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Energia y Sostenibilidad

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    Actualizado: hace 2 horas 10 mins

    Membranas poliméricas para baterías de Li-ion

    Dom, 01/29/2017 - 06:05

    Autor: Ricardo Escudero Cid, Pilar Ocón-UAM

    Uno de los mayores problemas con el que se enfrentan los gobiernos en la actualidad es el aumento de la contaminación en las grandes ciudades. Este preocupante aumento de la polución se debe en gran medida a la dependencia que existe de combustibles fósiles en el sector energético y en mayor medida en el transporte. Es por eso que, en los últimos meses en ciudades grandes como Madrid se están alcanzando límites preocupantes de contaminación que suponen un riesgo para la salud de sus habitantes. Es por eso que se están tratando de estudiar y desarrollar nuevas tecnologías capaces de abastecer las necesidades de la población, pero causando menores daños medioambientales y mejorando el bienestar de la sociedad.

    En la actualidad la mayor dependencia de combustibles fósiles contaminantes se encuentra en el transporte que, a su vez, se encuentra principalmente en las ciudades y es el causante de la alta contaminación de las mismas. Por todo ello, hoy en día se están estudiando multitud de alternativas para el transporte sostenible. Además del incremento de medios de transporte públicos más ecológicos y basados en tecnologías no contaminantes se están realizando grandes avances para la mejora de medios de transporte privados basados en motores híbridos o eléctricos.

    Los coches eléctricos son, a día de hoy una realidad y una gran promesa para los próximos años con grandes inversiones de las empresas de automoción. Para poder llevar a cabo un mayor desarrollo de estas tecnologías una de las claves se encuentra en las baterías de este tipo de vehículos, las encargadas de asegurar una alta autonomía necesaria para su implantación a gran escala. Unas de las baterías más extendidas y a la vez más prometedoras para su uso en este tipo de automóviles son las de Li-ion, ya que presentan una alta densidad energética.

    Figura 1. Comparación de diferentes tecnologías de baterías dependiendo de su densidad de energía volumétrica y másica [1].

    Dentro de este tipo de baterías se encuentran dos grandes grupos, las de electrolito líquido, más tradicionales, y las que usan materiales poliméricos como electrolito sólido. Las de electrolito líquido son las más extensamente utilizadas para este tipo de aplicaciones por su alta conductividad iónica. A pesar de eso, muestran ciertos problemas de seguridad asociados a los ánodos de litio metálico, sus solventes orgánicos volátiles e inflamables y las posibles pérdidas de electrolito. Las baterías de electrolito solido presentan importantes ventajas mejorando su seguridad, flexibilidad y procesabilidad.

    Debido a estas ventajas en los últimos años se están haciendo grandes avances en el estudio de este tipo de baterías de membrana polimérica. Las principales características que se buscan en los materiales poliméricos son: alta conductividad iónica cercana a 10-4 S·cm-1 a temperatura ambiente, apreciable transferencia de Li+ con valores próximos a la unidad, buenas propiedades mecánicas, estabilidad en amplia ventana electroquímica próxima a los 4–5 V vs. Li/Li+ y excelente estabilidad química y térmica [2].

    Son diferentes las membranas que se están estudiando en la actualidad para su uso en este tipo de dispositivos. Entre los tipos más investigados se encuentran los electrolitos poliméricos sólidos secos (dry-SPE), los sistemas de polímero en sal y los electrolitos poliméricos conductores de Li único.

    El primero de ellos, dry-SPE, consiste en una matriz polimérica y una sal de Li. Normalmente poseen una baja conductividad iónica, lo que supone un gran problema para su utilización en aplicaciones reales. La manera de aumentar esa conductividad se realiza modificando la matriz polimérica llegando a incrementarla en 1 o 2 órdenes de magnitud. El segundo tipo de membranas bajo estudio, las de polímero en sal, se lleva a cabo al intentar incrementar la conductividad aumentando la cantidad de sal en la membrana y llegando a valores de composición en peso superiores al 50%. Esto permite llegar a valores elevados en conductividad y en transferencia de iones comprometiendo en parte las propiedades mecánicas del material.  En ambos casos hay una migración de los aniones que produce una importante bajada en conductividad. Para ello se está tratando de estudiar materiales poliméricos capaces de evitar este problema. Por un lado, se trata de anclar los aniones al polímero y por otro se añade un receptor de los aniones que interactúe con ellos mejorando el rendimiento final del dispositivo.

    Los diferentes tipos de membranas que se están estudiando en la actualidad muestran interesantes propiedades que permiten ser optimista con la implantación de éstas en la tecnología actual con el fin de mejorar las prestaciones de las baterías de Li-ion así como mejorar sus medidas de seguridad. Todo esto supone un gran reto y a la vez supondrá un gran avance en las tecnologías futuras.

     

    Referencias:

    [1] Tarascon J-M., Armand M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature, 2001, 414, 359-367.

    [2] Long L., Wang S., Xiao M., Meng Y. J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10038–10069.

    Influencia de la porosidad en la transferencia de calor en mallas metálicas aplicadas a receptores volumétricos

    Vie, 01/27/2017 - 05:58

    Autor: Antonio Luis Ávila-Marín (CIEMAT-PSA)

    La tecnología de receptores volumétricos se encuentra en un momento en el que está recibiendo gran interés como se observa por la multitud de proyectos y trabajos científicos recientes [1-6], debido al potencial para aumentar la temperatura de trabajo del fluido caloportador, para reducir las pérdidas térmicas frontales con nuevos diseños y su aplicación en ciclo de potencia más eficientes.

    La tendencia actual muestra que con los nuevos diseños se trata de conseguir mayores temperaturas en el fluido de trabajo que conllevan mayores eficiencias en los ciclos de potencia. Por todo ello, los materiales cerámicos son los que están recibiendo un mayor interés, a pesar de que la mayor parte de los diseños no cumple con las condiciones nominales previstas inicialmente [7]. Por otro lado, los materiales metálicos no reciben tanto interés como los cerámicos por no poder trabajar a temperaturas mayores a 800 °C, a pesar de sus importantes ventajas: como la facilidad para trabajar con nuevos diseños geométricos, estructuras más ligeras, menores pérdidas térmicas frontales debido a las menores temperaturas de trabajo (< 800 °C), etc. es por todo ello, que desde el grupo de sistemas de concentración solar de la Plataforma Solar de Almería se está trabajando en una línea prometedora de absorbedores volumétricos con mallas metálicas. A pesar de no llegar a las temperaturas objetivo de 1000 °C, se prevén otras ventajas potenciales asociadas a trabajar a menor temperatura, además de la facilidad para ensayar distintos diseños geométricos de una manera más ágil.

    En este sentido, se está efectuando un trabajo experimental y de simulación, estudiando la importancia que tienen distintos parámetros geométricos como el diámetro de hilo, tamaño de malla, porosidad volumétrica y, superficie específica. Un fenómeno de transferencia de calor de gran relevancia es la convección en mallas metálicas con similar porosidad pero distintas propiedades geométricas, dado que anteriores trabajos mostrados en la literatura, muestran una discriminación en la transferencia de calor por influencia de la porosidad, pero sin considerar la influencia de los parámetros geométricos. Es el caso del trabajo publicado por Wu [8], que muestra una correlación para distintas porosidades, pero de la que se concluye que porosidades iguales obtenidas con distintos parámetros geométricos tienen tasas de transferencia de calor iguales.

    En nuestro trabajo, se muestra que esta aproximación está lejos de ser cierta, si bien, es un avance en el conocimiento de la tasa de transferencia de calor en espumas.

    En la Fig. 1 se muestra una malla tipo A con una porosidad del 70.1 %, un diámetro del hilo de 1.00 mm y un diámetro hidráulico de 2.35 mm y una malla tipo B con una porosidad del 67.6 %, un diámetro de hilo de 0.70 mm y un diámetro hidráulico de 1.46 mm. Como se aprecia, el valor de la porosidad es similar con una diferencia del 3.6 %, mientras que el diámetro del hilo y el diámetro hidráulico difieren en un 30 y 38 % respectivamente.

    A la hora de realizar la comparación entre los dos tipos de mallas existen dos posibilidades:

    • Por un lado, realizar la comparación para las mismas condiciones de operación, aun teniendo distinto número de Reynolds, el cual va asociado al diámetro hidráulico. Si se pone atención en el número de Reynolds menor en ambas mallas (equivalente a una velocidad de 0.5 m/s), que es aquel que muestra un comportamiento más estable, se observa que el valor de los coeficientes serían: hlv,Malla A,Re=18 = 0.15·106 (W/(m3·K)) y hlv,Malla B,Re=12 = 0.33·106 (W/(m3·K)), lo que implica que con una malla tipo B, se transfiere alrededor de un 55 % más de energía respecto a la malla tipo A.
    • Por otro lado, se puede realizar la comparación para números de Reynolds similares. Se trataría de comparar el caso de una malla tipo A con un número de Reynolds de 75 y una malla tipo B con un número de Reynolds de 72. En ese caso, el valor de los coeficientes (realizando la media entre los dos extremos de una oscilación) serían: hlv,Malla A,Re=75 = 0.26·106 (W/(m3·K)) y hlv,Malla B,Re=72 = 0.66·106 (W/(m3·K)), lo que implica que con una malla tipo B, se transfiere alrededor de un 61 % más de energía respecto a la malla tipo A, para un empaquetamiento escalonado.

    En ambas opciones, los resultados son similares y muestran la importancia de las características geométricas de una malla sobre el coeficiente de transferencia de calor. Estos resultados van íntimamente ligados a la superficie específica que presenta cada configuración geométrica. Mientras que la malla tipo A tiene una superficie específica de 1194 , la malla tipo B presenta un valor de 1849 . El incremento de superficie específica conlleva, en este caso, la mejora en la transferencia de calor volumétrica, aun teniendo porosidades similares.

     

     Bibliografía

    [1] F. Gomez-Garcia, J. González-Aguilar, G. Olalde, M. Romero, Thermal and hydrodynamic behavior of ceramic volumetric absorbers for central receiver solar power plants: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57 (2016) 648-658.

    [2] S. Mey-Cloutier, C. Caliot, A. Kribus, Y. Gray, G. Flamant, Experimental study of ceramic foams used as high temperature volumetric solar absorber, Solar Energy, 136 (2016) 226-235.

    [3] R. Capuano, T. Fend, P. Schwarzbözl, O. Smirnova, H. Stadler, B. Hoffschmidt, R. Pitz-Paal, Numerical models of advanced ceramic absorbers for volumetric solar receivers, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58 (2016) 656-665.

    [4] X. Chen, X.-L. Xia, H. Liu, Y. Li, B. Liu, Heat transfer analysis of a volumetric solar receiver by coupling the solar radiation transport and internal heat transfer, Energy Conversion and Management, 114 (2016) 20-27.

    [5] A.L. Avila-Marin, J. Fernandez-Reche, M. Casanova, C. Caliot, G. Flamant, Numerical Simulation of Convective Heat Transfer for Inline and Stagger Stacked Plain-Weave Wire Mesh Screens and Comparison with a Local Thermal Non-Equilibrium Model, Proceedings of 22nd International SolarPACES Symposium on Solar Thermal Concentrating Technologies, Abu Dhabi, UAE, (2016).

