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Energia y Sostenibilidad

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    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

    Nuevo impulso para el desarrollo de la tecnología del hidrógeno como combustible en España

    Vie, 09/23/2016 - 07:12

    Aunque en diversas ciudades de España se puede ver algún vehículo impulsado por hidrógeno, el fomento del uso de este tipo de vehículos en la sociedad pasa necesariamente (y entre otras cosas) por el desarrollo paralelo de una infraestructura de estaciones de servicio que puedan surtir hidrógeno. En este sentido, se ha puesto en marcha el proyecto H2PiyP, que creará un corredor de hidrógeno entre España, Francia y Andorra.

    Autor: [Arturo J. Vizcaíno – Universidad Rey Juan Carlos]

    El proyecto H2PiyR, “Corredor de Hidrógeno para la región Pirenaica”, está incluido en el programa europeo de cooperación POCTEFA 2014-2020 y dispondrá de un presupuesto total de 3,9 millones de euros, de los que 2,4 millones provienen del FEDER a través del mencionado programa.

    El proyecto consiste en el desarrollo de un corredor transfronterizo de estaciones de repostaje para vehículos de hidrógeno (hidrogeneras) que conecte España, Andorra y Francia, logrando así la conexión con los países del centro y norte de Europa donde la movilidad sostenible con hidrógeno ha despegado y es una realidad. Para ello, se construirán 6 hidrogeneras, que generarán hidrógeno limpio de energías renovables, situadas estratégicamente en Zaragoza, Huesca, Fraga, Tarragona, Andorra y Pamiers. A ellas se añadirán las ya construidas en Huesca (Parque Tecnológico Walqa) y Zaragoza (Valdespartera), así como 2 que se están construyendo en Rodez y Albi, situadas al sur de Francia. Se completará así un corredor con un total de10 hidrogeneras que cubrirán un área aproximada de 500 kilómetros para vehículos basados en pila de combustible.

    Entre los objetivos que persigue el proyecto, destacan: crear una red de movilidad con hidrógeno entre los distintos países de la Unión Europea, reducir las emisiones asociadas a los vehículos tradicionales, impulsar las economías locales, crear oportunidades de negocio (en especial para las PYMEs) y fomentar la innovación en tecnologías del hidrógeno en todas las áreas del conocimiento necesarias para implementar el corredor.

    El pasado 12 de septiembre de 2016 tuvo lugar la reunión de lanzamiento del H2PiyR en la sede de la Fundación para el Desarrollo de Nuevas Tecnologías del Hidrógeno en Aragón, quien coordinará el proyecto durante los próximos tres años. Es de esperar que H2PiyR se convierta en un banco de ensayos a escala real para la demostración de las ventajas del uso del hidrógeno y los vehículos de pila de combustible.

    Fuentes:

    https://www.poctefa.eu/eje-1/

    http://hidrogenoaragon.org/

     

    Jornada científica sobre el Almacenamiento de energía térmica para aplicaciones solares

    Lun, 09/19/2016 - 05:46

    El pasado 14 de Septiembre, la sede del instituto IMDEA Energía albergó la jornada técnica “Thermal Storage for Solar Thermal Concentrating Plants” que contó con la participación de casi 70 representantes de los principales centros de investigación y empresas del sector energético. La jornada se enmarcó dentro de las actividades de investigación que se están desarrollando en el proyecto europeo STAGE-STE (Scientific and Technological Alliance for Guaranteeing the European Excellence in Concentrating Solar Thermal Energy) y el proyecto regional ALCCONES (Almacenamiento y Conversión de la Energía Solar Térmica de Concentración).

    [Autor: Miguel A. Reyes-Instituto IMDEA Energía]

    Durante la jornada se reflejó el gran esfuerzo que están realizando los centros de investigación en el desarrollo y mejora de los sistemas de almacenamiento térmico para las aplicaciones termosolares. Poniéndose de manifiesto las ventajas y el potencial de la energía termosolar de concentración frente a otros recursos energéticos renovables, debido a la posibilidad de almacenamiento de grandes cantidades de energía de una forma eficiente y a un coste competitivo. Dichos sistemas de almacenamiento dotan a la energía solar de concentración de una gran flexibilidad frente a otros métodos de producción. Por ejemplo permiten un mejor ajuste entre la energía demandada por la red y la producida por la planta al permitir almacenar energía térmica durante periodos de baja demanda para transformarla en electricidad cuando es requerida por la red. También permite operar a la planta en condiciones más estables de funcionamiento y de mayor rendimiento al amortiguar mediante el almacenamiento posibles efectos transitorios (como por ejemplo el paso de nubes). Igualmente permite desplazar la producción de electricidad hacia las horas de mayor precio de venta utilizando la energía almacenada térmicamente.

