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Energia y Sostenibilidad

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    Actualizado: hace 2 horas 3 mins

    El Congreso Mundial del Hidrógeno se celebrará el próximo mes de Junio en Zaragoza

    Vie, 05/27/2016 - 06:48

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

    El Congreso mundial del hidrógeno (WHEC 2016) tendrá lugar del 13 al 16 de Junio 2016 en Zaragoza. Este congreso que se celebra cada dos años es el referente a nivel mundial en energías renovables. Reúne a profesionales de las principales empresas del sector, centros de investigación y entidades públicas y privadas relacionadas con las tecnologías del hidrógeno. Al igual que en sus ediciones anteriores, es el foro más apropiado para dar a conocer los avances logrados en las tecnologías de producción, almacenamiento/distribución y uso en aplicaciones tanto fijas como móviles. Además de la faceta científico-técnica, el congreso cuenta con zonas de exposición y exhibición de nuevos prototipos, productos y servicios de empresas del sector del automóvil, así como aplicaciones ya reales y otras de futura comercialización.

    La 21a edición del Congreso Mundial del Hidrógeno (WHEC 2016) tendrá lugar entre el 13 y el 16 de junio de 2016 en Zaragoza. Este congreso está organizado por la Asociación Española de Hidrógeno (AeH2), con la colaboración de la Fundación para el Desarrollo de Nuevas Tecnologías del Hidrógeno en Aragón (FHa) y bajo el auspicio de la Asociación Internacional de la Energía del Hidrógeno (IAHE). El congreso, que tiene lugar cada dos años y se celebra por primera vez en España, es el referente a nivel mundial en energías renovables, que reúne a profesionales de las principales empresas del sector, centros de investigación y entidades públicas y privadas relacionadas con las tecnologías del hidrógeno. Al igual que en sus ediciones anteriores, es el foro más apropiado para dar a conocer los avances logrados en las tecnologías de producción, almacenamiento/distribución y uso en aplicaciones tanto fijas como móviles.

    Durante los cuatro días de duración, se presentarán alrededor de 800 ponencias procedentes de 58 países, junto a sesiones plenarias a cargo de prestigiosos especialistas y responsables de I+D de empresas e instituciones. Se tratarán temas clave del sector tales como el estado de la tecnología de las celdas de combustible aplicadas al transporte y la infraestructura de repostaje del hidrógeno con responsables de BMW Group, Toyota Motor Europe y NEL ASA.  Igualmente se revisarán las estrategias nacionales y las legislaciones puestas en marcha en torno al hidrógeno. Para ello cuenta con el concurso de representantes de diversas instituciones internacionales tales como la Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) Europea, el New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), California Fuel 3 Cell Partnership (CaFCP), Canadian Hydrogen and Fuel Cell Association (CHFCA) y el National Organisation Hydrogen and Fuel Cell Technology (NOW GmbH). En otra sesión a cargo de responsables de Hydrogenics Europe e ITM Power se abordarán retos tan importantes del sector como el almacenamiento del hidrógeno y los sistemas Power-to-Gas.

    Además de la componente científico-técnica, el congreso cuenta con zonas de exposición y exhibición de nuevos prototipos, productos y servicios de empresas del sector del automóvil, y de producción, desarrollo, almacenamiento, transporte y usos finales del hidrógeno, así como aplicaciones ya reales y otras de futura comercialización. Se podrán contemplar los nuevos desarrollos y avances de algunas empresas como como BMW Group, Toyota, Hydrogenics o ITM Power. Incluso se podrá ver el funcionamiento de una estación de repostaje de hidrógeno para vehículos equipados con celda de combustible (Figura 1).

    Figura 1. Modelo de automóvil (Toyota Prius Aqua FT-86) equipado con celda de combustible alimentada con Hidrógeno y provisto de tanque de almacenamiento a presión elevada.

    Las tecnologías del hidrógeno han experimentado un gran impulso a  nivel mundial durante la última década. El motor de este impulso radica en la aplicación en las celdas de combustible que se presentan como la mejor opción de lograr la seguridad de suministro energético y la reducción de la dependencia de los precursores fósiles, así como la necesidad de avanzar hacia un mix energético sostenible y con menor huella de carbono. La Unión Europea, con una fuerte dependencia de las energías fósiles, ha impulsado medidas dirigidas a incrementar el uso de las energías renovables dentro de la Estrategia Energética 2020 y de marcos como la Energy Roadmap 2050, donde se contemplan sistemas de almacenamiento de energía entre los que se encuentra el hidrógeno. También la Directiva 2014/94/UE para la implantación de una infraestructura para los combustibles alternativos contempla el hidrógeno, si bien la apuesta decidida de la UE se situó en 2007 con la creación del Séptimo Programa Marco de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la EU, la Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, que ha tenido su continuación en una segunda fase dentro del programa de Investigación e Innovación H2020, establecida para el periodo 2014-2020. En el caso de España, referente en energías renovables, está siendo un gran campo de investigación para el avance en la producción y almacenamiento de hidrógeno a partir de fuentes renovables y mediante procesos sostenibles, gracias a un activo tejido de empresas y centros de referencia, junto a proyectos innovadores puestos en marcha en Comunidades Autónomas como Andalucía, Castilla-La Mancha o Aragón.