    [6] CAPTURE, Competitive solar power towers, http://capture-solar-energy.eu/, (2015).

    [7] A.L. Avila-Marin, Volumetric receivers in Solar Thermal Power Plants with Central Receiver System technology: A review, Solar Energy, 85 (2011) 891–910.

    [8] Z. Wu, C. Caliot, G. Flamant, Z. Wang, Numerical simulation of convective heat transfer between air flow and ceramic foams to optimise volumetric solar air receiver performances, International Journal of Heat and Mass Transfer, 54 (2011) 1527-1537.

     

    ¿Quo vadis, fracking?

    Mar, 01/24/2017 - 07:24

    Autor: J.L.G. Fierro, Instituto de catálisis y Petroleoquímica, CSIC, Marie Curie 2, Cantoblanco, 28049 Madrid

    La tecnología de fractura hidráulica “fracking”, cuyo concepto es conocido desde hace tiempo, permite extraer la última porción de petróleo aún remanente en los yacimientos que se abandonaron por no resultar rentables. El resultado de la puesta en práctica de esta tecnología es que se  ponen en circulación mayores cantidades de gas y petróleo, lo que ha presionado los precios del mercado norteamericano a la baja. Con la nueva administración que empieza ahora cabe esperar que esta tecnología se potencie en Estados Unidos en la próxima década y previsiblemente este país puede hacerse autosuficiente. Si estas estimaciones se hacen realidad, se puede  producir una verdadera revolución en el mercado del crudo de petróleo ya que Estados Unidos, mayor consumidor de petróleo convencional, puede condicionar el precio del crudo.               

    La fractura hidráulica, conocida como fracking en la terminología inglesa, es una forma de recuperar el gas y petróleo que están retenidos en las formaciones de  esquisto o de pizarra de la corteza terrestre. La forma usual de recuperar estos hidrocarburos es mediante la inyección de agua a la que se incorpora arena junto a una serie de sustancias, algunas de naturaleza tóxica. Esta técnica requiere la perforación horizontal y, frecuentemente utiliza pequeñas explosiones durante la perforación lo que facilita la penetración del agua.

    Esta tecnología de explotación de gas e hidrocarburos se viene utilizando en Estados Unidos desde los años 70 si bien la explotación masiva se alcanzó a partir de 2009 hasta alcanzar en 2010 unos 200.000 pozos en explotación. Según las estimaciones del Departamento de Energía, la producción diaria actual de petróleo y gas en Estados Unidos alcanzó en 2010 unos 15 millones de barriles de gas y 10 millones de  barriles petróleo, una producción total superior a las de Arabia Saudí y Rusia. Lo que ha sucedido con el desplome de los precios del crudo convencional en 2016 es que una parte importante de las explotaciones mediante fractura hidráulica no resultó competitiva frente al crudo convencional. De hecho dos de los países que han venido explotando la fractura hidráulica a gran escala, como son estados Unidos y Canadá, han clausurado una parte de sus instalaciones de explotación de gas e hidrocarburos mediante esta tecnología. Sin embargo, por mucho que los costes de producción obliguen a las empresas a desaparecer, no significa que lo vaya a hacer este tipo de petróleo no convencional. Una vez que liquiden, su misma competencia puede hacerse con sus activos, esto es hacerse con los derechos a perforar. Esta estrategia que viene defendiendo la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) ha hecho que las compañías sean más eficaces. Además, hay que añadir el desconocimiento del resultado que tendrá esta estrategia de la OPEP. Lo que si parece claro es que el alto precio del petróleo es algo del pasado y que lo más normal es que vaya a la baja.

    Ante la presión por explotar las fuentes de hidrocarburos propias, los países utilizan la potencialidad de la fractura hidráulica como una tecnología efectiva de explotación de estos recursos. Las reservas mundiales probadas hasta 2015 ascienden a unos 3.000 miles de billones  de barriles. En la tabla adjunta se recopilan las reservas probadas de algunos países:

     

     

    Tabla 1. Reservas probadas de hidrocarburos no convencionales susceptibles de ser explotados mediante la tecnología de fractura hidráulica.

    Esta tabla indica el potencial que tienen estos países de explotación futura de estos recursos mediante la tecnología de fractura hidráulica. China, con una extensión similar a la de Estados Unidos pero con una población cuatro veces superior, es el país con mayores reservas probadas de hidrocarburos no convencionales. La Unión Europea depende en gran medida de las importaciones por lo que trata de diversificarlas, aunque esto no siempre es posible.

    Las estimaciones recientes del Departamento de Energía de Estados Unidos cifran una producción diaria de unos 10 millones de barriles de petróleo y de 15 millones de barriles de gas hasta 2020. Con la nueva administración que empieza ahora cabe esperar que la tecnología de la fractura hidráulica se potencie en Estados Unidos en la próxima década de forma que pueda alcanzar una producción diaria de 18 millones de barriles de petróleo, una cifra muy significativa en cuanto que se acerca al consumo diario y así puede hacerse autosuficiente. Si estas estimaciones se hacen realidad se puede  producir una verdadera revolución en el mercado del crudo de petróleo ya que Estados Unidos, mayor consumidor de petróleo convencional, puede condicionar el precio del crudo y que su tendencia sea más hacia la estabilización que hacia el alza. 

    Referencias

    1. A. Kleinschmidt, Why we will still need oil and gas in the future, Siemens, February 29, 2016
    2. El futuro del fracking en la lógica energética, A. Arias, Energy News, 18 Enero, 2016

      Energy Policy 2016: Spotlight on Donald Trump, The Fuse, May 12, 2016

    Multimillonario plan contra la contaminación en China

    Mié, 01/18/2017 - 05:57

    [Autora: Elena Díaz-Instituto IMDEA Energía]

    La madrugada del 6 de enero se dio a conocer el nuevo plan quinquenal del sector energético de China aprobado por el Consejo de estado, en el que se prevé una inversión de 2.500 millones de yuanes (345.000 millones de euros) y la creación de más de 13 millones de empleos hasta 2020 en la generación de energía renovable. El objetivo de este plan, asociado al pasado acuerdo COP 22 de Paris, es la reducción de emisiones gaseosas contaminantes siempre unida al ahorro energético.

    China es uno de los países más contaminantes del mundo, principalmente debido al gran uso que hacen del carbón, representando el 64% del consumo energético del país (2015), además de por encontrarse en un periodo de desarrollo industrial. Es el país con mayor contribución de emisiones de CO2 (Figura 1) y sus ciudades sufren de grandes problemas de contaminación. Se llegan a superar hasta en 12 veces los valores máximos recomendados por la Organización Mundial de la Salud en cuanto a material particulado debido al efecto conjunto de fábricas, siderurgias, centrales térmicas, coches, obras y calderas de calefacción. Cerca de cien ciudades (62% de las 338 monitorizadas por el Ministerio de Protección Ambiental) han estado en diferentes niveles de alerta desde el pasado diciembre, sufriendo algunas de ellas periodos de nivel rojo en el que se aplican medidas como el cierre de fábricas y escuelas, el paro de obras, la restricción del tráfico a días alternos e incluso el cierre total de autopistas o la cancelación de vuelos por problemas de visibilidad. La contaminación ambiental se ha convertido en uno de los principales problemas de China, cobrándose millón y medio de vidas al año

    Figura 1: Emisiones CO2 en 2013 (www.worldbank.org)

     

    Figura 2. Beijing el 01/01/17 (izquierda) y el 23/12/16  (derecha). (http://cnnespanol.cnn.com/)

    Este proyecto acelera un proceso de inversión ya iniciado años atrás, puesto que en el anterior plan quinquenal ya se habían comprometido a producir el 20% de la energía con fuentes renovables para 2030. Las emisiones de CO2 disminuyeron un 2% en 2014, la primera caída desde 2001, y más de 2.000 pequeñas minas de carbón fueron cerradas de 2012 a 2016. Se preveían grandes inversiones en energías limpias así como el cierre de las plantas térmicas más contaminantes con el objetivo de reducir el consumo en 13 millones de toneladas en 2017. Durante el 2015 China fue el país que más invirtió en energías renovables, destinando el doble de financiación que EEUU y cinco veces más que el Reino Unido. A finales de 2015, poco después de la conferencia de Paris, el gobierno chino dio a conocer el compromiso de reducir al 60% las emisiones del sector energético y de disminuir en 180 millones de toneladas el total de CO2 emitido a la atmósfera anualmente, que fue definido por la ONG WWF como un proceso viable técnica y económicamente. Al mismo tiempo, China se ha convertido en el primer inversor mundial en energías renovables en el extranjero, desembolsando en 2016 un 60% más que en el año anterior en países como Brasil, Australia, Chile, Pakistán, Indonesia, Alemania, Egipto y Vietnam.

    Las nuevas metas fijadas para 2020 son la generación del 15% del consumo energético actual del país (equivalente a 580 millones de toneladas de carbón) a partir de fuentes renovables y un tope de consumo energético total equivalente a 5.000 millones de toneladas de carbón. Esto último supone que el incremento anual deberá reducirse desde el 3,6% registrado en el periodo 2011-2015 hasta un 2,5%. Para debilitar el uso del carbón y ampliar el de las renovables pretenden aumentar el apoyo a las políticas de financiación de este tipo de energías con la finalidad de que la capacidad instalada de energía renovable contribuya con aproximadamente la mitad de la nueva capacidad de generación para 2020. Se prevé que casi un tercio de la capacidad total instalada a nivel mundial de energía eólica, hidroeléctrica y solar será en China. Además, la proporción de combustibles no fósiles aumentará por encima del 15% y el uso del gas natural deberá llegar al 10% de forma que el conjunto represente más del 68% del incremento total previsto del consumo energético. Al mismo tiempo se pretende promover la disminución de costes de las energías renovables y el aumento de la eficiencia en el uso de la energía, así como la innovación y cooperación a nivel global en el sector energético.

    De los 2.500 millones de yuanes previstos, 1.000 irán a parar a proyectos de energía solar, 700 a eólica, 500 a hidroeléctrica y mareomotriz y 300 a geotermia. Cabe destacar que, además de las anteriores, el documento incluye la energía nuclear dentro de las energías renovables. China cuenta con 35 reactores de energía nuclear en operación, 21 están en construcción y se prevé incrementar la capacidad hasta llegar a 58 GW en 2020, 150 GW en 2030 y aún más en 2050. La energía eólica contaba con el 8.6% de capacidad en 2015, aunque solo generaba el 3,3% de la electricidad total, por lo que deberá ser aumentada en estos cinco próximos años. Respecto a la hidráulica, dos grandes proyectos han sido añadidos recientemente: Tres Gargantas de 18,2 GW y Río Amarillo de 15,8 GW. La energía solar es uno de los puntos fuertes del país: en 2015 batió el record mundial de mayor capacidad solar instalada en un año y el 2016 se ha convertido en el país con mayor capacidad total instalada. Aun así, sigue habiendo oportunidades de inversión debido a que los costes de este tipo de energía siguen bajando. Como ejemplo de solar fotovoltaica, en la región de Ningxia se está construyendo una de las mayores instalaciones, que cubrirá 4.607 hectáreas con casi 6 millones de paneles solares para producir 2 GW. Por otro lado, la primera planta de energía solar térmica de concentración (CSP) a escala comercial en China está siendo diseñada por la empresa española Ingeteam, la cual contará con almacenamiento por sales fundidas de hasta 7,5 horas y generará 50 MW. En 2018 se habrá completado una primera fase de proyectos CSP que incluye 9 plantas de torre solar, 7 de cilindros parabólicos y 4 de Fresnel lineal, sumando una capacidad total de 1,4 GW.