    La investigación y mejoras en los sistemas de almacenamiento presentados durante la jornada científica permitirán el mejor aprovechamiento del recurso solar logrando un abaratamiento en los costes de producción de la energía eléctrica.

    Web de la jornada: http://www.energia.imdea.org/eventos/2016/jornada-almacenamiento-termico-centrales-termosolares

    BioForEver, nuevo proyecto de demostración para la obtención de bioproductos a partir de biomasa lignocelulósica

    Dom, 09/18/2016 - 08:59

    BioForEver, acrónimo del proyecto BIO-based Products from FORestry via Economically Viable European Routes, es uno de los últimos en contar con el respaldo económico del consorcio Bio Based Industries Joint Undertaking (BBI JU), creado a partir del programa Horizonte 2020 de impulso a la investigación y la innovación de la Unión Europea. Quince empresas buscan desarrollar un modelo de biorrefinería a partir de biomasa leñosa para la posterior fabricación de, entre otros, butanol, etanol y plásticos.

    [Autor: Jose Miguel Oliva -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT]

    El consorcio está liderado por DSM, multinacional holandesa de base científica que participa junto con Poet en una de las primeras plantas comerciales de etanol lignocelulósico.

    En un comunicado conjunto de las quince empresas que forman el consorcio se expone el principal objetivo de BioForEver: “demostrar la viabilidad de varias cadenas nuevas de valor para transformar materias primas lignocelulósicas en productos químicos a escala industrial, como butanol, etanol y ácido 2-5-furandicarboxilico (FDCA)”. Este último compuesto serviría para fabricar plásticos equivalentes a los actuales PET (polietileno tereftalato). Sus promotores advierten que este proyecto de demostración tendrá muy en cuenta la viabilidad comercial del uso final de estos productos.

    Según se afirma en el comunicado “Una de las características que diferencia este proyecto de biorrefinería de otros es que analiza el proceso de transformación desde el comienzo hasta el final de diferentes cadenas de valor, de manera integral”. Igualmente se afirma que “Las biorrefinerías deben ser un componente, entre otros, de la bioeconomía, no un elemento aislado en el que no se sabe de partida dónde van a acabar los productos elaborados”.

    El consorcio muestra su optimismo sobre la posibilidad de alcanzar nuevos procesos químicos que sean plenamente competitivos frente a otros derivados del petróleo (energía) y los azúcares (alimentación).

    BioForEver acaba de dar sus primeros pasos y tendrá una duración de tres años. El presupuesto total es de 16,2 millones de euros, de los cuales el consorcio europeo público/privado BBI creado dentro del programa Horizonte 2020 contribuye con diez millones. La intención es que este tipo de biorrefinerías se asienten en importantes centros logísticos europeos como el puerto de Rótterdam.

    El proyecto está abierto no solo a biomasa leñosa, sino a otras derivadas de residuos agrícolas y cultivos energéticos. Es el caso del bagazo procedente de la variedad de caña de azúcar (EUnergyCane) con la que trabaja Alkol Biotech.

    Fuentes: http://www.energias-renovables.com. http://www.dsm.com

    Transformación directa de lignocelulosa en alcanos líquidos

    Mié, 09/14/2016 - 10:03

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

    La conversión de biomasa lignocelulósica renovable en combustibles líquidos resulta particularmente atractiva aunque representa un verdadero reto debido a su complejidad química y extrema estabilidad química. En un estudio muy reciente titulado “Direct hydrodeoxygenation of raw woody biomass into liquid alkanes”, Nature Communications 7 (2016) doi: 10.1038/ncomms11162, se ha puesto de manifiesto que puede realizarse la hidrodesoxigenación de biomasa en alcanos líquidos con un rendimiento másico hasta 28.1% utilizando un catalizador multifuncional Pt/NbOPO4 en suspensión en ciclohexano. Este catalizador permite la conversión simultánea de fracciones de celulosa, hemicelulosa y lignina en hexano, pentano y alquilciclohexanos, respectivamente, sin ningún pretratamiento previo de la biomasa de partida.

    Se estima que el consumo de los combustibles de transporte va a aumentar notablemente a lo largo de las próximas décadas, con el consiguiente deterioro ambiental asociado.  Ante tal situación, se necesitan alternativas de producción que vengan a cubrir este incremento de demanda, difícil de satisfacer mediante el crudo convencional.  A lo largo de los últimos años se han explorado con éxito varios procesos de producción basados en biomasa renovable. Los componentes principales de la biomasa son: (i)  lignocelulosa, un polímero lineal de D-glucopiranosa conectada por enlaces β-1,4-glycosidicos, es el componente principal de la biomasa (40-50%), (ii), hemicelulosa , es un heteropolímero de varios monómeros de azúcares (16-33%); y (iii), lignina, es un polímero complejo con monómeros de alcoholes cumaril, coniferil y sinapil fuertemente entrecruzados en la estructura (15-30%).  Como consecuencia de la complejidad estructural de la biomasa lignocelulósica y su resistencia química a la transformación, la eficiencia energética y el coste efectivo de producción de combustible líquidos constituyen uno de los retos más grandes de la tecnología.