    Para más información, contactar la página: http://www.whec2016

     

    Investigando el efecto volumétrico en medios porosos metálicos: proyectos SOLGEMAC y ALCCONES

    Vie, 05/20/2016 - 05:42

    Autores: Jesús Fernández-Reche, Antonio Ávila-Marín. CIEMAT-Plataforma Solar de Almería

    Los receptores volumétricos supusieron, allá por los años 90, una alternativa prometedora a los típicos receptores de tubos empleados en la tecnología solar de receptor central hasta esa fecha. En primer lugar porque abría la tecnología al empleo de aire (u otros gases) como fluido refrigerante en este tipo de sistemas, ampliando las temperaturas de operación hasta los 1000 ºC, mientras que en los sistemas que emplean agua/vapor o sales fundidas se encuentra limitada a temperaturas inferiores a los 600 ºC.

    Por otro lado, el proceso de intercambio térmico entre el material absorbente y el fluido refrigerante presenta ciertas diferencias respecto a los receptores tubulares, permitiendo una mayor eficiencia en dicho intercambio, al menos desde el punto de vista teórico:

    1. El proceso de intercambio de calor entre el medio metálico y el fluido se produce en la misma superficie, no está presente el proceso de conducción de calor entre la cara externa e interna los receptores tubulares. Esto hace que la diferencia de temperaturas entre metal y fluido sea muy pequeña, permitiéndose alcanzar en el fluido temperaturas muy altas y similares a las temperaturas del absorbedor (Fig.1).
    2. Por otro lado, la absorción de la radiación no se produce únicamente en la superficie externa del receptor, sino que se absorbe en un volumen a distintas profundidades. Esto hace que las temperaturas máximas, tanto del fluido como del material absorbedor se produzcan en el interior del absorbedor, minimizando considerablemente las pérdidas térmicas por radiación en estos receptores (Fig.1).

    Fig. 1. Intercambio de calor en receptores tubulares (izda.) y volumétricos (drcha.)

    En la mayoría de prototipos ensayados hasta la fecha (en la PSA se han ensayado más de 20 prototipos diferentes), este efecto volumétrico teórico no se ha corroborado experimentalmente, alcanzando dichos prototipos eficiencias menores a las predichas teóricamente, incluso en los rangos de temperatura de 500-600 ºC.

    Es por todo esto, que CIEMAT-PSA empezó hace más de 5 años a investigar cuales son los parámetros del medio poroso absorbente (porosidad, tamaño de hilo, grosor,…) que afectan en mayor medida al efecto volumétrico (Fig.2); y que geometrías son las que consiguen una mayor eficiencia en el proceso. Para ello, y dentro de los proyectos SOLGEMAC y más recientemente ALCCONES (ambos financiados por la Comunidad de Madrid), se abordó el problema desde dos vertientes complementarias:

    1. Por un lado, construyendo un modelo de intercambio radiativo/convectivo que nos permita, una vez parametrizado el absorbedor, poder analizar la influencia de dichos parámetros en el efecto volumétrico y como optimizar el diseño o la geometría de este tipo de absorbedores.
    2. Y por otro, equipando un laboratorio con sendos simuladores solares que nos permitan corroborar experimentalmente los modelos teóricos desarrollados.

     

    Fig. 2. Absorbedores ensayados en los simuladores solares y modelado geométrico de los mismos para el análisis CFD del proceso.

    Los primeros resultados obtenidos en los simuladores nos han permitido corroborar la validez de los modelos desarrollados, de manera que, en este momento, nos encontramos en disposición de simular fácil y rápidamente decenas de configuraciones geométricas diferentes, apilamientos de distinta porosidad, distintos tamaños de hilo, profundidades de absorbedor, etc.

    Una vez identificados los resultados más prometedores, se ensayaran en los simuladores solares existentes con el objeto de corroborar experimentalmente los resultados y, posteriormente, una serie de prototipos a escala se ensayaran en el horno solar de la PSA bajo radiación solar concentrada y en condiciones reales de operación.

    Oxidación de hidrógeno en medio alcalino: Ni/N-CNT

    Jue, 05/19/2016 - 04:55

    Autor: Manuel Montiel. Universidad Autónoma de Madrid

    Las pilas de combustible son dispositivos capaces de transformar en energía eléctrica y de manera efectiva la energía química almacenada en combustibles como hidrógeno o alcoholes de baja masa molecular. Dentro de las pilas de combustible, las que operan a baja temperatura (~100 ºC), han sido tradicionalmente dispositivos de membrana polimérica que trabajan en medio ácido. Para llevar a cabo el proceso electroquímico se han empleado catalizadores de Pt o metales del grupo del platino (PGMs), tanto para la oxidación de combustibles en el ánodo como para la reducción de oxígeno en el cátodo. Pero el empleo de nuevos dispositivos de membrana polimérica que trabajan en medio básico ha permitido abrir el abanico de catalizadores que se pueden emplear, tanto en el ánodo como en el cátodo [1]. Sin embargo, mientras que para el cátodo se han conseguido catalizadores con actividad comparable a la del Pt, solo algunos PGMs (Pt, Ir, Pd…) presentan una actividad adecuada para la oxidación de hidrógeno en medio alcalino, donde la reacción es más lenta.

