dar un gran paso tecnológico en relación con los captadores cilindroparabólicos, y lanzo un ambicioso programa de I+D bajo las siglas ATS (Advanced Trough System) que tenía como objetivo principal sustituir el aceite térmico que se usa como fluido de trabajo en el campo solar de las centrales con captadores cilindroparabólicos, por la generación directa de vapor (GDV) en los propios captadores solares. Por desgracia, la desaparición de LUZ en el año 1991 interrumpió sus planes de mejora tecnológica [2].

    Teniendo en cuenta las ventajas que conlleva la sustitución del aceite térmico (conocida internacionalmente mediante las siglas HTF, Heat Transfer Fluid) por la tecnología GDV, durante la última década del siglo XX y la primera del siglo XXI se desarrollaron diversos proyectos relacionados con la tecnología GDV (proyectos: HIPRESS, GUDE, DISS, DISTOR, REALDISS, etc..), los cuales fueron promovidos por diversas entidades europeas, como CIEMAT, DLR, SIEMENS, ZSW, …. Todos estos proyectos han permitido adquirir un mejor conocimiento de la tecnología GDV, y poder sopesar mejor sus ventajas e inconvenientes cuando se compara con la tecnología HTF. El proyecto DISS [3], promovido por el CIEMAT español y el DLR alemán, con el apoyo financiero de la Comisión Europea y con la participación de un buen número de entidades europeas, fue probablemente el más importante de todos esos proyectos, y se desarrolló entre los años 1996 y 2001.

    Todos los proyectos llevados a cabo en relación con la tecnología GDV con captadores cilindroparabólicos han permitido corroborar que las principales ventajas e inconvenientes cuando se compara esta tecnología con la tecnología HTF son las siguientes:

    Ventajas:

    • Menor riesgo medioambiental en caso de fugas en el campo solar
    • Posibilidad de conseguir mayores eficiencias globales en la central al aumentar la temperatura del vapor sobrecalentado enviado al bloque de potencia, y
    • Menor coste de inversión

    Inconvenientes:

    • Necesidad de tuberías y elementos más robustos para el campo solar, pues deben soportar mayores presiones
    • Requiere sistemas de control más complejos, debido al flujo bifásico existente en los tubos receptores
    • Peligro de altos gradientes de temperatura en los tubos receptores cuando se produce la estratificación de la fase líquida del flujo bifásico que circula por el interior de dichos tubos
    • No puede utilizar sistemas de almacenamiento térmico en calor sensible, ya que necesita almacenamiento de energía térmica mediante cambio de fase

     

     Vista del Campo solar de la planta experimental DISS instalada en la Plataforma Solar de Almería

    Cuando se analizan en profundidad estas ventajas e inconvenientes, se llega a la conclusión que la tecnología GDV puede lograr un 10% de reducción del coste de la electricidad producida en plantas de captadores cilindroparabólicos [4]. Pero para ello es necesario desarrollar un sistema de almacenamiento térmico mediante cambio de fase cuyo coste de inversión no sea superior a los 50€/kWh de capacidad

    El reto de conseguir un sistema de almacenamiento térmico de gran capacidad mediante cambio de fase con un coste igual o inferior a los 50€/kWh de capacidad es realmente importante, y hoy en día aún no se sabe a ciencia cierta cómo conseguirlo. Es por este motivo que hay muchos centros de I+D trabajando actualmente en este reto, pues de su consecución depende en gran medida el futuro comercial de grandes centrales termosolares con GDV. El reto del almacenamiento térmico mediante cambio de fase es mucho menor cuando se trata de sistemas de pequeña y mediana capacidad (del orden de varios MWh), y de hecho ya se han probado con éxito varios prototipos que han llegado hasta 1 MWh de capacidad [5]. 

    Las grandes ventajas que conlleva la Generación Directa de Vapor frente a la tecnología HTF, junto con el hecho que resultan mucho más factibles los sistemas de almacenamiento térmico mediante cambio de fase para pequeña y mediana capacidad, hace pensar que esta tecnología tiene un prometedor futuro dentro del mercado de las Aplicaciones a Calor de Proceso, en el que el tamaño de los sistemas es mucho más pequeño que las centrales termosolares y los costes no son tan restrictivos. Puesto que el conocimiento necesario para diseñar campos solares con GDV ya se tiene, y existen sistemas de almacenamiento mediante cambio de fase para pequeña y mediana capacidad, es el momento de promover desde el sector privado, y apoyar desde la Administración, las primeras plantas pilotos de Aplicaciones a Calor de Proceso con captadores cilindroparabólicos y generación directa de vapor. Este tipo de sistemas solares posee unas características que los hace especialmente adecuados para la pequeña y mediana empresa, que es la que realmente dinamiza la economía de un País como España. Estamos ante una tecnología que puede dar muchos y buenos resultados a España, pues tenemos centros de I+D y empresas con suficiente conocimiento, experiencia y capacidad para acometer este tipo de instalaciones solares. Esta fue una de las conclusiones principales del I Simposio sobre Tecnologías Termosolares de Concentración, celebrado en Sevilla los días 3 y 4 de noviembre, en el que han participado en torno a las 100 personas procedentes del sector industrial y de la I+D+i.

    Referencias:

    [1]      COHEN, G.E.; FRIER, S.D. “Ten years of solar power plant operation in the Mojave Desert”. In: CAMPBELL-HOWE, R.; WILKINS-CROWDER, B. eds. Proceedings of the 1997 American Solar Energy Society annual conference. Washington, EEUU, 1997. Boulder (Colorado), American Solar Energy Society, 1997: pp. 77-81.

    [2]      LOTKER, M. “Barriers to Commercialization of Large-scale Solar Electricity: Lessons Learned from LUZ Experience”. Informe técnico SAND91-7014. Albuquerque, EEUU, Sandia National Laboratories, 1991

    [3]      ZARZA, E.; VALENZUELA, L.; LEÓN, J.; WEYERS, D.-H.; EICKHOFF, M.; ECK, M.; HENNECKE, K. “The DISS Project: Direct Steam Generation in Parabolic Trough Systems. Operation&Maintenance Experience and Update on Project Status”. In: Davidson, J. (eds.). Journal of Solar Energy Engineering. American Society of Mechanical Engineers, Nueva York (USA), 2002.. Vol.124, número 2, pp. 126-133

    [4] FABIAN, J.; SCHMITZ, K., MARKUS ECK, M.; LAING, D.; ORTIZ-VIVES, F.; SCHNATBAUM-LAUMAN, L.; SCHULTE-FISCHEDICK, J. “Comparative System Analysis of Parabolic Trough Power Plants with DSG and Oil using Integrated Thermal Energy Storage”. Proceeding of the SolarPACES 2011 Conference. Granada (Spain), September 2011.

    [5]      http://www.flagsol.com/flagsol/english/technology/research-development/direct-steam-generation-/real-diss/real-diss.html

    Los retos de la Cumbre de París de 2015

    Vie, 11/06/2015 - 04:52

    En diciembre de 2015, París será escenario de una nueva Cumbre sobre el Cambio Climático. Tras lo tratado en otros encuentros durante los 20 años anteriores, ésta debe ser la cita definitiva de la que se espera salga un compromiso vinculante internacional para la reducción de los gases de efecto invernadero, incluidas las grandes potencias.

    Autor: Raúl Sanz-URJC

    Más información:

    http://www.laenergiadelcambio.com/los-retos-de-la-cumbre-de-paris-de-2015

    El salto (cuántico) a la fama de las perovskitas

    Mar, 11/03/2015 - 04:46

    Desde su descubrimiento como un mineral en el siglo XIX, pasando por el desarrollo de sus numerosas aplicaciones tecnológicas, nunca antes las perovskitas habían protagonizado una revolución semejante a la que ha desencadenado la utilización de materiales híbridos órgano-inorgánicos en dispositivos fotovoltaicos, y que tiene el potencial de introducir las energías renovables en nuestra vida cotidiana.

    Autor: Juan M. Coronado-IMDEA Energía

    En la primera mitad del siglo XIX el geólogo alemán Gustav Rose realizó expediciones por  distintas regiones de Rusia para catalogar y describir científicamente las riquezas geológicas todavía sin catalogar del vasto imperio del Zar. Aunque su campaña fue fructífera en descubrimientos, seguramente su hallazgo más famoso se produjo en 1839 en los Urales. Allí fue donde encontró una roca poco llamativa, con cristales del sistema cúbico y de color negro o pardo amarillento. Rose decidió homenajear al académico ruso Lev Aleksevich von Perovski dándole su nombre al nuevo mineral. Quizás, si hubiera imaginado la futura relevancia tecnológica de su descubrimiento habría preferido reservarle su propio nombre.

    Hoy sabemos que la composición química de la muestra que encontró Rose era aproximadamente (Ca,Sr)TiO3, y que los materiales con esta estructura presentan propiedades inesperadas y ciertamente notables. Así, el titanato de estroncio puro, que es posible sintetizar de forma controlada en el laboratorio, es un buen ejemplo de material piezoeléctrico, capaz de responder a la presión generando una pequeña diferencia de potencial. Pero las perovskitas puede adoptar una increíble variedad de composiciones químicas, y de forma paralela sus propiedades físicas pueden modularse para abarcar un amplio espectro de aplicaciones. Un ejemplo llamativo de esta capacidad de cambiar de naturaleza se puede encontrar en el estudio de sus propiedades eléctricas, ya que sin salirse de esta extensa familia estructural es posible encontrar aislantes, conductores electrónicos e iónicos e incluso superconductores de alta temperatura. Además, las perovskitas son importantes en catálisis, en la producción de hidrógeno por medio de ciclos termoquímicos, y en el desarrollo de pilas de combustible de óxidos sólidos.

    Con estos antecedentes resulta obligado preguntarse qué es lo que hace especial a las perovsquitas. Una de las claves de su versatilidad está en su enorme capacidad para combinar un catión de tamaño grande, A, con otro de menor tamaño, B, junto con un anión adecuado, X, que, generalmente pero no siempre, es oxígeno, y formar un compuesto mixto con proporción, ABX3. Pero esta receta básica se puede complicar enormemente mezclando más de dos cationes en distintas proporciones o incluso creando vacantes entre los aniones. Obviamente esto se traduce en cambios de la red cristalina que deja de ser cúbica para transformarse en estructuras de menor simetría (p.e. tetragonal, ortorrómbica o hexagonal) Además es posible encontrar materiales más complejos que intercalan capas de perovsquita con otras redes cristalinas como la del NaCl. Todo esto da lugar a una especie de “Lego” cristalino que permite obtener una amplísima variedad de materiales, entre los que es posible seleccionar las propiedades deseadas con relativa facilidad.