    Hasta la fecha se han seguido dos estrategias para abordar este proceso: (i) la separación de la lignocelulosa en azúcares aislados y lignina seguido de un procesado hidrolítico, bien químico o biológico, y (ii) tratamiento termoquímico de la lignocelulosa para producir intermedios tales como bio-aceites  (pirolisis) o gas de síntesis (gasificación), acoplados a etapas de purificación catalítica. Los procesos termoquímicos presentan la ventaja  de conversión completa pero resultan usualmente no selectivos, por otra parte, los bio-aceites o el gas de síntesis tienen que purificarse antes del proceso de utilización final. Si bien la tecnología basada en la hidrólisis ofrece producción selectiva  de combustibles líquidos, requiere varios procesos acoplados en serie con el consiguiente aumento del consumo energético. Además, la lignina originada en la hidrólisis de la lignocelulosa se quema como un combustible de escaso valor.

    Aún con las dificultades mencionadas, se han puesto en marcha estrategias alternativas selectivas y eficientes para convertir el sustrato lignocelulósico en combustibles líquidos. La conversión directa de lignocelulosa en alcoholes y fenoles se ha realizado recientemente. Sin embargo, la producción directa de hidrocarburos (eliminación total de oxígeno) se consigue básicamente en la actualidad a partir de componentes separados de la lignina o la celulosa. Por ejemplo, se ha reportado un proceso en dos etapas  (pretratamiento químico e hidrogenolisis/hidrogenación) de conversión de lignina en alcanos y metanol. A nivel industrial, las empresas Shell/GTI  y Virent Energy System han establecido las tecnologías de transformación de azúcares en combustibles líquidos. La tecnología Shell se basa en un proceso termoquímico en el que el precursor reacciona a temperatura relativamente elevada (350–540 °C). En cambio, el proceso Virent convierte los compuestos oxigenados solubles en agua en hidrocarburos C4+, alcoholes y cetonas en fase acuosa o en fase de vapor. Esto se consigue mediante reformado de compuestos oxigenados solubles en agua, seguido de condensación y desoxigenación. Más recientemente se ha utilizado un sistema de tres catalizadores que convierten el material celulósico en alcanos líquidos.

    Muy recientemente, un equipo multidisciplinar liderado por el Dr. Q. Xia del Research Institute of Industrial Catalysis, Shanghai (China), con la colaboración del STFC Rutherford Appleton Laboratory, Oxfordshire (UK) y la School of Chemistry, University of Nottingham, Nottingham (UK) realizó el estudio “Direct hydrodeoxygenation of raw woody biomass into liquid alkanes”, Nature Communications 7 (2016) doi: 10.1038/ncomms11162. En este trabajo se utilizó un catalizador  Pt/NbOPO4 multifuncional que convierte directamente la biomasa lignocelulósica en alcanos líquidos con rendimiento elevado. El proceso que se realiza en una sola fase (ciclohexano),  convierte fracciones de celulosa, hemicelulosa y lignina en hexano, pentano y alquilciclohexanos, respectivamente (Figura 1), lo que representa la conversión directa de lignocelulosa en alcanos líquidos bajo condiciones suaves de reacción y un solo catalizador. Además, este proceso no requiere ningún pretratamiento químico de la biomasa de partida, lo que conlleva un ahorro energético importante comparado con las tecnologías termoquímicas e hidrolíticas existentes.

     

     

     Figura 1. La biomasa puede convertirse directamente en alcanos líquidos sobre un catalizador de Pt/MbOPO4 en suspensión en ciclohexano. Las fracciones de celulosa, hemicelulosa y lignina producen respectivamente hexanos, pentanos y alquilciclohexanos.

    Combustibles solares: una alternativa a los combustibles fosiles

    Mar, 09/13/2016 - 05:52

    Autores: Esther Rojas y Alfonso Vidal-CIEMAT

    Aunque las formas más inmediatas de aprovechar la radiación solar serían la producción de electricidad y la calefacción, sin embargo, hay otras formas de uso de la radiación solar mas innovadoras como son los combustibles producidos directamente a través de la luz del sol.