    Una semana más tarde, la Administración Estatal Oceánica publicó el plan quinquenal sobre el desarrollo de la energía renovable oceánica, incluyendo energía mareomotriz, la generada por las olas, la de contraste térmico y la biomasa. En él proponen promover el uso de este tipo de energía por medio del apoyo a la investigación y a la innovación tecnológica, centrándose especialmente en las regiones insulares del Mar Meridional.

    Además de las medidas relacionadas con la generación eléctrica también se han aplicado iniciativas a otros sectores, como la tarifación regulada de la electricidad a las acerías según su evolución tecnológica con el objetivo de favorecer a las más eficientes, la regulación de las emisiones de los coches de segunda mano para beneficiar aquellos vehículos más eficientes, el aumento del papel de las energías renovables en la calefacción de viviendas o una mayor rigurosidad en el control de las emisiones. Otro ejemplo es el plan de responsabilidad ampliada de los productores, por el que su compromiso se extiende no solo al diseño y el consumo de sus productos, sino también al reciclaje y el tratamiento de residuos. La finalidad última es desarrollar una economía “circular” en la que la cantidad de residuos vertidos disminuya en base a alargar la cadena de valor de los productos y reutilizar los desechos.

    China es el país que emite más CO2 del mundo y a la vez el que realiza mayores inversiones en energías renovables. Se enfrenta a una difícil transformación en la que el PIB crece al 6,7% (primeros tres trimestres de 2016) a la vez que se esfuerza por construir un sector energético cada vez menos agresivo.


    Más información:

    Estrategias para el ahorro de agua en las centrales termosolares. Proyecto WASCOP

    Mié, 12/07/2016 - 08:23

    [Autor: Rocío Bayón, CIEMAT]

    La energía termosolar es una de las energías renovables más prometedoras y sostenibles que de cara al futuro se posiciona como una de las de mayor contribución al mix de generación eléctrica. A diferencia de las centrales fotovoltaicas, hidráulicas y eólicas, las plantas termosolares utilizan un ciclo termodinámico para producir energía eléctrica al igual que lo hacen las centrales basadas en combustibles no renovables (gas, carbón, energía nuclear). La gran diferencia es que en las centrales termosolares el recurso energético es la radiación solar lo cual evita cualquier tipo de residuo, ya sea nuclear o en forma de CO2. Debido a que todo ciclo termodinámico requiere de un foco frío para su funcionamiento, las centrales termosolares necesitan un sistema de refrigeración del bloque de potencia que por lo general utiliza agua. Sin embargo en muchas ocasiones, los emplazamientos donde el recurso solar es máximo y por tanto más convenientes para la construcción de este tipo de centrales, son también aquellos donde suele haber gran escasez de agua. En este contexto se crea el proyecto WASCOP (WAter Savingfor solar COncentrated Power) donde instituciones europeas y marroquíes, universidades, grandes industrias y PYMES aúnan esfuerzos para desarrollar soluciones revolucionarias para la gestión del agua en las centrales termosolares, tanto para la refrigeración del bloque de potencia como para la limpieza de las superficies ópticas del campo solar. El proyecto WASCOP intenta dar soluciones que se adapten a las condiciones específicas de cada central termosolar. Soluciones abordadas desde un punto de vista holístico de forma que proporcionen una combinación efectiva de tecnologías que permitan alcanzar no sólo una reducción significativa del consumo (hasta un 70%-90%) sino también una mejora importante en la gestión del agua dentro las centrales termosolares.

    El CIEMAT-PSA es una de las instituciones que participa dentro de este proyecto en varios de sus paquetes de trabajo. En concreto el Grupo de Almacenamiento de la Unidad de Sistemas Solares de Concentración participa en el WP2 (Innovative cooling strategies and means) cuyos objetivos principales son la optimización de las estrategias de refrigeración para la eliminación del calor del bloque de potencia, bien desplazando dicha eliminación a horas nocturnas aprovechando que la temperatura ambiente es más baja, o bien desarrollando sistemas de refrigeración híbridos (secos/húmedos).

    La contribución del Grupo de Almacenamiento a este paquete de trabajo está relacionada con la utilización de un sistema de almacenamiento térmico para posponer la eliminación de todo o parte del calor residual producido por el bloque de potencia durante el día para que tenga lugar durante la noche cuando la temperatura ambiente es más baja. Entre los distintos tipos de sistema de almacenamiento que serán explorados por parte de varios socios, el CIEMAT analizará el uso de un sistema de almacenamiento térmico basado en calor latente cuyo esquema de integración podría ser el que se representa en la Figura 1. En este sentido sus actividades se centrarán en el diseño de un sistema de refrigeración seca basado en calor latente y su integración en el bloque de potencia. Así mismo se propondrán y estudiarán distintos medios de almacenamiento en calor latente para identificar cuáles son los más adecuados teniendo en cuenta la temperatura del calor procedente del bloque de potencia y la temperatura ambiente nocturna, la cual depende en gran medida de la ubicación geográfica de la central.

    Figura 1. Esquemas de un sistema de refrigeración seca con un almacenamiento térmico en calor latente (PCM storage) los cuales muestran su funcionamiento durante el día (izquierda) y la noche (derecha).

    Para más información sobre el proyecto WASCOP: http://wascop.eu/

    Hacia una planificación energética acorde a la meta de sostenibilidad

    Lun, 12/05/2016 - 09:40

    [Autores: Diego Iribarren y Diego García-Instituto IMDEA Energía]

    El sistema energético actual dista significativamente del objetivo global de sostenibilidad. Por ello, cada vez cobra más importancia la elaboración de políticas, hojas de ruta y planes energéticos que enderecen esta situación a las distintas escalas geográficas. Sin embargo, una de las pegas que a menudo acompaña a estos instrumentos es la carencia de una base científica robusta que cimente la toma de decisiones. En este sentido, las herramientas de planificación energética disponibles deben adaptarse a las necesidades marcadas por la meta de la sostenibilidad, lo que supone la consideración no solamente de aspectos tecnoeconómicos sino también de aspectos sociales y ambientales.

    En este contexto, entre las líneas de investigación actuales en el campo del análisis de sistemas, destaca la integración metodológica de herramientas de gestión ambiental (en concreto, Análisis del Ciclo de Vida, ACV) y modelización energética (ESM por sus siglas en inglés, Energy Systems Modelling). La integración de indicadores de ciclo de vida en modelos energéticos constituye un importante paso adelante tanto para la comunidad de ACV, gracias a los avances asociados en materia de análisis prospectivo, como para los modelizadores energéticos, gracias a la posibilidad de sustituir las estrategias tecnoeconómicas convencionales por estrategias multicriterio orientadas hacia la sostenibilidad.

    La figura incluida representa el proceso de integración endógena de indicadores de ciclo de vida en modelos energéticos. A nivel nacional, este proceso se ha aplicado ya al sector eléctrico, con énfasis en la producción de electricidad en España (García-Gusano et al., 2016).   Esto ha permitido, para el marco temporal 2010-2050, el análisis no solamente de la evolución del mix de producción de electricidad en España sino también de la evolución de indicadores de ciclo de vida tales como la salud humana, el cambio climático, recursos o la calidad del ecosistema. Actualmente, se pretende la aplicación de este enfoque metodológico al sector del transporte por carretera, con iniciativas a nivel tanto nacional (proyecto de investigación PICASO, ENE2015-74607-JIN AEI/FEDER/UE) como regional (programa de investigación ResToEne-2, S2013/MAE-2882) con el objetivo de planificar una implementación sensata de combustibles alternativos, y de las tecnologías asociadas, teniendo en cuenta aspectos multidimensionales.

    Sin lugar a dudas, las estrategias combinadas de ACV y ESM contribuirán significativamente a allanar el camino hacia políticas y hojas de ruta energéticas realmente acordes a la meta de sostenibilidad.

     

    Referencias

    García-Gusano D, Martín-Gamboa M, Iribarren D, Dufour J. Prospective analysis of life-cycle indicators through endogenous integration into a national power generation model. Resources 2016, 5, 39. http://www.mdpi.com/2079-9276/5/4/39.

     

    Reactor de lecho fluidizado solarizados

    Vie, 12/02/2016 - 06:43

    [Autor: Lucía Arribas-Instituto IMDEA Energía]

    Existen múltiples tipos de reactores, también en aplicaciones de termoquímica solar como, por ejemplo, reactores de lecho fijo, fluidizado, arrastrado o reactores rotativos, entre otros.

    Un lecho fluidizado se basa en el paso de un fluido (líquido o gas) a través de un sólido provocando su movimiento, pero sin llegar a arrastrarlo. Es decir, se alcanza el régimen de fluidización cuando el sólido se mueve como si fuese un fluido y se mantiene en el lecho. Esto se consigue gracias a que la fuerza de empuje que ejerce el fluido sobre cada una de las partículas, vence el peso de las mismas. Por lo tanto, las propiedades del fluido y del sólido, además de la geometría del reactor, van a determinar las condiciones de fluidización. Para un determinado sistema fluido-solido en un reactor, según se aumenta la velocidad del fluido, la pérdida de carga del lecho también aumenta, pero cuando se alcanza la fluidización (punto de mínima fluidización) la pérdida de carga del lecho se mantiene constante con el aumento de la velocidad del fluido, y las partículas sólidas se encuentran en régimen fluidizado, adquiriendo propiedades propias de un fluido. Esto sucede hasta que la velocidad es tan alta que el fluido arrastra al sólido, produciendo un transporte neumático. En este momento la pérdida de carga del lecho comienza a disminuir al aumentar el caudal (figura 1). Cuando el fluido es un gas, en la mayoría de los casos la fluidización es burbujeante, es decir, el sólido se mueve como el agua en ebullición.

    Figura 1. Sistemas fluido-sólido para distintas velocidades del gas (izquierda), y pérdida de carga frente a velocidad del gas (derecha)

    Las principales ventajas que ofrece el uso de un lecho fluidizado radican en el buen contacto sólido-fluido, favoreciendo la transferencia de masa y calor entre ambos. Por ejemplo, en el caso de la combustión el uso de un lecho fluidizado produce mayor eficiencia de combustión y mayor ratio de transferencia de calor, menor temperatura de combustión y menores emisiones de NOx, que el uso de un lecho fijo.

    Existen numerosas aplicaciones industriales en las que se usan reactores de lecho fluidizado, como el cracking catalítico fluido (FCC), combustión, pirolisis y gasificación, y producción y procesado de químicos, como la captura de CO2.

    Considerando sus ventajas y múltiples aplicaciones en las que se encuentran desarrollados, no está de más pensar en que podrían emplearse en aplicaciones con energía solar concentrada. Ya existen estudios con reactores fluidizados, directa o indirectamente irradiados, en aplicaciones termosolares como la captura de CO2, el almacenamiento termoquímico o la producción de combustibles solares a través de ciclos termoquímicos.