    Como consecuencia de estas interesantes características las perovsquitas han sido objeto de innumerables investigaciones. Aunque los superconductores de alta temperatura, con estructuras relacionadas con las perovskitas y composición Ba2YCu3O7-x, despertaron grandes expectativas en la década de los 80, no existen precedentes de una revolución similar a la desencadenada en producción fotovoltaica de electricidad por las perovskitas híbridas órgano-inorgánicas. Una prueba del impacto científico que están alcanzando estos materiales híbridos es la evolución del número de citas en revistas científicas que se puede observar en la figura. Estos compuestos, de composición CH3NH3PbI3 se utilizaron por primera vez en fecha tan reciente como 2009 en las celdas de colorante (también conocidas como celdas de Graztel) como alternativa a los complejos de Ru para la captación de luz solar. Aunque los resultados fueron inicialmente modestos su capacidad de mejora se puso rápidamente de manifiesto, y los investigadores han llevado la eficiencia de este tipo de celdas a valores superiores al 20 % en solo 5 años. Puede parecer un resultado modesto pero si se tiene en cuenta que los dispositivos de Si, que están presentes en todos los huertos solares instalados, han necesitado más de 30 años para alcanzar una eficiencia del 25 % es posible valorar la rapidez de estos avances. Si además tenemos en cuenta que las celdas basadas en perovskitas híbridas son más flexibles y adaptables que las basadas en silicio y tienen un aspecto atractivo que permitiría incorporarlas en elementos tan cotidianos como nuestra ropa, podemos empezar a entender el inesperado protagonismo de estos materiales. No obstante, también existen limitaciones importantes como la baja estabilidad de los materiales híbridos, la dificultad para hacer celdas de tamaños grandes y la toxicidad del plomo. Pero estos condicionantes forman parte del reto científico, y sin duda, la historia tecnológica de las perovskitas tiene todavía muchos más interesantes capítulos por escribir.

    Referencias

    1. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, and T. Miyasaka: Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. J. Am. Chem. Soc. 131, 6050 (2009).
    2. Perovskite Oxide for Solid Oxide Fuel Cells T. Ishihara, ed. Springer. Dordrecht (Netherlands). (2009) ISBN 978-0-387-77707-8, 2009
    3. “Placas solares de perovskita” Varum Sivaram. Samuel D. Stranks, Henry J. Snaith, Investigación y Ciencia. Septiembre 2015 Nº 468

     

    Recta final para planta fotovoltaica más grande de España

    Vie, 10/30/2015 - 05:06

    Autor: Marta Paniagua-URJC

    La planta fotovoltaica más grande de España se encuentra en su recta final, proyecto que podría acabar entrando en el ranking de las mayores plantas fotovoltaicas del mundo. A día de hoy, en el ranking compuesto por 10 centrales fotovoltaicas, ocho se encuentran en Estados Unidos, que ejerce un dominio abrumador en este apartado energético.

    En 2012 nació el proyecto de construir la planta fotovoltaica más grande de España en Calzadilla de los Barros (Extremadura), con 400 MW de potencia. Tres años después y tras numerosos procesos administrativos, el proyecto entra en su recta final encontrándose a falta de dos cuestiones: la publicación en el BOE del impacto medioambiental y la publicación definitiva de la planificación energética nacional. La empresa germano-china que llevará a cabo su construcción sin subvenciones será  SAG Solar-Shunfeng y se prevé el inicio de su construcción el próximo año.

    La planta de 400 MW cubrirá una extensión de 2000 hectáreas de terreno por lo que la central se situará en suelo que pertenece a tres localidades: Calzadilla de los Barros, Bienvenida, donde estará ubicada la subestación eléctrica, y en menor medida en Medina de las Torres. Está previsto que durante la construcción la compañía emplee a 1.800 personas y que cuando entre en funcionamiento la planta contará con una plantilla de 150 profesionales.

    La empresa quiere construir la planta de 400 MW sin ningún tipo de ayuda por parte del Estado. El Gobierno nunca ha puesto pegas al proyecto y los informes previos de impacto ambiental del proyecto han sido positivos por lo que se espera que el definitivo del Ministerio también lo sea.

    Geográficamente, los mercados fotovoltaicos más grandes del mundo se encuentran en China, Japón y Estados Unidos. Pero lo más significativo en cuanto a mercados se refiere, será el cambio en el liderazgo mundial en cuanto a penetración de la industria fotovoltaica. Alemania perderá el primer puesto en el ranking de producción de energía a favor de California, que se convertirá en la región que más electricidad genere este año con esta fuente solar. Se prevé que la fotovoltaica aporte un 10% de la electricidad generada en este estado, porcentaje que supera ampliamente al país germano o Italia.

    Fuente:

    La necesitada aceleración de la curva de aprendizaje de la termosolar: La tecnología de aire atmosférico como opción prometedora.

    Lun, 10/26/2015 - 03:29

    Autor: Antonio L. Ávila-Marín-CIEMAT

    El sector termosolar, desde el año 2004, está viviendo un crecimiento lento con procesos de aceleración y parada, gracias al apoyo de instituciones públicas en Europa y especialmente en España (entre el año 2004 y 2012) y en EE.UU, siguiendo un camino algo más inestable que el de otras energías renovables como la eólica o la fotovoltaica.

    La energía termosolar acaba de iniciar su curva de aprendizaje, con apenas 4 GWe en operación a nivel mundial, muy inferior a los 330 GWe instalados por la energía eólica o los 120 GWe de la energía solar fotovoltaica (Agencia Internacional de la Energía). Aun así, la actual situación económica mundial ha provocado que para una mayor aceleración de la curva de aprendizaje, se deban reducir en un muy corto espacio de tiempo los costes asociados a la tecnología e incrementar la eficiencia de los sistemas con el objetivo de tener un mejor coste ponderado de la electricidad que el exigido a otras tecnologías renovables con similar evolución tecnológica.

    De las dos condiciones necesarias para una mayor implementación termosolar, en la primera de ellas, el mercado requiere una producción masiva de componentes con la que poder reducir costes asociados a la economía de escala propia a cualquier tecnología, así como un mayor desarrollo de recursos en implementación y optimización de mejores sistemas productivos. Para la segunda condición, existen diversas líneas de investigación que pretenden mejorar la eficiencia de los sistemas termosolares, como nuevos desarrollos de receptores y colectores más eficientes y modulares, nuevos fluidos térmicos que permitan mayores temperaturas de trabajo asociados a ciclos termodinámicos más eficientes, mejores sistemas de almacenamiento térmico que reúnan buenas eficiencias con costes competitivos, etc.

    En este sentido, el CIEMAT-PSA, dentro del proyecto Alccones, está involucrado en el desarrollo de mejoras sobre la tecnología de aire atmosférico. Se tiene el convencimiento de que esta tecnología solucionará algunos de los dilemas anteriormente planteados. Para ello, se está trabajando por un lado, en el desarrollo de nuevos diseños de receptores volumétricos con los que poder aumentar la temperatura de trabajo con altas eficiencias (> 90% para 700 ºC) y costes de diseño reducidos (< 150 €/kWt). Y por otro lado, en el estudio experimental de nuevas configuraciones y materiales de almacenamiento térmico en calor sensible con una eficiencia térmica alta (> 90%) y coste reducido (< 15 €/kWh).

    Respecto a la primera parte del trabajo de investigación, los receptores volumétricos, se han obtenido resultados experimentales prometedores, al encontrar configuraciones ligeras, tanto en tamaño como en peso, que igualan o mejoran levemente los resultados de receptores volumétricos de referencia, como el receptor TSA. Estos resultados nos muestran la senda de trabajo a seguir en el futuro para conseguir una mejora significativa cumpliendo los axiomas citados anteriormente.

    En lo que se refiere a la segunda línea de trabajo dentro de la tecnología de aire atmosférico, la de almacenamiento térmico en calor sensible, los trabajos se encuentran en una fase incipiente de puesta a punto y arranque de la instalación esperando poder tener resultados importantes durante la segunda o tercera anualidad del proyecto.

     

    Congreso Internacional y Expo Científica “Investigación, Desarrollo e Innovación en Sostenibilidad Energética”

    Jue, 10/22/2015 - 04:16

    El Congreso  organizado por El Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER) de Ecuador tendrá lugar del 11 al 13 De Noviembre en el Centro de Negocios y Convenciones Quorum de Quito.

    [Autora: Mª José Negro-Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT]

    Con el propósito de establecer la generación de conocimiento científico como una práctica permanente en el Ecuador, potenciar el trabajo de la Comunidad de Estados Latinoamericanos y Caribeños, en temas de eficiencia energética y energía renovable, brindar un espacio para la reflexión, el intercambio y la interacción de los investigadores nacionales e internacionales, el INER plantea la realización del Congreso Internacional “Investigación, Desarrollo e Innovación en Sostenibilidad Energética”. En el evento, pionero en Eficiencia Energética y Energía Renovable en Ecuador, se darán cita instituciones y personas comprometidas con el desarrollo de la investigación científica y el avance tecnológico, que promuevan el uso racional de la energía y el desarrollo de nuevas fuentes limpias y renovables. Tiene por objetivo generar vínculos entre los países de Latinoamérica en eficiencia energética y energía renovable, fomentar el desarrollo e intercambio de conocimiento de la I+D+i en temas relacionados a la energía sostenible, facilitar el acceso al conocimiento científico, vincular a la Industria, empresa y emprendedores con procesos de desarrollo científico y tecnológico en el sector energético, así mismo se presentarán los proyectos del INER desarrollados con cooperación internacional.

    La unidad de Biocarburantes del CIEMAT participará en el Congreso mediante la presentación de la siguiente ponencia: “Producción de etanol de lignocelulosa”, conferencia que impartirá el Dr. I. Ballesteros. En la ponencia se presentará el estado de la tecnología de producción de etanol lignocelulósico, situación y perspectivas, haciéndose especial hincapié en los desafíos tecnológicos de la producción de etanol de segunda generación mediante la ruta bioquímica.

    Fuente: http://idi.iner.ec/en/

    Termosolar versus fotovoltaica. La gestión de la demanda y la estabilidad de la red eléctrica versus bajo coste

    Mar, 10/20/2015 - 05:59

    Autor: José González-Aguilar-IMDEA Energía

    El abaratamiento masivo de la industria fotovoltaica ocurrido en el último lustro debido principalmente a la curva de aprendizaje [1] ha tenido una fuerte repercusión en la industria termosolar [2]. La energía eléctrica producida al transformar directamente la energía del Sol es al día de hoy más barato que hacerlo por una turbina calentando previamente un fluido térmico. De hecho, la implantación de la tecnología fotovoltaica ha desbordado en varias ocasiones las previsiones realizadas por entidades tales como la Agencia Internacional de la Energía, mientras que la implantación solar termoeléctrica se ha corregido a la baja [3]. Los informes prospectivos publicados por diferentes instituciones indican que esta situación no cambiará a medio y largo plazo. Aun así, recientes estimaciones proporcionan costes cercanos a 10-12 c€/kWh en 2020 para varias configuraciones de centrales comerciales.