    En la actualidad, la mayoría de los combustibles para el transporte, la generación de electricidad, y  otras materias primas para la industria se producen a partir de carbón, petróleo o gas natural. Pero una ruta alternativa para la producción de combustibles líquidos y gaseosos podría ser el uso de tecnologías que aprovechan la luz solar.

    La energía solar puede ser capturada y almacenada directamente en los enlaces químicos de un material, o “combustible”, y luego ser usada cuando sea necesario. Estos combustibles químicos se denominan combustibles solares.

    El término «combustible» se utiliza en un sentido amplio: se refiere no sólo a los combustibles para el transporte y la generación de electricidad, sino también a materias primas utilizadas en la industria. Este concepto de producir combustibles utilizando la radiación solar no es nuevo, dado que es la base de la fotosíntesis, en donde se utiliza la luz solar para convertir el agua y dióxido de carbono en oxígeno y azúcares u otros materiales que pueden considerarse como combustibles para las plantas.

    Durante más de medio siglo, los científicos han buscado la posibilidad de producir estos combustibles solares en el laboratorio. Hay tres posibles vías:

     • la fotosíntesis artificial en el que los sistemas hechos por seres humanos imitan el proceso natural;

    • Fotosíntesis naturales;

     y • procesos termoquímicos.

    En los últimos diez años la producción de combustibles solares a gran escala ha sido un área de intensa actividad de investigación, y actualmente está atrayendo interés comercial. Se han hecho progresos significativos en la producción de dos tipos muy importantes de combustibles: Por un lado, el hidrógeno, que puede ser producido por disociación del agua usando radiación solar y que se puede utilizar como combustible para el transporte y como materia prima para la industria. Y por otro, los combustibles a base de carbono, como el metano o el monóxido de carbono que pueden ser obtenidos por reducción de CO2 utilizando la radiación solar como fuente de energía. Estos productos son materias primas clave para la fabricación de una amplia gama de productos industriales, incluyendo fertilizantes, productos farmacéuticos, plásticos y combustibles líquidos sintéticos.

    A nivel internacional, hay una tendencia creciente a grandes programas dedicados a la investigación e innovación en producción de combustibles solares, algunos de ellos como JCAP dedicados a la producción de combustibles por fotosíntesis artificial están alcanzando gran renombre.  El objetivo final de JCAP (Joint Center for Artificial Photosynthesis), centro de innovación auspiciado por al DOE Energía, es desarrollar y en última instancia, permitir el despliegue en escala de una tecnología de la fotosíntesis artificial que producirá directamente combustibles a partir de luz solar. Sin embargo, dado que la investigación del programa ALLCONES se centra en tecnologías basadas en procesos termoquímicos, merece la pena citar algunas iniciáticas a nivel internacional en este campo. La unión Europea a través del  FCH_JU (http://www.fch.europa.eu/), asociación público-privada de apoyo a la investigación, está estableciendo estrategias para potenciar la I+D en este campo de gran importancia futura.  Cabe destacar, el papel de, Suiza, que lidera la investigación en este área, con programas diversos (http://www.prec.ethz.ch/research/solar-fuels/solarfuels.html) para la producción de combustibles solares. Estados Unidos, a través del programa STCH (solar thermochemical hydrogen production) financiado por el DOE un programa con el objetivo de desarrollar tecnologías para producir bajo coste (~3 USD/ kg) a partir de energía solar cuyo objetivo principal estaba dirigido al desarrollo de ciclos termoquimicos por su potencial de eficiencia. En este programa participan centros como SNL (Sandia National Laboratories), University of Colorado, University of Minnesota, Caluifornia Institute of Tehcnbology (Caltech), Argonne National Laboratory y General Atomics.  A principios del 2007, el programa de STC cambió su enfoque y comenzó nuevas vías de investigación para producir combustibles de hidrocarburos líquidos en lugar de H2  a través del programa S2P (Sunshine to petrol) http://energy.sandia.gov/energy/renewable-energy/solar-energy/sunshine-to-petrol/. Finalmente, Australia, a través de la iniciativa ASTRI (Solar Thermal Research Initiative, programa de investigación auspiciado por Gobierno Australiano, a través de la Agencia de Energía Renovable de Australia (ARENA), y en estrecha colaboración con varios Centros de Investigación de otros países tiene por objeto demostrar la producción de combustibles líquidos para incrementar la aportación de las CST y disminuir los gases de efecto invernadero de Australia (http://www.astri.org.au/).

    Estas iniciativas representan un paso importante sobre el importante potencial de producción de combustibles a partir de la luz solar. Cada vez hay más impulso en la comunidad científica global para el desarrollo de estas tecnologías que harán que los combustibles producidos por radiación solar limiten el impacto de los combustibles fósiles en nuestro planeta.

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    Instituto Chileno de Permacultura