    En esta línea, el Instituto IMDEA Energía está trabajando en el estudio y desarrollo de un lecho fluidizado indirectamente irradiado dentro del marco del proyecto nacional ARROPAR-CEX siglas de Análisis multidisciplinar en torno a conceptos de Receptores/ReactOres de PARtículas de calentamiento indirecto para aplicaciones solares en Condiciones Extremas. Los ensayos preliminares se han realizado en un reactor prestado por el CIEMAT que trabaja en condiciones de irradiación directa (figura 2).

    Figura 2. Reactor fluidizado directamente irradiado durante un ensayo en un simulador solar de alto flujo de 7 kW

    A partir de los resultados obtenidos y los estudios de fluidización en frío en un tubo de PVC, se va a diseñar un reactor/receptor de partículas de 10 kW térmicos que sea capaz de trabajar en régimen de lecho fijo, fluidizado o arrastrado, a temperaturas superiores a 1300 ºC, utilizando la radiación concentrada del simulador solar de alto flujo Kiran-42 instalado en IMDEA Energía como única fuente energética. Con este dispositivo, se llevarán a cabo ensayos de almacenamiento termoquímico y producción de hidrógeno a partir de ciclos termoquímicos con óxidos metálicos como la ceria o el óxido de manganeso.

    Más información:

    1. Sobre el proyecto ARROPAR-CEX: http://www.energia.imdea.org/investigacion/proyectos/arropar-cex

    2. Yang, W.-C. Handbook of fluidization and fluid-particles systems; Siemens Westinghouse Power Corporation: Pittsburgh, Pennsylvania, U.S.A, 2003.

    La Comisión Europea prevé que los biocarburantes sigan siendo en 2030 la principal energía alternativa en el transporte

    Vie, 11/25/2016 - 11:45

    La Comisión Europea en su nueva “Estrategia Europea de bajas emisiones para el transporte” pretende implantar energías alternativas de bajas emisiones para el transporte en la que se incluyen los biocombustibles avanzados.

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

    La Comisión Europea ha  diseñado una estrategia para la movilidad de bajas emisiones ya que el transporte en la UE todavía depende del petróleo en cerca del 94 % de sus necesidades energéticas, lo que representa una cantidad mucho mayor que en cualquier otro sector y hace que el transporte sea muy dependiente de las importaciones. Si bien la transición hacia las energías alternativas de bajas emisiones en el transporte ya se ha iniciado, será necesario incrementar su ritmo en la próxima década. Es una oportunidad para que Europa desarrolle su liderazgo en las actividades de investigación en nuevos productos, como los biocombustibles avanzados que a medio plazo serán especialmente importantes para la aviación, así como para los camiones y los autocares.

    Los biocarburantes no sólo seguirán siendo en 2030 la principal energía alternativa utilizada en el transporte de la Unión Europea (UE), sino que su cuota de mercado crecerá significativamente durante los años siguientes hasta cubrir a mediados de siglo el 37% de la demanda energética final en el transporte, superando claramente a la aportación de la electricidad (16%). Para cumplir los objetivos de energías renovables y descarbonización previstos para 2030, el consumo anual de biocarburantes deberá incrementarse al menos un 50% con respecto al actual.

    Para conseguir los objetivos globales de energías renovables (27%) y ahorro de emisiones de gases de efecto invernadero (-40%) previstos en la UE para 2030, resultará fundamental la contribución de los biocarburantes convencionales –los producidos a partir de materias primas cultivadas en tierra–, así como una aportación creciente de biocarburantes avanzados –los fabricados a partir de desechos y materiales lignocelulósicos–. Será imprescindible para ello tanto el mantenimiento de las actuales obligaciones de biocarburantes como el establecimiento de una obligación específica de biocarburantes avanzados, que sea ambiciosa y técnicamente factible.

    Fuente: http://www.appa.es

    AEE pide al gobierno retribuciones justas y coherentes con la realidad

    Mié, 11/23/2016 - 06:19

    Fuente: www.energias-renovables.com (Lunes, 21 de noviembre de 2016)

    La llegada del nuevo Ejecutivo coincide con el fin del primer semiperiodo regulatorio de la Reforma Energética, que obliga a la revisión de parámetros antes de fin de año. Ante ello, la patronal eólia AEE pide al Gobierno que fije una senda de precios justa y coherente con la realidad a la hora de revisar los incentivos. Si no lo hace así y se mantienen los errores del primer semiperiodo, el sector cobrará un 56% anual menos durante los próximos tres años.

    Tal y como prevé la Reforma Energética, corresponde al nuevo Ministerio revisar antes de fin de año algunos de los parámetros económicos con los que se fija la retribución de las renovables ya instaladas para los próximos años, como es la senda de precios de mercado. La Asociación Empresarial Eólica (AEE) advierte de que existe un riesgo importante: si las previsiones de precios del mercado a futuro que fije el Ministerio (parámetro fundamental para establecer la retribución) se alejan de la realidad y se mantienen en línea con las del semiperiodo anterior, la remuneración anual del sector puede ser un 56% inferior a la que le corresponde, con lo que las empresas no llegarían a la “rentabilidad razonable” que les promete la ley.

    Esto se sumaría a los impactos anteriores. De acuerdo con la AEE, en el semiperiodo que acaba, las empresas han dejado de ingresar 630 millones de euros por la diferencia entre las previsiones de precios y la realidad, con lo que sus ingresos se han quedado incluso por debajo de esta rentabilidad razonable prevista por el regulador en la Reforma. De hecho, en los últimos tres años las empresas han cobrado una media de 6,37 euros/MWh menos por la desviación a la baja de la senda de precios prevista en la ley. De ahí que AEE solicite que los pronósticos se ajusten a la realidad y no sean una decisión política.

    De los 630 millones que se han dejado de ingresar en el primer semiperiodo, sólo se compensará al sector con el 36% (con lo que pierde el 64% de lo que le corresponde), debido a que el sistema incluye unos límites diseñados de tal modo que resulta improbable que la compensación sea por el total.

    Corregir los errores

    Según los cálculos de AEE, si se toma como referencia un precio de 52 euros/MWh a partir de 2020 –como se hizo erróneamente para el semiperiodo anterior– en vez de los 41 que sería razonable tomando los precios de los contratos de futuros para esos años, la eólica dejaría de ingresar en los próximos tres años otros 600 millones de euros. Esta cantidad equivale al 16% de lo percibido por el sector en el primer semiperiodo en concepto de retribución. Cabe recordar que la retribución de 2016 fue ya un 41% inferior a la de 2013, el año anterior a la Reforma Energética.

    AEE considera que el Ministerio de Energía, Turismo y Agenda Digital debería introducir las modificaciones necesarias en la regulación para que las empresas lleguen a la rentabilidad razonable, a la vez que se suprimen elementos que generan incertidumbre y falta de confianza en los inversores. Además de eliminar los límites a las compensaciones, sería necesario evitar también que se pueda cambiar cada seis años la “rentabilidad razonable” de los proyectos.

    La Asociación añade que cuando se hayan resuelto estas cuestiones, que, de a acuerdo con el sector suponen un freno a la Transición Energética de España y a nuestros compromisos internacionales –como los objetivos europeos a 2020 y 2030 y el cumplimiento del Acuerdo de París–, será el momento de hablar del crecimiento futuro y, por tanto, de las subastas.

    AEE da la enhorabuena tanto al nuevo ministro como al secretario de Estado de Energía y confía en que en esta legislatura se restablezca el diálogo con un sector que, recuerda, exporta tecnología por valor de unos 3.000 millones de euros anuales, da empleo a 22.500 personas y rebaja el precio de la electricidad. En lo que va de 2016, la eólica le ha ahorrado al consumidor medio 46,54 euros respecto a 2015, según cálculos de la asociación.

    Los antecedentes

    La Ley del Sector Eléctrico establece que el regulador debe utilizar los futuros de OMIP para calcular la previsión de precios para los próximos tres años (2017, 2018 y 2019). A partir del tercer año, no hay referencias obligatorias, pero para 2020 sí existe la referencia de los futuros de OMIP, la mejor estimación posible a día de hoy. AEE considera que lo razonable sería que, para estimar los precios de 2020 en adelante, el regulador se basase en las cotizaciones del mercado de futuros y atendiese a los pronósticos que indican que seguirán una senda bajista. Ahora bien, si apuesta por precios más altos, el incentivo será más bajo.

    El sistema establece que las instalaciones renovables anteriores a la ley tienen derecho a una rentabilidad “razonable” para ser competitivas en el mercado del 7,39% antes de impuestos durante los primeros seis años. Para garantizar que así sea, se retribuye a los parques con un incentivo o retribución a la inversión (Rinv) que se calcula en función de una serie de parámetros, incluida una previsión de los precios del mercado eléctrico para los siguientes años.

    Pasado este tiempo, se revisa si ha habido desviaciones de precios sobre las previsiones en el semiperiodo y, si es necesario, se compensa a las empresas hasta que alcancen la rentabilidad razonable a lo largo de toda la vida útil regulatoria del parque (20 años). El problema es que los límites mencionados impiden que la compensación sea por el total.

    Evolución del mercado de la energía solar térmica en 2015: aún se está lejos del objetivo 2020

    Vie, 11/18/2016 - 10:30

    La federación europea de la industria solar térmica ha presentado el resumen del mercado europeo correspondiente al año 2015. La evolución de las nuevas instalaciones solares térmicas en Europa durante el año 2015 presentó un descenso medio del 6.6%  respecto del año anterior mientras que la capacidad total instalada aumentó sólo un 4.4% respecto a 2014.

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

    La federación europea de la industria solar térmica acaba de presentar el sumario del informe estadístico de actividades del sector de energía solar térmica correspondiente al año 2015 (“Solar Thermal Markets in Europe – Trends and Market Statistics 2015”, el informe completo estará disponible el 1 de diciembre de 2016). El año 2015 continuó la tendencia descendente observada desde 2008 en la instalación de nuevas unidades solares térmicas en Europa. En 2015 se instaló en Europa una capacidad nueva de 1.9 GWth (2.7 millones de m2) que significó un descenso medio del 6.6% respecto de las unidades solares térmicas instaladas en 2014. El descenso medio de la capacidad anual instalada ha sido de un 7.9% desde 2009. Con la nueva capacidad instalada en 2015, la capacidad total en Europa se elevó hasta  33.3 GWth (47.5 millones de m2) lo que representa un aumento del 4.4% respecto de la capacidad total existente en 2014.

    El principal mercado europeo sigue siendo Alemania, con un 30% del mercado, con una  nueva capacidad instalada en 2015 de 564.2 MWth lo que significó un descenso del 10.4% respecto de la capacidad instalada en 2014. La gran mayoría de países europeos sufrió descensos en la instalación de nuevas unidades solares, encabezando Francia el mayor descenso  (-32.6%). España instaló en 2015 166 MWth que suponen un descenso del 5.6% sobre la capacidad instalada en 2014. Los únicos países que mostraron crecimientos anuales de instalación significativos fueron Dinamarca y Polonia. A destacar el caso de Dinamarca que presentó el mayor crecimiento interanual en la capacidad instalada con un aumento del 47.6% y 185 MWth nuevos instalados. 