    Resulta interesante observar cómo la obtención de una disminución de costes que garantice la viabilidad de la energía termosolar impulsa la investigación y el desarrollo tecnológico. En EEUU, el programa Sunshot promovido por el Departamento de Energía tiene como objetivo reducir el coste de producción eléctrico en un 75% entre 2010 y 2020. Objetivos similares se han propuesto dentro de los programas de investigación europeos. Sin embargo, el coste no es el único elemento diferencial entre fotovoltaico y termosolar. En la última conferencia SolarPACES en Ciudad del Cabo, Sudáfrica, celebrada entre el 13 y el 16 de octubre pasados, se observó cómo la comunidad termosolar plantea varias líneas de trabajo orientadas no solo a disminuir el coste de producción de electricidad mediante el desarrollo de nuevos componentes más baratos (helióstatos y sistemas de almacenamiento) y/o más eficientes (receptores y colectores, nuevos fluidos térmicos y ciclos termodinámicos). También se ha analizado las ventajas que ofrece la tecnología termosolar en la gestión de despacho mediante el uso de sistemas de almacenamiento térmico y su integración en el mix energético nacional e internacional. Resulta elocuente comprobar que el mayor número de trabajos presentados se han centrado en el almacenamiento térmico [4] extendiéndose en el rango de temperaturas de operación con el objeto de ir más allá de los ciclos Rankine (vapor) y el uso de reacciones químicas.

    Gracias a la flexibilidad que ofrece el almacenamiento térmico, nuevos estudios sobre la integración de la tecnología solar en la red eléctrica sugieren su papel estabilizador, el cual permitiría incrementar la contribución de renovables en la red.

    [1] Fraunhofer ISE (2015): Current and Future Cost of Photovoltaics. Long-term Scenarios for Market Development, System Prices and LCOE of Utility-Scale PV Systems. Study on behalf of Agora Energiewende. www.agora-energiewende.de

    [2] Renewables 2015 Global Status Report (2015), http://www.ren21.net/status-of-renewables/global-status-report/

    [3] Tracking Clean Energy Progress 2014, AIE. http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/tracking-clean-energy-progress-2014.html

    [4] http://www.solarpaces2015.solarpaces.org/home.html

    Toyota presenta un ambicioso plan para reducir las emisiones de sus vehículos

    Lun, 10/19/2015 - 04:41

    Autor: [R. M. Navarro-  Grupo de Energía y Química Sostenibles- Instituto de Catálisis y Petroleoquímica] 

    Para dar respuesta a los retos que se tienen planteados a nivel global y relativos al cambio climático, al agotamiento de recursos y a la degradación de la biodiversidad, la compañía Toyota ha presentado el informe “Toyota Environmental Challenge 2050” en el que marca sus objetivos para reducir el negativo impacto medioambiental que tienen tanto el uso como  la fabricación de los vehículos actuales. Para cumplir este reto, la compañía plantea seis objetivos individuales en tres áreas:

    (i) Nuevos vehículos con emisiones cero de CO2: Toyota se pone como objetivo reducir las emisiones de CO2 de los vehículos en 2050 un 90% por debajo de las emisiones del año 2010. Para conseguir este objetivo se propone mejorar la eficiencia de los motores a corto plazo y promover el desarrollo y venta de tecnologías con bajas o nulas emisiones de CO2  como los híbridos, híbridos enchufables, vehículos eléctricos y vehículos con pila de combustible.

    (ii) Eliminar las emisiones de CO2 en toda la cadena de producción de los vehículos (al 50% de las emisiones del 2001 en el año 2020 y un tercio más en el año 2050) mediante el uso de materiales en cuya fabricación se emitan bajos niveles de  CO₂, reduciendo la cantidad y número de elementos en los vehículos, racionalizando y simplificando los procesos de producción y usando fuentes de energía renovables y por último,

    (iii) Minimizar y optimizar el uso de recursos en la producción de vehículos y potenciar la fabricación de vehículos con facilidad para su desmantelamiento y reciclado.

     

    Como paso clave para alcanzar estos objetivos a largo plazo, Toyota ha presentado su sexto plan de actuación medioambiental que se ejecutara entre 2016 y 2021. Dentro de ese plan plantean conseguir los siguientes objetivos:

    • Reducir una media del 22% las emisiones de  CO2 de los vehículos en el año 2020 respecto de las emisiones de los vehículos en el año 2010
    • Alcanzar unas ventas anuales de 1.5 millones de vehículos híbridos anuales, con unas ventas acumuladas de 15 millones de vehículos híbridos en el año 2020
    • Alcanzar unas ventas globales de más de 30.000 vehículos equipados con celdas de combustible con hidrógeno alrededor del año 2020, de las cuales 1000 unidades/mes serán vendidas en Japón.
    • Comenzar la venta de autobuses con celda de combustible de hidrógeno en pequeño número el año 2017, focalizando las ventas en Tokio, para alcanzar la venta de 100 autobuses en el año 2020 coincidiendo con los juegos Olímpicos de Tokio.
    • Investigar en sistemas de propulsión eléctrica, baterías, para desarrollar una nueva generación de vehículos eléctricos con mayor eficiencia y capacidad de almacenamiento.

    El tiempo dirá si los planes de Toyota se hacen realidad, pero al menos la concienciación y su planificación van, en mi opinión, por el camino correcto.

    Mas información: http://www.toyota-global.com/sustainability/environment/challenge2050/

    Toyota Mirai muestra cómo será el vehículo eléctrico impulsado por pila de combustible de hidrógeno

    Vie, 10/16/2015 - 12:35

    Autor: José Antonio Villajos Collado-URJC

    Toyota ha presentado recientemente en Europa el Mirai, la nueva berlina de pila de combustible de la compañía nipona, que funciona con hidrógeno y sin emisiones contaminante. El Mirai es, según su fabricante, el vehículo ecológico de mayor valor del mercado actual, y destaca por su diseño exterior y por su aceleración, así como por el silencio de su habitáculo y por poseer una autonomía similar a la de un vehículo de gasolina.

    Concretamente, se trata de un vehículo que recarga el gas combustible en tanques de fibra de carbono a alta presión, material con una capacidad 5 veces superior a la del acero a la hora de absorber la energía procedente de un choque. La fibra de carbono recubre una lámina interior polimérica que aumenta la estanqueidad, y es a su vez recubierta por una capa de fibra de vidrio para reducir el desgaste por abrasión. A día de hoy, los fabricantes de vehículos impulsados por hidrógeno han elegido este sistema de gas comprimido a pesar de las limitaciones en cuanto a capacidad y seguridad, a falta de que nuevos mecanismos de almacenamiento sean desarrollados hasta niveles satisfactorios en cuanto a costes y condiciones de operación. Como ayuda, también monta una batería eléctrica que funciona de modo similar a como lo hace en los propios vehículos híbridos de gasolina del fabricante, almacenando parte de la energía producida en picos de producción y durante las frenadas, lo cual sirve para asistir a la pila de combustible en la generación de electricidad para mover el motor eléctrico en momentos determinados, aumentando de este modo tanto la potencia como la autonomía.

    En cuanto a la seguridad a bordo, se dispone de instrumentos para la detección electrónica de fugas de gas en el interior del habitáculo, de modo que en el caso de producirse éstas son rápidamente dispersadas hacia la atmósfera. Además, en caso de colisión se detiene automáticamente el flujo de hidrógeno para evitar la formación de atmósferas explosivas. En añadido cuenta con diferentes elementos de seguridad activa (E-VSC, TRAC, ABS, EBD, BA y SST), para la anticipación o preparación ante una colisión frontal inminente, 8 airbags y conexión permanente al centro de asistencia de Toyota.

    Por último, en relación a las características motrices del Mirai, cabe destacar cómo la pila de combustible es capaz de generar una potencia de 113 kW (154 CV) con un par motor de 355 Nm, lo que impulsa al vehículo hasta los 178 km/h de velocidad máxima con una aceleración que permite pasar de 0 a 100 km/h en 9 segundos. Su precio rondará en 2016 los aún elevados (aunque no prohibitivos) 57.500 $, poniendo de manifiesto el impacto de la producción en escala sobre la reducción del precio de las pilas de combustible, y suponiendo un paso más a la extensión y comercialización masiva de los vehículos impulsados por hidrógeno, paso éste necesario para que se desarrollen otros factores relacionados con la economía de este vector energético, como los relacionados con la producción sostenible y económica del gas, la mejora de la red de suministro, y la aceptación de la tecnología hasta niveles tan altos como los actuales vehículos de combustión interna.

    Fuentes:          

    https://ssl.toyota.com/mirai/index.html

    http://www.ecoticias.com/motor/107879/Conoce-berlina-pila-combustible-hidrogeno-Toyotahttp://www.ecoticias.com/motor/107879/Conoce-berlina-pila-combustible-hidrogeno-Toyota

    ¿Cuánta energía traerán las olas?

    Lun, 10/12/2015 - 04:00

    La intermitencia es uno de los problemas de la mayor parte de las energías renovables, incluida la marina: a veces abunda, otras veces escasea. De ahí que, para gestionar adecuadamente la energía del mar e integrarla en la red eléctrica, convenga saber cuándo traerán suficiente fuerza las olas. Y eso es precisamente lo que ha hecho el grupo Eolo, de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU). La revista Ocean Engineering ha publicado recientemente un artículo del citado grupo titulado —”Short-term forecasting of the wave energy flux: Analogues, random forests, and physics-based models”— con los detalles del proyecto.

    Autora: Alicia Carrero Fernández-Universidad Rey Juan Carlos

    La energía marina tiene un gran potencial de futuro, porque pese al problema de la intermitencia, tiene una ventaja con respecto a la energía eólica, ya que es más fácil predecir un oleaje óptimo que unas ráfagas de viento apropiadas. Por eso, tan importante como contar con prototipos eficientes para el aprovechamiento de la energía undimotriz, es saber cuánta energía traerán las olas dentro de unas horas.

    La primera instalación operativa para el aprovechamiento de la energía marina se construyó en Portugal, en el 2008. En el País Vasco, se inauguró en el 2011 una pequeña instalación en Mutriku. La central de Mutriku es pionera en su género en todo el mundo. Es la única que dispone de una configuración multiturbina y, además, inyecta a la red general toda la electricidad producida para su distribución. Datos técnicos:

    • Tecnología marina OWC (Columna de agua oscilante).
    • 16 unidades cámara-turbina.
    • Potencia instalada 296 kW.
    • Producción eléctrica renovable estimada: 400.000 kWh anuales.
    • Emisiones  de CO2 evitadas: 400 toneladas anualmente.

    Conociendo previamente los datos de energía de las olas, se puede insertar mejor la energía producida por las olas en la red eléctrica, y, por tanto aumentar el consumo de energía renovable.

    El grupo EOLO (UPV/EHU) ha desarrollado varios modelos de predicción de la cantidad de energía undimotriz para el golfo de Bizkaia, utilizando para ello la técnica denominada “Random Forests “(bosques aleatorios). Se trata de un algoritmo desarrollado durante los últimos años cuya base son los llamados ‘árboles de regresión’, en los que las variables de entrada se consideran raíces y las de salida, hojas. La técnica “Random forest” es un desarrollo de los árboles de regresión que, en lugar de un solo árbol, utiliza muchos (por lo general, más de mil), formando un ‘bosque’ o selva”, como ha explicado el investigador Gabriel Ibarra, del grupo EOLO.

    Según el citado investigador, los modelos desarrollados por su grupo son más fiables que otros ya existentes para las predicciones del oleaje con una antelación de tres a dieciséis horas. Los modelos de EOLO están basados en una serie histórica de mediciones que comparan entre sí los niveles de energía de las olas en un momento dado y los que se prevén para dentro de algunas horas. La medición se realiza mediante boyas, de las que cinco están instaladas en el golfo de Bizkaia, tres cerca de la costa gallega y dos en mar abierto. El organismo Puertos del Estado se encarga del mantenimiento de las boyas instaladas en Galicia, y el servicio meteorológico británico (MetOffice) de las de mar abierto.

    Dos son las prioridades del grupo Eolo de cara al futuro: por una parte, acceder en tiempo real a los datos del modelo meteorológico WRF (Weather Research and Forecasting), que le servirán para mejorar los resultados actuales; por otra, continuar investigando los escenarios climáticos que puedan producirse en el futuro. En este sentido, se ha comprobado que un fenómeno como el cambio climático afecta también al oleaje, así como a los temporales que, con cierta frecuencia, azotan la costa vasca.

    En opinión de los miembros de Eolo, es importante saber qué evolución tendrá la energía marina en las próximas décadas, aunque las investigaciones sobre la predicción de la energía de las olas no han hecho más que comenzar, y no han llegado todavía a la fase operativa, es decir, no se aplican directamente.

    XVII Reunión de la Red temática Lignocel: “Retos Enzimáticos, Químicos y de Ingeniería para la Utilización de Recursos Agroforestales no Alimentarios (Lignocelulosa) en una Bioeconomía más Sostenible y menos Contaminante”

    Dom, 10/04/2015 - 08:17

    La reunión temática Lignocel organizada por el grupo de Biotecnología para la Biomasa Lignocelulosa del Centro de Investigaciones Biológicas, (CIB-CSIC) tuvo lugar del 1 al 2 de octubre de 2015 en el mismo centro de investigación en Madrid.

    Autor: Alfredo Oliva-IMDEA Energía

    La aplicación de la biotecnología en la transformación de los materiales lignocelulósicos es un área de investigación en auge a nivel mundial. La investigación sobre los mecanismos enzimáticos y biomoleculares de biodegradación de la lignocelulosa son aún hoy en día desafíos que la comunidad científica tiene que comprender. Del mismo modo, las aplicaciones biotecnológicas, entre las que se encuentran la producción de biocombustibles, representan una alternativa económica y no contaminante para la transformación de los materiales lignocelulósicos. Sin embargo, la conversión de la biomasa lignocelulósica por hidrólisis enzimática y fermentación a etanol no es todavía una tecnología optimizada.

    Con el propósito de establecer y favorecer intercambio científico, el Grupo de Biotecnología para la Biomasa Lignocelulósica del Centro de Investigaciones Biológicas (CIB-CSIC) organizó los días 1 y 2 de octubre de 2015 la XVII Reunión Temática Lignocel “Retos Enzimáticos, Químicos y de Ingeniería para la Utilización de Recursos Agroforestales no Alimentarios (Lignocelulosa) en una Bioeconomía más Sostenible y menos Contaminante”. Este evento, financiado por el Instituto Nacional de Investigaciones Agroalimentarias (INIA) dentro de la acción complementaria AC2014-00017-00-00, tiene como objetivos generar vínculos entre los grupos científicos, tecnológicos y empresariales de la Red, fomentar colaboraciones en investigación en ámbito nacional e internacional y fortalecer el desarrollo de líneas de investigación novedosas y/o prioritarias en el ámbito nacional y europeo.

    La Unidad de Procesos Biotecnológicos para la Producción de Energía de la Fundación IMDEA Energía participó en la reunión mediante la presentación de la siguiente ponencia: “Destoxificación con lacasas: papel de los compuestos fenólicos y lignina en la inhibición de la hidrólisis enzimática”, ponencia que impartió el estudiante predoctoral A. Oliva-Taravilla. En la ponencia se presentaron los mecanismos de inhibición de la hidrólisis enzimática provocados por los radicales fenoxilo y la lignina tras el tratamiento con lacasas de paja de trigo pretratada por explosión por vapor.

    Entendiendo catalizadores industriales: poniendo la espectroscopia operando en forma

    Jue, 10/01/2015 - 04:01

    Autora: Raquel Portela, ICP-CSIC

    Los catalizadores industriales son frecuentemente sólidos conformados, inhomogéneos, dinámicos y multifuncionales. Su diseño racional requiere una caracterización exhaustiva de los centros activos que tenga en cuenta el efecto del su entorno, de modo que las tendencias actuales en el análisis de los procesos heterogéneos son incrementar la resolución temporal y espacial (a varios niveles y en varias direcciones) y los puntos de vista (acoplamiento de varias técnicas), y acercarnos lo más posible a condiciones de operación genuinas, no alteradas por la sonda.

    La metodología operando se ha convertido en un valioso enfoque para entender los catalizadores y la catálisis heterogénea, la piedra angular de la futura sociedad sostenible. Al combinar la caracterización espectroscópica del sólido durante la reacción (in situ) con la evaluación simultánea del rendimiento catalítico real mediante análisis de la actividad catalítica genuina permite mejorar la optimización racional de los catalizadores y el control de las variables de los procesos catalíticos, siendo de utilidad tanto en el laboratorio como a escala industrial en todo tipo de aplicaciones. Las técnicas espectroscópicas pueden determinar la naturaleza, cantidad, estructura y entorno de átomos y moléculas analizando diferentes interacciones de la materia con la radiación electromagnética, y por tanto son poderosas técnicas no destructivas y que no requieren contacto. La idea de la caracterización simultánea del fluido y del sólido en operación fue introducida en el mundo de la investigación catalítica por algunos pioneros hace varias décadas; el término operando fue acuñado en 2002 por el Dr. Miguel Á. Bañares, profesor de investigación del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) del CSIC, hecho que favoreció que la investigación para el desarrollo y la aplicación de células de reacción cada vez más informativas y más representativas de los precesos catalíticos reales haya crecido exponencialmente desde entonces, al despertar el interés generalizado de la comunidad catalítica.

    Hasta ahora el enfoque operando ha estado orientado esencialmente a lechos empaquetados de catalizadores en polvo, a pesar de que los catalizadores con forma y estructura regular se aplican cada vez más en muchos campos de la catálisis, especialmete en medio ambiente y energía.1 Los monolitos poseen propiedades térmicas, mecánicas y fluidodinámicas distintivas que dependen de su geometría y de las propiedades resultantes de la interacción entre la fase activa, el soporte, el aglomerante y otros aditivos permanentes o temporales que hayan sido empleados en su proceso de fabricación. Como consecuencia es necesario hacer un esfuerzo de caracterización de estos materiales en la forma final, ya que la caracterización en polvo puede dar resultados equívocos. La metodología operando puede proporcionar a los desarrolladores de catalizadores monolíticos (o conformados en general) una herramienta para entender su comportamiento en una planta industrial a través de pruebas de laboratorio cuidadosamente diseñadas con relaciones espacio-temporales representativas. Aplicada a escala industrial puede detectar problemas de funcionamiento o predecir fenómenos de desactivación antes de que la calidad del producto se vea afectada, optimizando así el control de calidad y reduciendo el desperdicio de material, y podría convertirse una nueva tecnología analítica de proceso (PAT por sus siglas en inglés).

    El grupo de Espectroscopia y Catálisis industrial (SpeICat) del ICP-CSIC, con amplia experiencia en la metodología operando y en el desarrollo de catalizadores monolíticos, en colaboración con el Laboratoire Catalyse et Spectrochimie (LCS) de la ENSI de Caen, ha estado desarrollando en los últimos años nuevas celdas de reacción para expandir el enfoque operando a la caracterización de monolitos por espectroscopia vibracional durante su funcionamiento como catalizadores. En 2012 desarrolló una celda que permite caracterizar monolitos por FT-IR en transmisión,2 como se muestra en la figura 1, y en un artículo recién publicado en la revista Catalysis Science & Technology3 presenta un reactor monolítico monitorizado por microscopía Raman, en lo que son los primeros intentos de estudios operando de monolitos mediante espectroscopia vibracional. La espectroscopia vibracional proporciona informacion molecular: la espectroscopia infrarroja (IR) es esencialmente sensible a vibraciones que impliquen un cambio en el momento dipolar (modos asimétricos), y la espectroscopia Raman, a vibraciones que impliquen un cambio en la polarización (modos simétricos). En consecuencia, para catalizadores tipo óxido soportado, la primera se emplea generalmente para estudiar especies adsorbidas e hidroxilos superficiales mientras que la segunda se emplea para principalmente para estudiar el propio catalizador.

     

    Figura 1. Reactores para estudios operando con espectroscopia vibracional.

    Bibliografía:

    1.         Avila, P.; Montes, M.; Miro, E. E., Monolithic reactors for environmental applications: A review on preparation technologies. Chem. Eng. J. 2005, 109 (1), 11-36. doi: 10.1016/j.cej.2005.02.025

    2.         Rasmussen, S. B.; Banares, M. A.; Bazin, P.; Due-Hansen, J.; Avila, P.; Daturi, M., Monitoring catalysts at work in their final form: spectroscopic investigations on a monolithic catalyst. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (7), 2171-7.  doi: 10.1039/c1cp22629k 

    3.         Rasmussen, S. B.; López-Medina, R.; Portela, R.; Mikolajska, E.; Daturi, M.; Avila, P.; Banares, M. A., Shaping up operando spectroscopy: Raman characterization of a working honeycomb monolith. Catal. Sci. Technol. 2015. doi: 10.1039/C5CY01375E

     

     

     

     

    Estudio de materiales para su aplicación en la producción de hidrógeno mediante ciclos termoquímicos empleando energía solar concentrada

    Vie, 09/25/2015 - 07:17

    Autora: C. Caravaca. CIEMAT

    El desarrollo industrial ha hecho que el uso y la necesidad de fuentes de energía hayan crecido exponencialmente. Esta energía ha sido proporcionada principalmente por combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural, que a pesar de su propiedades muy útiles, tienen una duración limitada y emiten gran cantidad de contaminantes medioambientales (CO, CO2, CnHm, SOx, NOx, metales pesados, cenizas, etc) [1].