    El descenso en la capacidad anual instalada en Europa observado desde el 2009 pone en riesgo el alcanzar los objetivos propuestos para la energía solar en 2020 de acuerdo a los Planes de Acción Nacionales de Energías Renovables De media la capacidad instalada de energía solar térmica se encuentra entre  41.8 y 45.6% por debajo de los objetivos a alcanzar en 2020. Son particularmente destacables los casos de Italia, España y Francia cuya capacidad instalada está por debajo del 25% respecto del objetivo a alcanzar en 2020.

     Con cuatro años para alcanzar los objetivos 2020, la energía solar térmica aún tiene recorrido para alcanzar el despliegue que su potencial ofrece para su explotación.

    Mas información: www.estif.org

    Tipos de membranas alcalinas usadas en celdas de combustible

    Dom, 11/13/2016 - 05:58

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

    En el panorama actual de búsqueda de alternativas para el modelo de producción, transformación y consumo de energía las pilas de combustible son una tecnología prometedora para aplicaciones tanto de transporte como estacionarias. Las ventajas principales de esta tecnología son la posibilidad de alcanzar eficiencias más altas que los convencionales motores de combustión (los cuales están limitados por el ciclo de Carnot) y el hecho de ser una tecnología menos contaminante y por tanto más sostenible12.

    Dentro de las pilas de combustible, las que se utilizan en el rango de baja temperatura (entre temperatura ambiente y 100ºC aproximadamente) se dividen en dos tipos, dependiendo de la carga de los iones que conduzcan a través de la membrana3: pilas de combustible con membranas de intercambio protónico (PEMFCs por sus siglas en inglés de proton Exchange membrane fuel cells) y pilas de combustible con membranas de intercambio alcalinas (AEMFCs por sus siglas en inglés de alkaline exchange membrane fuel cells). Las pilas de combustible alcalinas presentan ventajas importantes como unas mejores cinéticas de reacción para la reducción del oxígeno y el uso de catalizadores basados en metales no nobles con la reducción de costes que esto conlleva; a pesar de ello tienen en contra que a día de hoy aun no tienen una potencia comparable a las PEMFCs principalmente por tener menor conductividad iónica a través de la membrana. Para superar esta barrera en la actualidad se está estudiando como sintetizar membranas con mejores conductividades, manteniendo una buena estabilidad en medio alcalino y adecuadas propiedades mecánicas para poder soportar las condiciones de uso en la celda de combustible. Otras funciones que deben cumplir las membranas, además de la rápida conducción de los iones, son ser aislantes eléctricamente para separar de forma efectiva el cátodo del ánodo, presentar en menor cruce de flujos posible de combustible y corriente oxidante y ser lo más fina posible (aproximadamente entre 50 y 80μ). En la actualidad hay muchos tipos de membranas alcalinas distintos, la mayoría de los cuales son descritos a continuación atendiendo especialmente a su estructura final. La mayoría de las membranas alcalinas pueden ser clasificadas dentro de los tres siguientes grupos4: membranas heterogéneas, redes de polímeros entrecruzados y membranas homogéneas.

    Las membranas heterogéneas se definen por estar compuestas por un material de intercambio de aniones embebido en un compuesto inerte. Según el tipo de compuesto inerte se dividen a su vez en polímeros solvatando iones (ISP por las siglas en inglés de ion-solvating polymers) si es una sal y membranas híbridas (hybrid membranes) si se trata de un segmento inorgánico. En las membranas con polímeros solvatando iones se crean enlaces donador-aceptor entre átomos electronegativos de la cadena y los cationes de la sal, esta interacción permite que los aniones puedan moverse a través de la membrana pasando de un catión a otro. En las membranas híbridas generalmente la parte orgánica proporciona las propiedades electroquímicas y la parte inorgánica (silano o siloxano) las mecánicas. La mayoría de las veces las membranas híbridas son sintetizadas por proceso sol-gel, pero hay otras rutas posibles como intercalación, mezcla, polimerización in situ y auto-ensamblado molecular.

    En las redes de polímeros entrecruzados (IPN por sus siglas de inglés de interpenetrated polymer network) se da la combinación de dos polímeros de forma que conforman una estructura de red cuando al menos uno de los dos es sintetizado o entrecruzado consigo mismo en presencia del otro, de forma que no hay ningún enlace covalente entre ambos polímeros. La ventaja de esta estructura frente a otras en la que hay mezclas de polímeros es que normalmente en presencia de solvente se hincha, pero no se disuelve y se previene el deslizamiento y flujo de los polímeros implicados. Aunque este tipo de membranas suelen tener mejores conductividades que las heterogéneas, en general son insuficientes para su aplicación en pila de combustible.

    A diferencia de las anteriores, las membranas homogéneas consisten exclusivamente en el material de intercambio aniónico, que forma un sistema de una sola fase. En estas membranas las cargas catiónicas están covalentemente unidas al esqueleto polimérico mientras que los contra iones móviles preservan la electroneutralidad del polímero en su conjunto. La estabilidad por tanto en medio alcalino ha de ser considerada tanto para el esqueleto polimérico como para las cargas fijas. De acuerdo al modo de producción y los materiales de inicio las membranas homogéneas pueden ser divididas en tres tipos: el primero son las preparadas por polimerización o policondensación de monómeros, en las cuales el monómero tiene o puede tener un grupo de intercambio aniónico y puede ser copolimerizado con otros monómeros funcionalizados (o no funcionalizados) para crear la membrana; el segundo son las membranas formadas por introducción de partes catiónicas por modificación química de un polímero, los polímeros más comunes en los cuales se introducen grupos catiónicos son el estireno, poliéteres alifáticos, polipropileno, polivinilalcohol, Chitosan, polietilen-glicol, líquidos iónicos, polímeros de éteres aromáticos y otros;  el tercer tipo son las membranas sintetizadas por introducción  de grupos catiónicos en una película/membrana ya formada, pudiendo meter directamente el monómero con el grupo catiónico o un monómero que pueda después ser modificado. Para introducir el monómero en el polímero se pueden usar distintos métodos como radiación con haz de electrones, luz UV o plasma. En comparación con los sistemas descritos anteriormente, las membranas homogéneas suelen ofrecer los mejores resultados en pila de combustible, en parte gracias a la homogeneidad en la distribución de los grupos catiónicos fijos en toda la membrana.

    Bibliografía

    1.        Varcoe, J. R. et al. Anion-exchange membranes in electrochemical energy systems. Energy Environ. Sci.7, 3135–3191 (2014).

    2.        Xuebao, H. & Hong-ying, H. O. U. Recent Research Progress in Alkaline Polymer Electrolyte Membranes for Alkaline Solid Fuel Cells. 30, 1393–1407 (2014).

    3.        Steele, B. C. & Heinzel, A. Materials for fuel-cell technologies. Nature414, 345–352 (2001).

    4.        Merle, G., Wessling, M. & Nijmeijer, K. Anion exchange membranes for alkaline fuel cells: A review. J. Memb. Sci.377, 1–35 (2011).

    Combustión inversa: Aviación sostenible con queroseno solar

    Lun, 11/07/2016 - 07:37

    [Autor: Salvador Luque-Investigador Titular, Instituto IMDEA Energía]

    El ser humano necesita energía para vivir. Calentar la comida, cargar el teléfono, ver la televisión, navegar por internet, o viajar, serían imposibles sin energía. Afortunadamente la naturaleza ofrece su abundante energía en muy diversas formas y, a lo largo de la historia, el ser humano se ha vuelto extraordinariamente eficiente transformándolas para poder aprovecharla. Dos formas de energía son particularmente útiles: la mecánica, asociada al movimiento, y la eléctrica, por su gran versatilidad. Ambas suelen obtenerse en gran medida a partir de procesos de combustión, donde la elevada energía interna de un combustible (generalmente fósil), ha de liberarse en forma de calor como paso previo. La combustión origina como subproductos vapor de agua y dióxido de carbono (CO2), responsable principal éste último del calentamiento global mediante efecto invernadero.

    El Instituto IMDEA Energía está inmerso en una ambiciosa línea de investigación donde se pretende hacer justo lo contrario: tomar CO2 y vapor de agua, aportar calor, y obtener combustible como resultado. La idea básica es materializar un proceso hipotético de combustión inversa. El CO2 y vapor de agua pueden obtenerse de la atmósfera, el aporte calorífico se realiza mediante energía solar concentrada, y el combustible de síntesis consiste en hidrocarburos líquidos. Enmarcado en el proyecto SUN-to-LIQUID del programa europeo Horizonte 2020, el objetivo fundamental del trabajo es la validación experimental a escala pre-comercial de toda la cadena de procesos termoquímicos utilizando energía solar real.

    La tecnología se basa en la aplicación cíclica de reacciones redox (reducción-oxidación) en óxidos metálicos a temperaturas por encima de 1000 ºC. El reactor solar donde ocurren las reacciones químicas está especialmente diseñado para potenciar la transferencia de calor y acelerar las cinéticas de reacción. En una primera fase, la energía solar concentrada se emplea en convertir los compuestos de entrada (CO2 y vapor de agua) en gas de síntesis. El llamado gas de síntesis es esencialmente una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono (CO), que son los ladrillos fundamentales para la producción de combustibles sintéticos. Este gas se convierte en queroseno en una segunda etapa basada en la técnica Fischer-Tropsch, desarrollada mediado el s. XX y comercialmente disponible en la actualidad.

    Al consumir CO2 atmosférico, la obtención de combustibles de síntesis mediante energía solar se sitúa entre los procesos bien de muy baja huella bien potencialmente neutros en emisiones de carbono. El gas de síntesis producido en la primera etapa del proceso puede también transformarse en metanol, gasolina, diésel o casi cualquier otro tipo de hidrocarburo líquido, e incluso plásticos. La tecnología que se desarrolle en el proyecto podrá pues emplearse para producir combustibles limpios y abundantes para aviación, automóviles y otros medios de transporte. Como beneficios adicionales, la producción sostenible de combustibles incrementará la seguridad del suministro de energía y convertirá uno de los principales gases de efecto invernadero en un recurso valioso.

    El proyecto se ha enfocado inicialmente en la producción de queroseno, combustible para aviación, por el hecho de que el transporte aéreo necesita combustibles de muy alta densidad energética para operar de manera económicamente viable. Tanto los motores eléctricos como los hidrógeno (que son, por ejemplo, tecnologías ya empleadas en el transporte por carretera) conllevan el uso de componentes muy pesados para aviación. Es notorio que el célebre Solar Impulse 2 necesita una envergadura superior a la del Boeing 747 para transportar a una sola persona. Una vez que en aviación se seguirán necesitando hidrocarburos a medio y largo plazo, el queroseno sintético renovable es una de las mejores maneras de hacer que este medio de transporte sea más sostenible.

    El Instituto IMDEA Energía está encargado en el proyecto SUN-to-LIQUID de la construcción de un campo solar ultra-modular y con gran concentración de la energía solar. Adyacente a las instalaciones del centro en el Parque Tecnológico de Móstoles, su desarrollo ya ha originado sustanciales avances tecnológicos en la construcción de heliostatos de pequeño tamaño. El resto de socios del proyecto está formado por BHL (Bauhaus Luftfahrt, Alemania), ETH (Escuela Politécnica Federal de Zúrich), DLR (Centro Aeroespacial Alemán), HyGear (Países Bajos), Arttic (Francia) y Abengoa Research (España).