    A finales de los años 70 y principios de los años 80 con la crisis del petróleo creció el interés por la búsqueda de fuentes de energía alternativas. Entre los combustibles seguros, no contaminantes y eficaces que sustituyan a los combustibles fósiles se encuentra el hidrógeno. El hidrógeno es capaz de generar energía a través de un proceso limpio que conduce a la formación de agua como único producto. La energía química liberada se puede aprovechar directamente o se puede transformar en energía eléctrica por medio de las pilas de combustible o los motores de combustión de alto rendimiento.

    Sin embargo, el hidrógeno no es una materia prima, sino que ha de obtenerse a partir de compuestos que lo contienen como son el gas natural, los hidrocarburos ligeros o el agua. Actualmente, el 96% de esta producción mundial de hidrógeno se obtiene a partir de materias primas fósiles (petróleo, gas natural y carbón), el 3,9 % mediante electrolisis de agua y el 0,1% restante mediante otros métodos [2].

    Uno de los procesos limpios de producción de hidrógeno a partir de agua se basa en la utilización de energía solar. Esta fuente de energía no convencional es muy valiosa, ya que posee reservas esencialmente ilimitadas. Sin embargo, presenta ciertas desventajas en cuanto a que la radiación solar que llega a la tierra es muy diluida (sólo 1 kW/m2), intermitente (disponible durante el día) y está distribuida de manera desigual sobre la superficie terrestre [3]. Los métodos de obtención de hidrógeno utilizando energía solar se engloban en 3 grupos: procesos fotoquímicos, electroquímicos y termoquímicos, aunque también existen combinaciones de los anteriores.

    La descomposición térmica del agua en hidrógeno y oxígeno requiere temperaturas superiores a 2.500 °C para obtener grados de conversión significativos. Los productos de la descomposición H2(g) y O2(g) han de ser enfriados para evitar su recombinación y posteriormente hay que separar las dos corrientes gaseosas.

    Los ciclos termoquímicos que emplean óxidos metálicos utilizan la energía solar concentrada como fuente calorífica de alta temperatura para lograr la conversión de agua en hidrógeno y oxígeno mediante una serie de reacciones endotérmicas y exotérmicas, es decir, transforman la energía térmica en energía química [4]. Como se muestra en el esquema de la Figura 1, mediante estos ciclos es posible realizar la descomposición térmica del agua a temperaturas inferiores que en la descomposición directa y además, las corrientes de H2(g) y O2(g) se obtienen en etapas separadas lo que evita tener que realizar una etapa de separación posterior .La primera etapa del ciclo consiste en un proceso endotérmico en el que se produce la reducción del óxido metálico en metal o en un óxido de menor valencia. La segunda etapa consiste en un proceso exotérmico de descomposición del agua en hidrógeno a la vez que se regenera el óxido inicial.

    Los materiales empleados en los ciclos deben cumplir una serie de criterios como son el rendimiento de reducción térmica y de producción de hidrógeno, las cinéticas de las reacciones químicas, mantener su estructura a lo largo de ciclos repetitivos, toxicidad, disponibilidad y coste de los reactivos, fácil manejo de los materiales o la separación de los productos finales.

    Figura 1. Esquema general de un ciclo termoquímico basado en óxidos metálicos.

    En la actualidad se están estudiando varios ciclos termoquímicos basados en óxidos metálicos aunque todavía no se dispone de un dispositivo industrial. Entre los materiales estudiados se encuentra el ciclo basado en el ZnO; presenta el inconveniente de que la etapa de reducción requiere una temperatura muy elevada (~ 1700 °C) y es necesaria un etapa posterior de separación y concentración de los productos obtenidos durante la etapa de reducción, Zn(g) y O2(g), ya que durante el proceso de enfriamiento tienden a recombinarse. El enfriamiento rápido de los productos o “quenching” evita su recombinación pero supone un gasto extra de energía [5].

    Los ciclos basados en óxidos de metales de transición como TiO2/TiOx, Co3O4/CoO se han desarrollado y probado en reactores solares, pero el rendimiento de hidrógeno generado es bajo para su aplicación a escala industrial. Otro de los ciclos está basado en el óxidos de hierro, la magnetita (Fe3O4) es una ferrita que forma parte del ciclo Fe3O4/FeO. Este ciclo también requiere temperaturas elevadas en la etapa de reducción (1600 °C) y un enfriamiento rápido o “quenching” para evitar la recombinación de los productos de la reacción. Se ha investigado la sustitución parcial de hierro de las ferritas por otros metales como Mn, Mg, Co o Ni para formar óxidos mixtos (Fe1-xMx)3O4), los cuales pueden ser reducidos a menor temperatura generando fases reducidas (Fe1-xMx)1-yO) que son capaces de descomponer el agua y producir hidrógeno. Sin embargo, existen ciertos inconvenientes como el necesario “quenching”·de los productos de reducción, la posible sinterización y en ocasiones la baja producción de hidrógeno

    Uno de los ciclos que presenta mejores rendimientos con velocidades de reacción elevadas en las dos etapas y que poseen gran ciclabilidad es el basado en el CeO2. Sin embargo, la reducción estequiometrica a Ce2O3 requiere temperaturas muy elevadas (2000 °C), lo que hace casi imposible su utilización con instalaciones de concentración solar en gran escala [6]. Se han realizado estudios empleando materiales de CeO2 dopados con distintos metales de transición, lantánidos o Zr [7-9] en las que la reducción es no-estequiometrica y se realiza temperaturas considerablemente inferiores (1400-1500C). Los rendimientos de reducción, aunque aceptables, son inferiores a los del CeO2, excepto en el caso del Zr, sin embargo, se ha indicado que este tipo de materiales pierde actividad con el ciclado.

    Desde hace varios años en el CIEMAT se vienen estudiando procesos de ciclos termoquímicos para la producción de hidrógeno mediante energía solar concentrada. Concretamente, se han estudiado ciclos basados en ferritas dopadas con distintos metales, se han ensayado tanto óxidos comerciales como sintetizados en el CIEMAT. Entre los que presentaban mejores resultados está la ferrita de Ni [10]. Entre los inconvenientes de este material se encuentra la elevada temperatura requerida para lograr rendimientos de reducción aceptables (1400- 1450°C). esta elevada temperatura produce una sinterización del material y la formación de dos fases de tipo NiO y FeO. Además, las cinéticas de las reacciones son lentas.

    Actualmente, una de las actividades en las que está involucrado el CIEMAT dentro del proyecto ALCCONES es el estudio de nuevos materiales óxidos que permitan reducir la temperatura necesaria para llevar a cabo la etapa de reducción, con alta producción de hidrógeno y cinéticas rápidas. Los materiales considerados son óxidos de tipo perovskita, de fórmula ABO3. La estructura perovskita ideal es cúbica, y se deben cumplir una serie de reglas en cuanto a los radios iónicos de los cationes A y B y además, se debe cumplir la neutralidad electrónica de manera que la carga de A+B sea igual a la carga de los aniones oxígeno; lo cual se logra mediante la distribución de carga. Esto unido al hecho que los cationes A y B pueden tener diferentes valencias produce defectos y distorsiones de la estructura perovskita que pueden dar lugar a materiales deficientes en oxígeno cuyas propiedades redox son las adecuadas para los ciclos termoquímicos.

    Los materiales considerados inicialmente son perovskitas del tipo: La1-xSrxB1-yBy’O3 (B, B’ =Mn, Al, Co, Fe). Los materiales son sintetizados mediante un proceso sol-gel y posteriormente calcinados a las temperaturas adecuadas para formar la fase perovskita, la cual se caracteriza mediante análisis de difracción de rayos X. Hasta el momento se han sintetizado tres compuestos y se ha comenzado a probar su comportamiento durante la etapa de reducción. Dichos ensayos se están realizando en termobalanza para determinar su grado de reducción de estos compuestos y los resultados se comparan con los obtenidos con CeO2, considerado como material de referencia.

     

     

     

     

    Esta investigación se está llevando a cabo gracias a la financiación del proyecto ALCCONES financiado por la comunidad de Madrid- REF. P2013/MAE2985.

     

    Bibliografía:

    [1]        M. Momirlan and T. N. Veziroglu. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2002, 6 (1-2) 141-179.

    [2]        Ewan, B.C.R. and R.W.K. Allen. Int. J. Energy, 2005, 30(8), 809-819.

    [3]        Serpone, N., D. Lawless, and R. Terzian. Solar Energy, 1992. 49(4): p. 221-234

    [4]        A. Steinfeld. Solar Energy, 2005. 78(5): p. 603-615.

    [5]        Palumbo, R., et al. Chem. Eng. Sci., 1998. 53(14): p. 2503-2517..

    [6]        Abanades, S. and G. Flamant. Solar Energy, 2006. 80(12): p. 1611-1623

    [7]        Kaneko, H., et al. Energy, 2007. 32(5): p. 656-663

    [8]        Demont, A., S. Abanades, and E. Beche. J.  Phys. Chem. C, 2014. 118(24): p. 12682-12692.

    [9]        Le Gal, A., S. Abanades, and G. Flamant. Energy & Fuels, 2011. 25(10): p. 4836-4845.

    [10]      Fernández-Saavedra, R., et al. Int. J. Hydrogen Energy, 2014, 39(13): p.

    Aprovechamiento óptimo de biomasa lignocelulósica: proyecto DIBANET

    Mié, 09/23/2015 - 08:32

    El proyecto DIBANET, un proyecto financiado a través del programa europeo FP7 y que ha implicado la colaboración de 13 socios, 7 de Latinoamérica y 6 de Europa, ha tenido como objetivo la producción sostenible de biocombustibles miscibles con diésel a partir de residuos lignocelulósicos de ambas regiones. En concreto se ha evaluado la producción económicamente viable de levulinato de etilo, un biocarburante obtenido a partir de ácido levulínico y etanol.

    Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos

    Proyecto DIBANET (http://www.dibanet.org/)

     

    La creciente dependencia de combustibles diésel importados, además del incremento anual de la producción de biomasa residual, constituyen una amenaza para la UE y América Latina. El proyecto DIBANET (Development of Integrated Biomass Approaches Network) busca combatir estas amenazas y ayudar a eliminar las importaciones de diésel mediante el desarrollo de nuevas tecnologías para producir biocombustibles miscibles con diésel a partir de biomasa residual de Europa y América Latina. Se trata de un proyecto de investigación de 3 años y medio de duración con una financiación de 3,73 millones de €, coordinado por la Universidad de Limerick en Irlanda, con el objetivo de aunar y complementar las fortalezas de investigadores europeos y latinoamericanos, junto con empresas del sector. Esta red global de expertos e investigadores incluye a socios de Europa (Dinamarca, Grecia, Hungría, Irlanda y Reino Unido) y América Latina (Brasil, Argentina y Chile). De este modo, se asegura que el proceso completo, desde la materia prima hasta los residuos del proceso, esté diseñado para una máxima eficiencia. El objetivo del proyecto DIBANET es liderar la producción sostenible de biocombustibles a gran escala para el año 2020, evitando los impactos del uso de la tierra y resolviendo los problemas de aumento de los niveles de residuos orgánicos.

    Figura 1: Proceso original del Proyecto DIBANET para el aprovechamiento integral de biomasa herbácea residual.

    DIBANET pretende mejorar y optimizar la tecnología de biorrefino y pirólisis de la biomasa con el fin de crear biocarburantes sostenibles de segunda generación, a partir de biomasa residual, que se pueden mezclar con diésel fósil para usarse en motores diésel regulares, cumpliendo con los estándares de la industria. Al centrarse en el uso de residuos como materia prima para la producción de biocombustibles DIBANET también proporciona alternativas sostenibles y económicas a vertederos e incineración de desechos, ambas opciones ineficientes y productoras de significativas emisiones de gases de efecto invernadero con poco retorno, especialmente en América Latina.

    Objetivos

    Los objetivos concretos planteados por el proyecto DIBANET incluyen:

    • Desarrollar tecnologías para ayudar a eliminar la necesidad de importaciones de diésel fósil de ambas regiones, mejorando la seguridad de suministro de energía
    • Avanzar en el estado del arte de la producción de biocombustibles mezclables con diésel (DMBs) a partir de desechos y residuos orgánicos
    • Optimizar el rendimiento de DMBs producidos a partir de biorrefino de biomasa y residuos.
    • Mejorar el balance energético y los rendimientos totales a biocombustibles a partir de una materia prima, de forma sostenible, utilizando los residuos del proceso en procesos de pirólisis para producir bio-petróleo, que puede valorizarse también a DMBs.
    • Reducir el coste energético de la producción de DMBs.
    • Seleccionar materias primas claves para la conversión a DMBs, analizarlas y desarrollar métodos analíticos rápidos que puedan ser utilizados en un proceso en línea.
    • Analizar los DMBs producidos con el fin de saber si cumplen con los requerimientos de la EN590 y, si no cumplen, sugerirá medios para lograr el cumplimiento.

      Resultados del proyecto

      El proceso DIBANET, como resultado de la etapa de pretratamiento patentada, ha mejorado notablemente los rendimientos a ácido levulínico, ácido fórmico y furfural respecto a lo que se consideraba anteriormente el estado del arte (proceso Biofine, basado en dos etapas consecutivas de hidrólisis con ácido sulfúrico diluido). Mediante el fraccionamiento de la biomasa lignocelulósica en sus tres biopolímeros constituyentes (celulosa, hemicelulosa, lignina) también se ha permitido la recuperación de la lignina para su venta como producto de valor añadido. Estos desarrollos tecnológicos han permitido reducir significativamente la cantidad de residuos de la etapa de hidrólisis ácida (AHRs, “acid hydrolysis residues”), en un 88% respecto al proceso Biofine. En el proceso DIBANET estos AHRs son utilizados como fuente de calor (por combustión directa). Si no se realiza esta combustión, y los AHRs se usan en otros procesos, tales como pirolisis y gasificación, entonces sería necesaria una mayor cantidad de biomasa para cubrir las necesidades energéticas del proceso DIBANET. Además, se ha demostrado que los AHRs no son superiores a la biomasa virgen en procesos termoquímicos como los comentados, por lo que se ha tomado como configuración óptima el proceso integrado con combustión directa de AHRs para suministrar las necesidades energéticas del proceso.

      En base a esto, la configuración óptima de la cadena de proceso se ha modelizado con respecto a tres etapas centrales: pretratamiento de la biomasa, hidrólisis y esterificación del ácido levulínico con etanol. También se ha demostrado que un escenario que incorpore solo la primera etapa (pretratamiento) puede ser económicamente sostenible, con bajos costes de capital. Para este caso, la materia prima de mayor interés sería el bagazo debido a su elevado contenido en pentosas.

      La integración de la segunda etapa incrementa los costes de capital pero mejora el valor neto. Por otro lado, la etapa de esterificación es intensiva en capital, si bien una biorrefinería DIBANET completa (que integre las tres etapas) puede ser altamente rentable si el furfural se vende al precio de mercado actual y la lignina se vende en lugar de ser usada como combustible para el proceso. De hecho, el proceso DIBANET no debería contemplarse exclusivamente en el contexto de los biocombustibles sino también como una verdadera biorrefinería que produce combustibles de bajo valor (p.ej., levulinato de etilo) además de productos químicos y/o bio-productos de alto valor añadido (p.ej., furfural y lignina).

      El estudio de los balances de materia y energía del proceso ha demostrado ser significativamente superior a los del proceso Biofine, muy intensivo en consumo de energía. Adicionalmente, encuestas socioeconómicas llevadas a cabo han demostrado que la implantación del proyecto DIBANET puede tener un impacto positivo sobre el empleo, tanto directo como indirecto, particularmente cuando se usa como materia prima plantas herbáceas de tipo Miscanthus. Por tanto, parece que el desarrollo del proyecto DIBANET hacia escala comercial está asegurado, en base a los datos proporcionados por los modelos desarrollados. De hecho, dichos modelos presentan escenarios posibles en los que instalaciones DIBANET a escala incluso de demostración podrían operar con un beneficio económico significativo, con elevadas tasas de retorno de la inversión.

    Figura 2: Diagrama de proceso y balance de materia de las etapas de pretratamiento, ácido levulínico (LA), y producción de levulinato de etilo (EL).

    El Ministerio de Industria, Energía y Turismo presenta un Real Decreto de reforma del fomento de biocarburantes para el transporte

    Lun, 09/21/2015 - 10:43

    El informe que acaba de publicar la Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia (CNMC) sobre el Proyecto de Real Decreto de fomento de biocarburantes y reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en el transporte (INF/DE/012/15) presentado por el Ministerio de Industria, Energía y Turismo, considera que no es conveniente eliminar los objetivos individuales de biocarburantes en diésel y gasolina, como apunta el real decreto, y aconseja mantenerlos.

    Autora: Felicia Sáez -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT

     La propuesta de norma de Gobierno modifica la esencia del mecanismo de fomento del uso de biocarburantes con fines de transporte, ya que elimina los dos objetivos individuales que hasta hoy existen para cada tipo de carburante (diésel y gasolina), dejando únicamente el objetivo global. El mantener objetivos individualizados para el diésel y la gasolina es una práctica común con otros países europeos, entre ellos Francia y Alemania.

     El informe de la CNMC expone que de eliminarse los objetivos individuales, previsiblemente los sujetos obligados tenderán a cumplir su obligación de venta o consumo de biocarburantes principalmente mediante la incorporación de biocarburantes en diésel, en detrimento de la gasolina. Como consecuencia, podría ponerse en peligro la estructura productiva y logística, así como el tejido industrial que se ha desarrollado en España para cada carburante de origen renovable, en base a la regulación existente hasta el momento.

     El objetivo de favorecer las inversiones en investigación y desarrollo de las tecnologías productivas, con el fin de abaratar los costes de producción de los biocarburantes y diversificar las fuentes de aprovisionamiento de materias primas, podría distorsionarse en caso del establecimiento de un único objetivo global de biocarburantes

     Asimismo, establecer un único objetivo global anual obligatorio implicaría la necesidad de adaptar ciertos aspectos del mecanismo de certificación desde el punto de vista operativo, en concreto, los relativos al sistema de información para la certificación de biocarburantes (SICBIOS).

     Por otro lado, introduce para el año 2020 la restricción de que para el cómputo del objetivo de energía renovable en el transporte la participación de los biocarburantes producidos a partir de cultivos alimentarios no superará el 7%. Asimismo, habilita al Ministerio de Industria, Energía y Turismo a establecer un objetivo indicativo de venta o consumo de biocarburantes avanzados

     Proyecto de Real Decreto de fomento de biocarburantes y reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en el transporte. BOE, núm. 145, de 18 de junio de 2015

    Fuentes: Boletín Energías Renovables [newsletter@energias-renovables.com]

    Aerogeneradores domésticos, ¿una alternativa rentable?

    Mié, 09/16/2015 - 04:15

    Autor: Raúl Sanz-Universidad Rey Juan Carlos

    Twenergy 28/08/2015

    http://twenergy.com/a/aerogeneradores-domesticos-1807

     La energía eólica no está solo presente en los grandes parques eólicos, también puede ser aprovechada en las ciudades. El conocimiento de las instalaciones de energía solar en las cubiertas de los edificios está ampliamente extendido, pero también existen aerogeneradores domésticos con los que poder obtener gran parte de la electricidad consumida en nuestros hogares.

    Ventajas de los aerogeneradores domésticos

    • Al estar en las propias viviendas, la generación de electricidad se encuentra muy próxima a los puntos de consumo, disminuyendo así las pérdidas por transporte y distribución.
    • No requieren fuertes vientos para comenzar a aprovechar su energía. El desarrollo de esta tecnología ha conseguido que se pueda comenzar a generar electricidad con velocidades de arranque de 1 m/s.
    • No son necesarias grandes extensiones de terreno. Los aerogeneradores domésticos se pueden ubicar en pequeños emplazamientos.
    • Pueden ser utilizados en sistemas aislados de la red eléctrica.
    • Los costes de operación y mantenimiento son muy reducidos debido a su sencillez.
    • Su menor tamaño hace que su impacto ambiental sea, también, muy reducido.

    Inconvenientes

    • Algunas turbinas de mayor potencia pueden generar ruido, vibraciones y turbulencias.
    • En ambiente urbano, el viento se encuentra ante muchos obstáculos (edificios, árboles…), lo que se traduce en vientos con altas turbulencias que se transforman en menores rendimientos.
    • No es posible extraer energía eólica en cualquier lugar, por lo que es necesario evaluar el potencial eólico de cada zona y ver si existe recurso eólico suficiente para que valga la pena realizar la instalación. Para instalaciones en ciudad es más complejo determinar este recurso por la variabilidad de las alturas de los obstáculos.

    Optimizar su rentabilidad

    Aunque el precio de los aerogeneradores domésticos suele rondar entre los 1.000 € y 2.000 € por kilovatio de potencia, es fácil sacar rentabilidad a la energía eólica debido a que la energía producida por un aerogenerador depende de la velocidad del viento al cubo. Por tanto, por poco que aumente la velocidad, la potencia generada aumenta exponencialmente. Por ejemplo, en una zona con un nivel alto de viento en Galicia, la inversión se recupera en 8-10 años.

    Existen micro-aerogeneradores menores de 1 kW de potencia. Pero para una vivienda unifamiliar es necesario instalar potencias entre 1 y 4 kW, 10 kW si hablamos de una urbanización o una comunidad de vecinos. Con estos valores, en zonas con mucho viento, la energía extraída puede aportar hasta el 80% del consumo o incluso llegar a cubrir el 100% de las necesidades eléctricas.

    La adecuación del emplazamiento es el factor clave a la hora de optimizar la rentabilidad de la energía eólica. Normalmente no vamos a poder elegir la ubicación de nuestra vivienda para poder aprovechar el mayor potencial eólico, por lo que, lo único que podremos hacer será elegir la ubicación del aerogenerador en el edificio.

    Los aerogeneradores domésticos suelen instalarse en los tejados, debido a que, cuanta mayor altura, mayor intensidad de viento. Se recomiendan torres con una altura mínima de 5 a 10 metros. Aunque, por otro lado, una torre muy alta eleva mucho los costes de la instalación.

    Además, el emplazamiento debe estar libre de obstáculos porque estos disminuyen el rendimiento. Debemos alejarnos de cada obstáculo entre 7 y 10 veces el diámetro del aerogenerador. Así mismo, habrá que tener en cuenta la aerodinámica del edificio donde se va a instalar, pues influirá en la velocidad del viento a su paso.

    Por su gran potencial de generación eléctrica, los aerogeneradores domésticos están despertando gran interés y su tecnología está desarrollándose rápidamente. ¿Veremos más aerogeneradores en nuestros tejados en los próximos años?

    Viaje alrededor del mundo de la energía. Noche europea de los investigadores 2015

    Lun, 09/14/2015 - 10:46

    Autor: Instituto IMDEA Energía

    Como se viene haciendo desde hace varios años, el viernes 25 de Septiembre se celebra la noche de los investigadores que este año tiene como lema “Exploring science through fun learning” (Explorando la ciencia para divertirse aprendiendo) y que tiene como objetivo acercar el mundo de la ciencia y a los propios investigadores al público en general. En el instituto IMDEA Energía se han preparado una serie de actividades relacionadas con el papel que ha jugado la energía a lo largo de la historia. Así mismo, estas actividades también demuestran la necesidad de encaminarnos hacia un desarrollo energético sostenible basado en el uso de tecnologías renovables que no sean perniciosas con el medioambiente.

    La noche de los investigadores se celebra simultáneamente en cientos de ciudades de toda Europa y de países vecinos. Esa noche, centros de investigación y universidades abren sus puertas para que tanto niños como adultos puedan participar en diferentes actividades científicas que  ayudan a entender el porqué de fenómenos  que ocurren en la vida cotidiana.

    Las actividades científico-divulgativas, que se llevarán a cabo en IMDEA Energía, están enmarcadas en un viaje en el tiempo a través de los desarrollos energéticos y los impactos positivos y negativos que han tenido en la sociedad.  El objetivo principal es contextualizar cuales son los actuales problemas de una económica energética basada en los combustibles fósiles y de esta manera concienciar a los asistentes del efecto de estos impactos para la salud, el medioambiente, y  la economía. Permitiendo, además, conocer cuáles son las alternativas energéticas limpias que conduzcan a una sociedad descarbonizada.

    El viaje empezará en la prehistoria, donde a través de un espectáculo de títeres, se mostrará la historia del origen de nuestro planeta y los cambios atmosféricos que se produjeron en los últimos años de una forma divertida y adaptada para los más jóvenes. El público tiene la oportunidad de comprender la importancia de los organismos fotosintéticos, como las microalgas, para mejorar las necesidades energéticas actuales y evitar efectos ambientales negativos, ya que fijan el CO2 y utilizan la energía solar para producir biomasa y biocombustibles.

    Por otra parte, y aprovechando que en 2015 se celebra el año Internacional de la luz, se mostrara una evolución de las tecnologías energéticas basadas en el uso de la luz tanto natural (solar) como artificial (Laser, LEDs…). Estas actividades estarán centradas en la interacción de la luz (absorción, reflexión, emisión…) con diferentes medios.

    El descubrimiento de la electricidad, “La energía Invisible”, supuso una revolución en la sociedad. Con el fin de introducir a los más jóvenes en la historia de la electricidad de una manera divertida,  se llevara a cabo un taller  con diferentes experimentos interactivos en los que se introducirán los conceptos de generación de electricidad, distribución, consumo y almacenamiento que permitirán comprender mejor esta energía cotidiana. Con el fin de dar una idea general de cómo trabajan los sistemas de almacenamiento eléctrico se llevarán a cabo actividades que muestran el funcionamiento de una batería, y como incluso es posible obtener energía eléctrica a partir de frutas.

    Así mismo, uno de los mayores inconvenientes del uso de los combustibles fósiles que usamos hoy en día incluye las emisiones de gases de efecto invernadero. Uno de los retos más importantes a los que se enfrenta la sociedad actual es la gestión de las enormes emisiones anuales de CO2 antropogénico. Es por tanto prioritario desarrollar tecnologías que permitan la captura, almacenamiento y transformación de CO2 que permitan cerrar el ciclo del carbono. En una actividad enfocada principalmente a los niños, se mostrara como se puede capturar el CO2 de una manera divertida.

    A lo largo de este viaje a través de la historia de la energía, los participantes irán descubriendo cuáles son los impactos y ventajas de las diferentes tecnologías energéticas. Con todo lo aprendido, los asistentes participaran en un juego que se denomina “¿ES USTED SOSTENIBLE?” y que pretende concienciar a los participantes de los impactos ambientales y los problemas de sostenibilidad relacionados con las actividades cotidianas mediante el descubrimiento del concepto de ciclo de vida. Además, el juego permitirá aprender lecciones de buenas prácticas haciendo hincapié en cómo podemos ayudar a mitigar el cambio climático y otros problemas ambientales más importantes, como la escasez de recursos (el agotamiento de los recursos fósiles, agua, etc.).

    Viaje alrededor del mundo de la energía

    25 de septiembre de 2015

    Instituto IMDEA Energía

    Horario: 18:00h a 20:30h

    Avda. Ramón de la Sagra, 3 – Parque Tecnológico de Móstoles

    28935 Móstoles Madrid

    Necesario reserva: http://www.energia.imdea.org

    La evaporación de agua como fuente de energía renovable

    Dom, 09/13/2015 - 11:19

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

    Científicos de la Universidad de Columbia han diseñado y fabricado dos tipos de dispositivos que extraen energía directamente de la evaporación de agua. Sobre la base de estos logros llegan a predecir que algún día la evaporación de agua pueda producir electricidad a partir de gigantes generadores de energía móviles instalados en bahías o embalses.

    En una contribución reciente a la revista Nature Communications [1], científicos del Departamento de Biología y Física de la Universidad de Columbia (Estados Unidos) reportan el diseño y fabricación de dos dispositivos que extraen energía directamente de la evaporación de agua. Básicamente se trata de un motor de pistón movible que genera electricidad haciendo que una luz parpadee y un motor rotatorio que impulsa un coche en miniatura.

    Estos científicos predicen que algún día la evaporación de agua podría producir electricidad a partir de gigantes generadores de energía móviles instalados en bahías o embalses. En uno de los dispositivos construidos que consiste en un motor de pistón movible, los investigadores primero pegaron esporas a ambos lados de una cinta de plástico delgada, similar a la de las cintas de cassettes, creando una línea de trazos de esporas. Hicieron lo mismo en el lado opuesto de la cinta, pero compensándola de tal manera que los huecos de una cara quedaran cubiertos con trazos de esporas por la otra. La exposición de la cinta a aire seco contrae las esporas, curvando la cubierta de esporas y así transformando la cinta recta en ondulada y acortándola. Si uno de los extremos de la cinta o ambos están anclados sobe puntos fijos, ésta tira de los puntos de anclaje. Por el contrario, si el aire es húmedo, la cinta se extiende y libera la fuerza. El resultado es un nuevo tipo de músculo artificial que funciona solo con cambios de la humedad ambiental.

    Además, colocaron decenas de estas cintas una al lado de la otra, creando un músculo artificial más fuerte que luego pusieron dentro de una caja de plástico flotante rematada con persianas. Dentro de la caja, el agua evaporada hace que el aire sea húmedo de manera que la humedad provoca el alargamiento del músculo y la apertura de las persianas, haciendo que el aire se seque. Cuando la humedad disminuye, las esporas se contraen y por consiguiente las cintas lo que hace que tiren de las persianas cerradas y permitiendo que la humedad se recupere de nuevo.  Estos músculos artificiales cubiertos de esporas funcionan como un pistón impulsado por evaporación. Acoplando el pistón a un minigenerador se produce electricidad suficiente para hacer que una pequeña luz parpadee.

    Otro dispositivo diseñado por el equipo de la Universidad de Columbia, denominado “molino de humedad” (Figura 1) consiste en una rueda de plástico con pestañas que sobresalen de la cinta, recubiertas por un lado con las esporas. La mitad de la rueda se encuentra en el aire seco, haciendo que las pestañas se curven, y la otra mitad se encuentra en ambiente húmedo, donde estas pestañas están rectas. Como resultado, la rueda gira continuamente, actuando efectivamente como un motor rotativo. Basados en este diseño conceptual, los investigadores construyeron un coche de juguete, accionando con este molino movido por la humedad y tuvieron éxito a la hora de conseguir que el coche rodara por su cuenta, impulsado únicamente por la evaporación de agua. Como extensión de esta idea, es posible que en el futuro se puedan diseñar y construir motores que empleen la energía mecánica almacenada en esporas para propulsar un vehículo de tamaño natural. Dicho motor, si se lograra, no necesitaría quemar un combustible ni utilizar la energía eléctrica de una batería.

     

     Figura 1.(a) vista lateral del motor rotatorio. El papel seco proporciona el gradiente de humedad. Los bloques de plástico azul (peso 15 mg) fijados a HYDRAs incrementan la cantidad de peso que desplaza su posición relativa al eje de rotación. (b) fotografías y (c) medidas mostrando el desplazamiento horizontal en las posiciones de los bloques de plástico fijados a HYDRAs. En el gráfico se muestran los valores promedios con barras de error mostrando la desviación estándar calculadas de medidas sobre cinco muestras. (d) Velocidad de rotación medida en función de la humedad relativa a dos velocidades de flujo de aire en la proximidad del dispositivo. El sistema rotatorio puede llevar el vehículo hacia atrás si su rotación se acopla a unas ruedecillas. (e) Esquema mostrando la posición de un coche en miniatura accionado por un dispositivo rotatorio.