    Es justo notar que se estima que serán todavía necesarios avances en la eficiencia de la producción de combustible, una reducción de costes de construcción y operación, y posiblemente entre 10 y 15 años, para que la tecnología pueda entrar en servicio comercial a escala industrial. Pero el consorcio tiene la ambición de dar un paso crucial hacia la implantación comercial de combustibles sintéticos sostenibles obtenidos a partir de materias primas virtualmente inagotables. En cuanto a transformaciones de la energía para su mejor aprovechamiento, esta inversión de la combustión puede jugar un papel esencial en una sociedad global industrializada donde la sostenibilidad asume cada vez mayor importancia.

    Más información:

    1. Página web del proyecto de SUN-to-LIQUID: http://www.sun-to-liquid.eu/

    2. Página web del proyecto en la Comisión Europea: http://cordis.europa.eu/project/rcn/199438_en.html

    3. Sobre campos solares ultra-modulares:http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2016/05/09/133036

    4. Sobre la instalación en Móstoles:http://www.lavanguardia.com/local/madrid/20160420/401244494701/mostoles-cede-una-parcela-a-imdea-energia-para-construir-instalacion-solar.html

    Investigadores de la Unidad de Procesos Biotecnológicos del Instituto IMDEA Energía participan en la XVIII Reunión de la Red Temática Lignocel

    Lun, 10/31/2016 - 08:34

    [Autora: Elia Tomás-Instituto IMDEA Energía]

     

    Investigadores de la Unidad de Procesos Biotecnológicos del Instituto IMDEA Energía han participado en la XVIII Reunión de la Red Temática Lignocel que ha tenido lugar en Jaén del 6 al 7 de octubre de 2016. En esta edición, la reunión ha estado organizada por el Grupo de Investigación “Ingeniería Química y Ambiental” del Departamento de Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales de la Universidad de Jaén. 

    La Red Temática “Retos enzimáticos, químicos y de ingeniería para la utilización de recursos agroforestales no alimentarios (lignocelulosa) en una bioeconomía más sostenible y menos contaminante (Red Lignocel)” está financiada por el INIA dentro del Programa Estatal de I+D+i orientada a los Retos de la Sociedad (Acción Complementaria AC2015-00008-00-00).

    Un año más, la reunión de la Red Lignocel ha permitido a investigadores de diferentes centros y universidades nacionales compartir sus avances científicos en el ámbito del aprovechamiento de los materiales lignocelulósicos. Durante dos días, científicos e investigadores de renombre  han discutido temas tan interesantes y punteros como la utilización de nuevos hongos y enzimas o la síntesis de nanocelulosa, biocombustibes y nuevos productos de alto valor añadido a partir de los materiales lignocelulósicos. Los avances en las nuevas tecnologías para el pretratamiento de la biomasa lignocelulósica también han sido ampliamente comentados durante la reunión.

    En ese contexto, los investigadores del Instituto IMDEA Energía presentaron su trabajo “Efecto del estrés mecánico sobre Kluyveromyces marxianus y Saccharomyces cerevisiae en procesos de producción de bioetanol”.  Este trabajo de investigación permite estudiar cómo afecta el estrés mecánico a las levaduras productoras de etanol. Este estrés mecánico viene provocado por la presencia de altas cargas de sustrato en el medio de fermentación. Las altas cargas de material lignocelulósico son necesarias para que la producción de bioetanol sea económicamente competitiva ya que a mayor concentración de azúcares en el medio de fermentación, mayores serán las concentraciones de etanol potencialmente alcanzables y, por tanto, menores los costes de la destilación. Los resultados de este trabajo ponen de manifiesto el efecto negativo que ejerce la presencia de sustrato sólido insoluble sobre la producción de etanol y permitirán diseñar nuevas estrategias para mejorar la producción de biocombustibles y otros bioproductos a partir de lignocelulosa.

    Biometano: Un biocombustible con gran potencial y que necesita más apoyo.

    Dom, 10/30/2016 - 04:37

    España posee un escaso nivel de desarrollo de este interesante biocombustible que puede ser inyectado directamente en las redes convencionales de gas natural o ser utilizado como combustible de automoción.

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

    El biometano puede producirse principalmente a partir de dos vías: la depuración del biogás generado por digestión anaerobia de residuos biodegradables o bien a partir del gas de síntesis generado en la gasificación de la biomasa tras un proceso de metanización y purificación. La digestión anaerobia se está poco a poco convirtiendo en Europa en una fuente viable de energía renovable (en el año 2014 el número de plantas ascendió a 17.420) si bien es cierto con un reparto bastante desigual – destacando claramente Alemania con respecto al resto de países europeos – . En el caso de la gasificación, aunque ha experimentado un desarrollo tecnológico importante en los últimos años, todavía no es viable su desarrollo a escala industrial. Esta tecnología complementa la digestión anaerobia pues permite el procesado de biomasa lignocelulósica difícil de procesar en los digestores anaerobios.

     

    Aunque el biogás se produce en todos los países de la UE (principalmente por digestión anaerobia) sólo catorce de ellos producen biometano por purificación del correspondiente biogás y sólo en 11 de ellos el biometano se inyecta a la red de gas natural y en 12 se utiliza como carburante de automoción. Destaca claramente Alemania donde se produce el 75 % de la producción europea de biometano y que en un porcentaje elevado es inyectado en la red de gas natural. El segundo productor es Suecia y en este país destaca su uso como combustible en automoción y ya ha superado al CNG (Gas Natural Comprimido) con una participación de mercado del 57%. España en este particular se encuentra a la cola de Europa con un total de 48 plantas de biogás industrial (un número insignificante si las comparamos con las más de 8.000 de Alemania) y con una única planta de biometano (Alemania posee 178 y Suecia 59 de un total de las 367 existentes en Europa).

     

    Se estima que en Europa mediante el aprovechamiento de diferentes materias primas renovables se podría alcanzar una producción en el año 2030 de unos 40.000 millones de m3 de gas natural equivalente mediante procesos de gasificación y digestión anaerobia (www.greengasgrids.eu) y que representaría entre 18.000-20.000 millones de m3 de biometano.

     

    Este “green” gas proporciona interesantes ventajas:

     

    • Beneficios medioambientales. Contribuye a los objetivos climáticos europeos reduciendo las emisiones de CO2 equivalente mejorando la calidad del aire.
    • Seguridad de suministro e independencia energética europea. Actualmente en Europa el 66 % del consumo de gas natural se importa de terceros países de cierta inestabilidad política.
    • Contribución a la economía circular. El uso del digestato como fertilizante cierra el ciclo nutritivo en ecosistemas regionales y evita las emisiones de CO2 que serían liberadas debido a la producción de fertilizantes minerales.
    • Sociales. Generación de empleo y en concreto en áreas rurales.
    • Tecnológicas. La digestión anaerobia es una tecnología con elevado grado de desarrollo y de gran versatilidad para producir biometano (100 % de origen renovable).
    • Sector transporte. El biometano se presenta como el biocarburante de segunda generación más viable y con una elevada eficiencia energética y menor impacto ambiental si se compara con los combustibles convencionales (gasolina y gasóleo). Actualmente se utilizan unos 3.300 millones de m3 de metano en transporte en Europa y las previsiones moderadas indican que este número puede alcanzar la cifra de 16.500 millones en el 2025 y el biometano podría representar un 20 % del total.

     

    Sin embargo, en la actualidad este biocombustible se encuentra con diferentes desafíos que deberán ser solucionados en el futuro:

     

    • Insuficientes incentivos fiscales. Los actuales planes nacionales de apoyo establecidos para las energías renovables se olvidan del biogás. Además, los regímenes fiscales en Europa deberían ofrecer incentivos para el biometano similares que para los combustibles líquidos (en base a unidades de energía). La futura Directiva sobre Fiscalidad de la Energía, así como los regímenes de ayudas deberían reconocer el importante papel que juega el biometano en la descarbonización del sector de la energía en Europa.
    • Falta de cooperación transfronteriza. Las diferentes normas técnicas y sistemas de certificación impiden el desarrollo de un comercio transfronterizo.
    • Ausencia de una normativa común europeasobre la calidad del gas para acceder a la red de gas. Aunque muchos países inyectan biometano en la red y han desarrollado normas de calidad nacionales estas difieren considerablemente entre ellas. El desarrollo de normas en la UE para la inyección en red y el uso como combustible para vehículos es necesario.
    • Insuficiente infraestructura para combustibles CNG/LNG para vehículos. No es suficiente en la mayor parte de Europa la red de estaciones de servicio de gas ni el número de vehículos propulsados por gas. Es necesario el fomento de la infraestructura europea del gas.
    • Falta de reconocimiento político. A niveles nacionales sólo unos pocos Estados Miembros han establecido objetivos específicos para el biometano. Incluso a nivel Europeo, rara vez se menciona al biometano de forma explícita en documentos políticos o legislativos; habitualmente está incluido en términos de gas natural o biocombustibles e incluso ignorado en modelos de trabajo y evaluaciones de impacto. La falta de reconocimiento político es en gran medida consecuencia del desconocimiento.

     

    Es de esperar que en el futuro se vayan superando estas barreras y que el biometano puede poner en acción todo su potencial. Y si bien es cierto que en la mayoría de países de Europa, necesita aún un importante impulso, en España se necesita un apoyo mucho mayor. No obstante, se debe resaltar que se cuenta con una base amplia de innovación, un potencial de producción destacable y un conocimiento de las ventajas sociales, medioambientales y energéticas de interés para los sectores productores de residuos y que finalmente deberán impulsar este biocombustible.

     

    Más información.

     

    Asociación Española de biogás

    http://www.aebig.org/

    Asociación Europea de biogás

    http://european-biogas.eu/

    Congreso anual del Programa Tecnológico de Colaboración SolarPACES

    Mié, 10/26/2016 - 12:56

    [Autora: Esther Rojas-CIEMAT]

     

    Entre los días 11 y 16 de octubre de 2016 tuvo lugar en Abu Dabi (Emiratos Árabes Unidos) el congreso anual del Programa Tecnológico de Colaboración (TCP en sus siglas inglesas) SolarPACES (Solar Power And Chemical Energy Systems,  http://www.solarpaces.org/), de la Agencia Internacional de la Energía, cuyo objetivo es promocionar y facilitar el desarrollo y optimización de las tecnologías de concentración solar térmica.