    [1] X. Chen, D. Goodnight, Z. Gao, A.H. Cavusoglu, N. Sabharwal, M. DeLay, A. Driks and O. Sahin,”Scaling up nanoscale water-driven energy conversion into evaporation-driven engines and generators”, Journal name: Nature Communications Volume: 6, 7346 Year published: (2015); DOI:doi:10.1038/ncomms8346.


    Polímeros de injerto con aplicaciones como membranas de intercambio aniónico

    Jue, 09/10/2015 - 11:15

    Autores: M. Montiel, P. Ocón. Universidad Autónoma de Madrid

    Anteriormente, en el blog de Energía y Sostenibilidad, se ha hablado de membranas de intercambio con aplicaciones energéticas, haciendo énfasis en aquellas capaces de intercambiar aniones y en su uso en pilas de combustible alcalinas. Si bien existen varios ejemplos comerciales que se pueden emplear en este tipo de dispositivos, todavía no se han conseguido desarrollar membranas que cumplan de manera satisfactoria los requisitos de las pila de combustible en medio alcalino [1-3].

    En los últimos años, se ha observado un creciente número de investigadores que se han sumado al reto de vencer los principales inconvenientes de este tipo de membranas: conductividad iónica insuficiente, estabilidad mecánica y química bajas, envenenamiento por CO2… Uno de los métodos que se emplea en la actualidad para la preparación de este tipo de membranas consiste en la activación de los materiales por métodos físicos para facilitar las reacciones químicas [4]. Este método, generalmente, se realiza en dos etapas (ver Figura 1):

    • En la primera se crean sitios activos sobre un polímero base de propiedades químicas y mecánicas adecuadas para nuestro propósito. Para ello, el polímero es irradiado con fuentes de alta energía, como pueden ser rayos X, rayos γ, electrones, plasma, partículas β… para así inducir la ionización de la matriz polimérica.
    • En la segunda etapa se lleva a cabo la modificación química del polímero, mediante reacción con las especies de interés, lo que permite modular aspectos como la naturaleza iónica del polímero, la absorción de agua, la conductividad…

    Figura 1. Etapas de la preparación de polímeros de injerto mediante radiación.

    Uno de los principales atractivos de este método recae en su versatilidad: existen numerosos tipos de polímeros que podemos emplear como base para realizar las ramificaciones con otro gran número de especies (que pueden ser de naturaleza polimérica o no). Esto nos permite conseguir un número de polímeros virtualmente ilimitado y con propiedades químicas y mecánicas moduladas para conseguir las propiedades que más nos convengan. Además, se consiguen sitios de reacción uniformemente distribuidos por todo el polímero debido, entre otras cosas, al poder de penetración de la radiación. Esto permite obtener membranas con gran uniformidad.

    En la revisión bibliográfica publicada recientemente por Zhou y colaboradores [4] se describen distintos procesos de síntesis de membranas poliméricas empleando este tipo de métodos. Para ver el amplio abanico de posibilidades aquí se muestra la Tabla 1, donde se indican distintos polímero de partida (el esqueleto), el polímero injertado, y el grupo catiónico que permite la movilidad de aniones a través de la membrana (ver Figura 2). Las combinaciones de estos tres elementos permiten obtener gran número de membranas de intercambio aniónico potencialmente aptas para su uso en pilas de combustible de alcohol directo. Los principales requisitos que deben cumplir son:

    • Que las membranas estén formadas por canales que sean capaces de transferir iones OH- desde el cátodo hacia el ánodo de una manera eficiente (alta conductividad iónica) y que, al mismo tiempo, sean capaces de minimizar el paso de oxidante y combustible.
    • Que presenten una estabilidad química adecuada en las condiciones de operación de los dispositivos (humedad, temperatura, presión, basicidad…).

    Figura 2. Esquema de un polímero de injerto con grupos catiónicos que permiten la movilidad de iones OH-.


    Tabla 1.

    Bibliografía

    1.         Montiel, M. and P. Ocón. Membranas de intercambio con aplicaciones energéticas.  03/09/2015; Available from: http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2015/05/22/132491.

    2.         Escudero-Cid, R. and P. Ocón. Membranas de intercambio aniónico para aplicaciones en pilas de combustible.  03/09/2015; Available from: http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2015/07/02/132553.

    3.         Herranz, D. and P. Ocón. Membranas de intercambio aniónico comerciales y su aplicación en pila de combustible alcalina.  03/09/2015; Available from: http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2015/08/12/132580.

    4.         Zhou, T., et al., A review of radiation-grafted polymer electrolyte membranes for alkaline polymer electrolyte membrane fuel cells. Journal of Power Sources, 2015. 293: p. 946-975.

    Cristales líquidos como materiales para almacenamiento térmico

    Mar, 09/08/2015 - 06:05

    Autora: Rocío Bayón, CIEMAT

    Muchos procesos térmicos del sector industrial así como las centrales termosolares con generación directa de vapor (GDV) incluyen vapor de agua como agente portador del calor. En ambos casos sería económicamente muy beneficioso contar con un sistema de almacenamiento térmico ya que no sólo ayudaría a aumentar la eficiencia de ambos procesos sino a reducir los costes de la electricidad en el caso de las centrales termosolares [1, 2]. Sin embargo y a pesar de estas buenas perspectivas, no hay todavía una tecnología de almacenamiento para este tipo de aplicaciones que tenga un coste razonable y que por tanto se pueda implantar de forma comercial.

    Debido a que este tipo de tecnologías implican procesos de condensación/vaporización, el almacenamiento de energía en forma de calor latente a temperatura constante es sin duda el más adecuado. Hasta ahora este tipo de almacenamiento se lleva a cabo mediante materiales de cambio de fase (PCM) que cambian de estado entre sólido y líquido o viceversa, absorbiendo y cediendo energía a temperatura constante.

    Sin embargo en estos casos, el intercambio de energía entre el PCM y el fluido de transferencia está limitado por la conductividad del PCM, la cual es baja en los PCM considerados de interés y reduce la densidad de potencia de todo el sistema de almacenamiento. Para solventar este inconveniente, se han propuesto distintas soluciones encaminadas a la mejora de la conductividad térmica efectiva del PCM y de la transferencia de calor entre el PCM y el fluido por medio de diseños especiales (y a veces complicados) del intercambiador. Desafortunadamente algunas de estas opciones no llegan a conseguir una curva de potencia constante del almacenamiento y otras se encuentran todavía en fases preliminares de desarrollo no estando clara su escalabilidad para almacenamientos de gran capacidad.

    Partiendo de estos antecedentes, desde el CIEMAT-PSA se propone la utilización de unos PCMs alternativos capaces de absorber y ceder energía a temperatura constante cuando sufren un cambio entre dos fases fluidas [3]. Este comportamiento lo presentan los materiales mesógenos termótropos o también denominados cristales líquidos termótropos (CLs). En este tipo de materiales el punto de fusión es la temperatura a la cual la fase sólida se convierte en una determinada mesofase mientras que el punto de aclaramiento es la temperatura a la cual una mesofase se convierte en líquido isótropo, siendo ésta la transición de interés para el almacenamiento térmico.

    Las ventajas de utilizar cristales líquidos como materiales de almacenamiento con cambio de fase serían dos principalmente. La primera es que al tratarse siempre de fases fluidas, el intercambio de energía tendría lugar por convección, que es un mecanismo de transferencia mucho más eficiente que la conducción. La segunda es que la curva de potencia sería constante con el tiempo tanto para el proceso de carga como para el de descarga del almacenamiento. Entre las condiciones más importantes que debe cumplir un cristal líquido para que sea considerado como un PCM adecuado están que tenga un punto de aclaramiento cercano a la temperatura de trabajo del vapor o a la cual se vaya a realizar el almacenamiento y que además la entalpía de esta transición sea lo suficientemente alta. Por otro lado también es necesario que el material presente una viscosidad baja en ambas fases fluidas, sea estable frente a los ciclados y, desde el punto de vista de su implantación comercial, tenga bajo impacto medioambiental, disponibilidad y bajo coste.

    En la Figura 1 se muestra un esquema de la configuración que podría tener una central termosolar con generación directa de vapor con un sistema de almacenamiento indirecto en dos tanques basado en cristales líquidos: el tranque frío conteniendo la mesofase y el tanque caliente conteniendo la fase isótropa.

     

    Figura 1. Esquema de planta GDV con almacenamiento basado en CLs.

    Hasta la fecha, las especiales propiedades de los CLs, han hecho que se utilicen en multitud de dispositivos tecnológicos tales como pantallas de calculadoras, televisores, ordenadores, teléfonos móviles así como en termómetros, láseres, dispositivos ópticos e incluso en células solares. Sin embargo prácticamente no se encuentran en la literatura aplicaciones en las que se aproveche su capacidad de intercambiar calor entre dos fases fluidas. En este sentido, el trabajo publicado por el CIEMAT-PSA sobre la utilización de CLs como materiales para almacenamiento térmico en forma de calor latente se puede considerar el primero que propone dicha aplicación para este tipo de materiales [3]. Actualmente el CIEMAT-PSA está estudiando los cristales líquidos más idóneos para esta aplicación con el objetivo de hacer el prediseño de un sistema de almacenamiento térmico basado en este concepto para centrales termosolares con generación directa de vapor. Esta investigación se está llevando a cabo gracias a la aportación de varios proyectos: ALCCONES (financiado por la Comunidad de Madrid –Ref P2013/MAE-2985), DETECSOL (resolución provisional del Programa estatal de investigación, desarrollo e innovación orientada a los retos de la sociedad, convocatoria 2014) y STAGE-STE (7º PM de la CE, Acuerdo Nr. 609837).

    Fuentes:

    1. Tamme R., Bauer T., Buschle J., Laing D., Müller-Steinhagen H., Steinmann W. D.: Latent heat storage above 120ºC for applications in the industrial process heat sector and solar power generation. International Journal of Energy Research 2008; 32: 264-271.
    2. Zarza E., Valenzuela L., León J., Hennecke K., Eck M., Weyers H. D., Eickhoff M.: Direct steam generation in parabolic troughs: Final results and conclusions of the DISS project. Energy 2004; 29: 635-644.
    3. Bayón R., Rojas E. Liquid crystals: a new approach for latent heat storage. International Journal of Energy Research 37 (2013) 1737-1742.

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    Instituto Chileno de Permacultura