    Además del congreso anual, las actividades de cooperación estable en este TCP se estructuran en Tareas o áreas temáticas de grupos de expertos, existiendo 6 casi de forma permanente:

    • Task I: Solar Thermal Electric Systems
    • Task II: Solar Chemistry Research
    • Task III: Solar Technology and Advanced Applications
    • Task IV: SHIP – Solar Heat for Industrial Processes
    • Task V: Solar Resource Assessment and Forecasting
    • Task VI: Solar Energy and Water Processes and Applications

    Los eventos asociados al congreso celebrado en Abu Dabi se pueden resumir en

    1. REUNIONES DE LAS TAREAS DEL TCP SOLARPACES. El lunes día 10 de octubre se celebraron las reuniones de varias Tareas de SolarPACES, en las que los expertos asistentes se distribuyeron según sus áreas temáticas. En la reunión de la Tarea I: Solar Thermal Electric Systems, se presentaron los resultados del Proyecto guiSmo (Guidelines for CSP performance modeling). En la Tarea III (Components) los expertos de la Plataforma Solar de Almería participan de forma importante en dos líneas de actividad: durabilidad de reflectores para concentradores solares y almacenamiento térmico, actividad esta ultima en donde la presencia de IMDEA Energía también es relevante (http://solarpaces.org/tasks/task-iii-solar-technology-and-advanced-applications/thermal-energy-storage-working-group). Asimismo tuvo lugar una reunión de expertos de la Tarea II (Solar Chemistry) con la presentación de las actividades en la producción de combustibles solares llevada a cabo por la Plataforma Solar de Almería e IMDEA Energía mediante el uso de reactores químicos solarizados.
    2. CONFERENCIA ANUAL. Entre los días 11 y 15 de octubre se celebró la conferencia anual (http://www.solarpaces-conference.org/home.html). En la conferencia se presentaron las líneas generales y el estado de la tecnología tanto en sesiones plenarias, como en sesiones paralelas organizadas en áreas temáticas cómo: sistemas de receptor central (Central Receiver Systems), ciclos de potencia (Power Cycles), almcenamiento térmico (Thermal Energy Storage), captadores cilindroparabólicos (Parabolic Troughs), análisis y simulaciones e plantas CSP (CSP Analysis and Simulation), asesoramiento en recurso solar (Solar Resources Assessments), combustibles solares (Solar Fuels), políticas y mercados (Policy and Marketing), desalinizaciónsolar de agua (Water Desalination) y calor de solar a procesos industriales (Solar Process Heat). Expertos de la Plataforma Solar de Almería, la División de Energías Renovables y la Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos del Ciemat, así como expertos de la Unidad de Procesos de Alta Temperatura del Instituto IMDEA Energía, participaron en la conferencia con una importante presencia en las sesiones orales y poster.Como broche de cierre de la conferencia, el sábado día 15 se realizó una visita técnica a la planta comercial de captadores cilindroparabólicos Shams 1 (http://www.masdar.ae/en/energy/detail/shams-1),  y a la ciudad de Masdar (http://www.masdar.ae/en/masdar/our-story) en la que se encuentra el Instituto Masdar.
    3. REUNIÓN DEL PROYECTO BEYOND TMY. El miércoles día 12 se celebró la reunión final de este proyecto en el que participa el Grupo de Radiación Solar para Aplicaciones Energéticas de la División de Energía Renovables del CIEMAT. Se trata de un proyecto en el que se han analizado las carencias de los actuales análisis de producción de centrales termosolares usando métodos de condensación de las series de radiación solar en un año de datos.  En el proyecto se han identificado las áreas en las que se debe profundizar y posibles líneas de actuación futuras. El informe final del proyecto junto con un “Roadmap” de diez páginas estarán disponibles a finales de octubre.
    4. JORNADAS DE LOS PAQUETES DE TRABAJO 3 Y 5 DEL PROYECTO STAGE-STE. El jueves día 13 de octubre por la tarde se celebraron dos jornadas organizadas dentro del marco del proyecto europeo STAGE-STE, las cuales estuvieron especialmente dirigidas al sector industrial. La finalidad de la jornada del paquete de trabajo 3 (WP3) fue analizar si las infraestructuras de I+D actualmente existentes en Europa son suficientes para atender las necesidades del sector industrial, mientras que la jornada del paquete de trabajo 5 (WP5) tuvo el objetivo de analizar la transferencia de conocimiento y propiedad intelectual de los centros de I+D a la industria. La jornada del WP3 estuvo organizado por el CIEMAT y contó con la asistencia de 30 personas de Italia, Marruecos, Francia, China, Emiratos Árabes Unidos, Chile, Australia, Portugal, España y Bélgica
    5. COMITÉ EJECUTIVO DEL SOLARPACES. El domingo 16 de octubre se celebró la reunión del comité ejecutivo del SolarPACES. En este comité se analizaron las actividades de las distintas tareas y se presentaron aportaciones del estado de la tecnología en cada uno de los países participantes.

    Nike elige a Iberdrola como su proveedor eléctrico en Oregón

    Mar, 10/25/2016 - 04:35

    La firma líder en el negocio de la indumentaria deportiva utilizará el cien por cien de energías renovables en 2025

    SANDRO POZZI

    Nueva York 9 OCT 2016 – 22:11 CEST, Fuente: EL PAIS

    Nike, la mayor compañía de indumentaria deportiva del mundo, ha elegido a Avangrid, filial estadounidense del grupo energético español Iberdrola, como su proveedor de electricidad en Oregón durante los próximos 10 años. El anuncio se hizo en el marco de la expansión del complejo que da sede a la multinacional estadounidense en Beaverton. El plan incluye la construcción de un sexto edificio.

    Los trabajos comenzarán a mediados del año próximo. El edificio tendrá unos 35.000 metros cuadrados reservados a oficinas y el proyecto de Nike contempla que se le vayan sumando otras estructuras en el futuro. Como los nuevos elementos del resto del complejo en fase de desarrollo, el nuevo edificio está diseñado con la certificación LEED.

    Nike es una de las compañías globales más comprometidas en la lucha contra el cambio climático. Para ello se fijó como objetivo que la totalidad de las estructuras de su propiedad o que opera por todo el mundo usen el 100% de energías renovables para el año 2025. En este compromiso da un paso más de la mano de Iberdrola.

    El plan de expansión de su sede corporativa incluye así un contrato de diez años para la adquisición de energía a la filial Avangrid Renovables para alimentar las instalaciones de todo el complejo en Oregón. El acuerdo, explica Nike, comenzará el próximo 1 de enero e incluye también su centro de producción y las tiendas que opera en el Estado.

    De acuerdo con los términos del acuerdo, la filial de Iberdrola suministrará 70 megavatios de energía renovable. La energía se producirá en los parques eólicos Leaning Jupiter, situado en Guilliam (Oregón) y Jupiter Canyon, en Klickitat (Washington). Los dos cuentan con una capacidad combinada de 350 megavatios, que producen con 193 aerogeneradores de General Electric y Mitsubishi.

    Rentabilidad a largo plazo

    Iberdrola explica que el contrato de compra de energía (PPA, en sus siglas en inglés) firmado con Nike “garantiza la rentabilidad” de sus instalaciones energéticas en Estados Unidos a largo plazo. El grupo eléctrico español tiene firmados contratos similares con otras grandes corporaciones estadounidenses, como la compañía de comercio electrónico Amazon, para suministrar electricidad a sus servidores.

    EE UU es un mercado estratégico para Iberdrola, donde está presente desde hace una década. Avangrid, fruto de la fusión entre Iberdrola USA y UIL Holdings, hace de paraguas a todos los activos que el grupo español fue adquiriendo en el país, valorados en 30.000 millones de dólares (26.800 millones de euros). La compañía con sede en New Haven (Connecticut) opera en 25 estados, donde cuenta con 3,1 millones de clientes.

    Avangrid registró en el primer semestre del año un beneficio neto de 314 millones, frente a 117 millones en el mismo periodo del ejercicio 2015. La compra de UIL Holdings, que se completó a finales del año pasado, le convirtió en la segunda compañía eólica de EE UU. Su capitalización bursátil ronda los 12.160 millones de dólares (10.800 millones de euros), lo que representa una apreciación del 9,5% desde la integración.

    XVIII Reunión Anual de la Red Temática LIGNOCEL

    Vie, 10/21/2016 - 09:31

    Los días 6 y 7 de octubre de 2016 se ha celebrado en la Universidad de Jaén la XVIII Reunión Anual de la Red LIGNOCEL: “Retos enzimáticos, químicos y de ingeniería para la utilización de recursos agroforestales no alimentarios (lignocelulosa) en una bioeconomía más sostenible y menos contaminante”

    Autora: [Paloma Manzanares -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT]

    La Red Temática LIGNOCEL, financiada por el MINECO/INIA (AC2014-00017-00-00 y AC2015-00008-0Q-OO), reúne desde hace años a más de una treintena de grupos de investigación y empresas relacionadas con el sector de las bio-industrias, constituyendo  un foro único de intercambio de conocimiento y discusión entre equipos de trabajo con intereses en el área del aprovechamiento de biomasa vegetal como materia prima renovable para la obtención de biocombustibles y bioproductos. Este año la organización del evento ha recaído en el Grupo de Investigación en Ingeniería Química y Ambiental (IQUIMA) de la Universidad de Jaén.

    El uso de recursos renovables se hace imprescindible para hacer frente a la creciente demanda energética y de productos químicos, la limitada disponibilidad de los recursos fósiles y el calentamiento global, provocado por la emisión de gases con efecto invernadero. En este contexto, la biomasa lignocelulósica contenida en los residuos agrícolas, forestales e industriales y cultivos industriales y energéticos es una excelente alternativa como materia prima renovable para la producción de bienes de consumo de elevada demanda, y la aplicación de la biotecnología en la transformación de los este tipo  de materiales es un área de investigación prioritaria a nivel mundial. Uno de los campos donde más se ha puesto de manifiesto la contribución de la biotecnología en el desarrollo de procesos industriales más limpios y eficientes para la obtención de biocombustibles y bioproductos a partir de biomasa lignocelulósica, es en las técnicas de fraccionamiento de la biomasa en sus tres biopolímeros constituyentes (celulosa, hemicelulosa, lignina) y su posterior revalorización. Los investigadores de la Red trabajan en el desarrollo de herramientas biotecnológicas a partir del conocimiento de la biodegradación de la lignocelulosa que tengan aplicación en diferentes sectores productivos como el papelero, los biocarburantes, la eliminación de compuestos tóxicos recalcitrantes, etc. En los últimos años,  el consorcio científico-tecnológico de los integrantes de la Red ha alcanzado logros de gran relevancia en este ámbito de aplicación de la Biotecnología.

    En esta XVIII Reunión de la Red participaron 3 investigadores de la Unidad de Biocarburantes del Ciemat, que presentaron los últimos avances de su investigación sobre la revalorización de los residuos de la industria oleícola para la obtención de productos de alto valor añadido. Concretamente, se mostraron los resultados de la utilización del orujillo generado en las industrias extractoras de aceite de orujo para la producción de bioetanol y otros productos, tales como el manitol, mediante un proceso de conversión que incluye las etapas de extracción acuosa, tratamiento hidrotérmico “Liquid Hot Water” (agua caliente líquida),  hidrólisis enzimática y fermentación.

    Primeros avances en el diseño de receptores solares de torre con fluidos supercríticos

    Vie, 10/21/2016 - 09:25

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

                En las tecnologías de concentración solar térmica, la selección apropiada del fluido de transferencia de calor permite incrementar tanto la eficiencia del receptor como la eficiencia global de la instalación. El empleo de fluidos innovadores en el receptor solar puede aumentar su coste debido a que debe soportar condiciones de trabajo más exigentes; sin embargo, la mejora de la eficiencia tanto del receptor como del ciclo de potencia permite disminuir el coste de la electricidad producida.

                Para un receptor tubular de torre, la radiación solar concentrada es transferida desde las paredes del tubo hasta el fluido de transferencia de calor, el cual pasa a través de un intercambiador de calor para generar el vapor que alimenta un ciclo Rankine. Por tanto, cuanto mayor sea la temperatura alzanzada por el fluido de trabajo, mejor será la eficiencia tanto del receptor como del ciclo [1]. Por otro lado, los fluidos de transferencia de calor empleados en una planta termosolar comercial con tecnología de torre son principalmente sales fundidas y agua/vapor, cuyas propiedades limitan el rendimiento de la planta. Así, las sales fundidas presentan un límite de temperatura máximo de 600ºC, mientras que la generación directa de vapor implica un control complejo (flujo bifásico) y una capacidad limitada para el almacenamiento térmico [2].

                La búsqueda de fluidos innovadores que permitan alcanzar mayores temperaturas de trabajo ha llevado al desarrollo de nuevos diseños de receptores solares con CO2 supercrítico (s-CO2) basados en módulos tubulares capaces de soportar altas presiones internas del fluido supercrítico (alrededor de 20 MPa) y elevadas temperaturas (627 ºC) [3][4]. Estas condiciones de trabajo y la existencia de conexiones móviles en el circuito de la planta termosolar plantean retos técnicos cuando se emplea s-CO2 debido a la falta de compatibilidad de los materiales sellantes y a las posibles fugas del fluido. No obstante, dichos problemas pueden ser controlados mejor en la tecnología de torre, ya que el receptor solar es fijo [5].

    Con el fin de integrar nuevos fluidos térmicos en plantas termosolares, el proyecto AlcConES, financiado por la Comunidad de Madrid, contempla como actividad el estudio de las condiciones de operación para el uso del s-CO2 en receptores solares de torre. En concreto, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) está realizando un análisis de dichas condiciones de operación para un receptor tubular de torre que emplea este fluido supercrítico como medio de transferencia de calor. Para ello, se ha desarrollado un modelo de simulación, mediante la Fluidodinámica Computacional, aplicado a un diseño anterior creado para el uso de sales fundidas y validado con resultados experimentales obtenidos a partir de la puesta en marcha y ensayo del sistema. Dicho diseño consta de distintos grupos de tubos metálicos, dispuestos en tres paneles, por los que circula el fluido de trabajo [6] (Figura 1a).

    A partir de la simulación de un único panel de tubos y considerando una condición de simetría (Figura 1b), se obtuvo la primera evaluación de las condiciones de operación para un caudal fijado y una temperatura de entrada de 442 ºC. Para mantener la condición supercrítica del fluido a la salida del primer panel (presión algo superior a la crítica), la presión a la entrada debería ser prácticamente de unos 10 MPa, alcanzándose los 630 ºC en el fluido. Este primer análisis permitió observar que la presión de operación necesaria para el s-CO2 es mucho mayor que la necesaria para las sales fundidas (alrededor de 0.6 MPa); sin embargo, dicha presión es alcanzable con equipos ya empleados experimentalmente en otras instalaciones termosolares [7]. Cuando se extiende el estudio a los tres paneles, la presión de entrada requerida para mantener la condición supercrítica del fluido es de unos 14 MPa.

     

    Figura 1. Diseño inicial del receptor solar de torre para s-CO2: a) receptor tubular de tres paneles, b) dominio de simulación.

    Por otro lado, la temperatura alcanzada en el primer panel (630ºC) ya supera la temperatura límite de trabajo para las sales fundidas (600ºC); lo que permitiría, tal y como se ha mencionado, un incremento en la eficiencia del ciclo de potencia. Por tanto, a partir de estos primeros resultados, el s-CO2 se plantea como una prometedora alternativa como fluido de transferencia de calor en receptores tubulares de torre; sin embargo, como futuro desarrollo es necesario adaptar el diseño del receptor a las condiciones específicas del fluido supercrítico, de forma que se pueda optimizar el sistema. Ésta es la dirección que está siguiendo el CIEMAT en el estudio del s-CO2 como fluido de trabajo en receptores solares de torre.

    Fuentes:

    1. N. Boerema, G. Morrison, R. Taylor and G. Rosegarten, Sol. Energy 86, 2293-2305 (2012).
    2. Z. Ma and C.S. Turchi, Advanced Supercritical Carbon Dioxide Power Cycle Configurations for Use in Concentrating Solar Power Systems, Supercritical CO2 Power Cycle Symposium, NREL/CP-5500-50787 (2011).
    3. C.K. Ho and B.D. Iverson, Renew. Sust. Energ. Rev. 29, 835-846 (2014).
    4. S.M. Besarati, D.Y. Goswami and E.K. Stefanakos, J. Sol. Energ-T. ASME 137, 031018 1- 031018 8 (2015).
    5. K. Vignarooban, X. Xu, A. Arvay, K. Hsu and A.M. Kannan, Appl. Energ. 146, 383-396 (2015).
    6. M.I. Roldán and J. Fernández-Reche, CFD analysis of supercritical CO2 used as HTF in a solar tower receiver, SolarPACES Conference (2015).
    7. J. Muñoz-Anton, M. Biencinto, E. Zarza, L.E. Díez, Appl. Energ. 135, 373–381 (2014).

    7th EDICIÓN DE LA NOCHE EUROPEA DE LOS INVESTIGADORES

    Jue, 10/06/2016 - 08:47

    [Autora: Noemí Arconada, Instituto IMDEA Energía]

    El pasado viernes 30 de Septiembre se celebró la séptima edición de “La Noche Europea de los Investigadores”, proyecto de divulgación científica, que se celebra simultáneamente en 250 ciudades europeas desde 2005. Su objetivo principal es acercar los investigadores a los ciudadanos para que conozcan su trabajo, los beneficios que aportan a la sociedad y su repercusión en la vida cotidiana. En concreto, 36 actividades fueron organizadas por diferentes localidades de la Comunidad de Madrid entre las 16 y las 24 horas. Entre las 25 instituciones participantes se encuentran el Centro de Investigaciones Oncológicas (CNIO), el Instituto Español de Oceanografía (IEO), el Real Jardín Botánico (CSIC), el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y las universidades Autónoma de Madrid (UAM), Complutense de Madrid (UCM), etc., así como los siete Institutos Madrileños de Estudios Avanzados (IMDEA) , entre ellos, el Instituto IMDEA Energía.

    Durante esta jornada, los investigadores del Instituto IMDEA Energía invitaron a los más pequeños de la casa a pasar la Noche jugando con ellos y con la ciencia. Con el lema “El juego de la energía”, el instituto propuso a los jóvenes participantes (público infantil entre 5 y 10 años) una serie de experimentos con retos a superar en equipos, donde aprender sobre energías renovables, transformaciones energéticas, y la eficiencia y sostenibilidad del uso de energía.

    Todos los talleres científicos organizados estuvieron relacionados con energías renovables y con la mejora del uso de la energía. Entre ellos, la lucha contra el CO2 mediante la utilización de algas, capaces de utilizar el CO2 de la atmósfera para alimentarse y crecer. Por otro lado, la preparación de burbujas de jabón para capturar el CO2 en su interior, a partir de la utilización de hielo seco. Además se llevó a cabo el viaje por el mundo de la energía, donde la energía que acumula una pelota va cambiando a través de su recorrido (cinética, potencial, mecánica y química) y también su pérdida de energía en forma de calor por el rozamiento. Todo un abanico de actividades que fueron organizadas y adaptadas para aprender en familia sobre la energía jugando y demostrar así que la ciencia está al alcance de todos.

    Tras una divertida tarde cargada de actividades, risas y juegos, los niños entendieron los problemas que plantea el uso de la energía para nuestro medioambiente (las emisiones de CO2) y las soluciones que investigamos en el Instituto IMDEA Energía para capturarlo o eliminarlo.

    Referencias:

    Este proyecto está financiado por la Unión Europea dentro del Programa Horizonte 2020 de Investigación e Innovación, bajo las acciones Marie Skłodowska-Curie con el acuerdo de subvención número 721631.

    Adsorbentes Selectivos para Mejorar la Producción de Bioetanol Lignocelulósico

    Lun, 10/03/2016 - 03:53

    El uso de adsorbentes selectivos basados en  materiales porosos híbridos (MOF´s) puede ayudar a incrementar la eficiencia de los procesos de fermentación que se emplean para obtener bioetanol lignocelulósico que, al contrario que los biocombustibles de primera generación, se obtiene a partir de residuos vegetales que no tiene valor alimentario.

    [Autor: Juan M. Coronado-Instituto IMDEA Energía]

    Los materiales conocidos en inglés como  metal-organic framework (MOF’s) son sólidos porosos híbridos, en cuya composición participan agrupamientos metálicos y componentes orgánicos. Como consecuencia de sus elevadas superficies específicas y de la posibilidad de diseñar a medida las características de sus grupos funcionales, estos compuestos pueden ser excelentes adsorbentes selectivos. A efectos prácticos esto implica que un MOF con las propiedades adecuadas podría retener una molécula concreta ignorando otras de una mezcla heterogénea. Esta capacidad de discriminar moléculas es potencialmente útil en muchas aplicaciones industriales. Un buen ejemplo de ello es el estudio recientemente publicado que ha demostrado que la eficiencia de la producción de etanol de biomasa celulósica puede beneficiarse de la utilización de MOFs específicamente desarrollados para eliminar inhibidores de la fermentación (Chem. Commun. 2016, DOI: 10.1039/c6cc05864g).

    Los restos de podas de plantas leñosas, la paja de los cereales y otros residuos vegetales contienen en su estructura cantidades muy significativas de celulosa que se puede transformar en  bioetanol mediante la fermentación de azúcares extraídos de la biomasa. La gran ventaja de esta vía de producción de bioetanol es que, al contrario que la ruta convencional, no compite con la producción de alimentos. Actualmente este proceso genera ya anualmente cientos de millones de litros de combustibles renovables, y se espera que este volumen se siga incrementando.

    La extracción de los azúcares de la biomasa requiere descomponer los tejidos estructurales de las plantas, que son notoriamente recalcitrantes desde un punto de vista químico. Para conseguir realizar este proceso de forma eficiente los fabricantes de biocombustibles dependen típicamente de tratamientos ácidos en condiciones muy agresivas. Este proceso funciona bien, pero genera soluciones acuosas de azúcar contaminadas con 5-hidroximetilfurfural (HMF) y otros compuestos derivados del furano. Estas sustancias son tóxicas para los organismos que producen la fermentación y por tanto limitan la eficiencia de la producción de bioetanol. Además son difíciles de separar de soluciones azucaradas, ya que los adsorbentes que atrapan las moléculas dañinas también tienden a retener los azúcares que se usan como substrato.

    Un equipo liderado por Alexander Katz de la University of California en Berkeley, puede haber encontrado un método definitivo para superar los problemas de separación en las disoluciones azucaradas. Este grupo ha descubierto que el MOF conocido como NU-1000, que contiene moléculas de pireno en su estructura, retiene selectivamente los compuestos furánicos, ignorando a los azúcares. De esta manera en los ensayos realizados con concentraciones de glucosa trescientas veces mayores que las de HMF el material NU-1000 es capaz de atrapar el 80 % de las moléculas de furanos sin alterar de forma apreciable la concentración de glucosa. Aunque seguramente serán necesarios más estudios no cabe duda de que este trabajo abre nuevas e interesantes  perspectivas para incrementar la eficiencia de la producción de biocombustibles de segunda generación

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    Instituto Chileno de Permacultura