    Una alternativa al empleo de PGMs como ánodos en pilas de hidrógeno alcalinas son los catalizadores basados en níquel, como aleaciones de NiMo, NiTi o NiCoMo, o también nanopartículas de níquel decoradas con óxidos metálicos. Aunque la actividad de estos materiales es inferior a la obtenida con PGMs, se pone de manifiesto la posibilidad de abaratar los costes de las pilas de combustible de hidrógeno en medio alcalino. Recientemente Zhongbin Zhuang y colaboradores han presentado un trabajo en el que se describe la síntesis y caracterización de nanopartículas de Ni soportadas sobre nanotubos de carbono dopados con N (Ni/N-CNT) y con las que logran una actividad comparable a la del Pt en las mismas condiciones de medida [2]. Aunque los nanotubos de C dopados con N (N-CNT) tienen una actividad frente a la oxidación de hidrógeno tan baja como los nanotubos de carbono sin dopar (CNT), su empleo como soporte produce un efecto sinérgico que no se observa con estos últimos.

    En este trabajo se llevaron a cabo cálculos DFT (Density Functional Theory) con dos modelos de nanopartículas cuboctaédricas de Ni (Ni13 y Ni37), investigando el efecto de la localización de los átomos de N en relación con la nanopartícula (en el centro: Nc, o en los bordes: Ne). Se observó que los clúster de Ni sin soportar o soportados sobre CNT presentan una distribución de energías de enlace Ni‑H más amplia, lo que implica mayor heterogeneidad de sitios a los que se une el H, además de que la unión a dichos sitios es más fuerte en la mayoría de los casos. Mientras, en los modelos con carbono dopado no se observan energías tan altas. Estas diferencias tienen un origen tanto electrónico (debido a transferencias de carga) como geométrico (relajación del clúster).

     (a) Distribution of site-dependent hydrogen-binding energies for each model system. (b) Distribution of relaxation energies for each model system on hydrogen-binding to each site. (c) Shifts in the d-band centre with respect to the Fermi level and binding energy at adjacent Ni sites (1,2,3) and (2,3,4).

    Zhuang, Z. et al. Nickel supported on nitrogen-doped carbon nanotubes as hydrogen oxidation reaction catalyst in alkaline electrolyte. Nat. Commun. 7:10141 doi: 10.1038/ncomms10141 (2016)

    Los cálculos teóricos también indican que los átomos de N que interaccionan con el centro de la nanopartícula (Nc) producen una relajación de la estructura del clúster de menor grado que para Ni o Ni/CNT, mientras que los Ne producen una relajación con una reconstrucción mínima de la estructura, relacionado con la menor fortaleza de los enlaces Ni-H que se forman. Estos efectos electrónicos y estructurales se traducen en una mayor activación de los centros implicados frente a la reacción de oxidación de hidrógeno. Así mismo, estos cálculos predicen que tamaños más pequeños de nanopartículas podrían proporcionar mayor actividad frente a esta reacción, debido a un mayor número de interacciones Ni-Ne. Como se muestra en la siguiente figura, los cálculos teóricos predicen de buen grado los resultados obtenidos para la densidad de corriente de intercambio en la reacción de oxidación de hidrógeno.

     

    Unpatterned bars are the calculated exchange current densities and patterned bars are the measured values. The calculated exchange current density of Ni/Ne-graphene is shown for Ni/N-graphene. Error bars are 75% confidence intervals resulting from the regression of the volcano relationship in Supplementary Equation 2.

    Bibliografía

    [1] Montiel M. Materiales carbonosos dopados con N como catalizadores para pilas de combustible. 2016.

    [2] Zhuang Z, Giles SA, Zheng J, Jenness GR, Caratzoulas S, Vlachos DG, et al. Nickel supported on nitrogen-doped carbon nanotubes as hydrogen oxidation reaction catalyst in alkaline electrolyte. Nature Communications. 2016;7:10141. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

     

    Curso de verano en Santander

    Vie, 05/13/2016 - 10:06

    El próximo mes de julio se impartirá en Universidad Internacional Menéndez Pelayo un curso de verano con el título: “Retos de los Procesos Químicos en el siglo XXIen el que se trata de poner de manifiesto la relevancia de la catálisis como herramienta clave a la hora de afrontar los retos energéticos y medioambientales que tiene planteada la sociedad actual. 

    En este curso se trata de buscar soluciones catalíticas a los problemas planteados, con el fin de mejorar la sostenibilidad mediante la implementación de nuevas tecnologías tanto en el diseño de procesos nuevos, como en la mejora de los ya existentes.   

    A lo largo de este curso se intentará dar respuestas concretas a las siguientes cuestiones:

    • ¿Cómo percibimos los procesos químicos?
    • ¿Cuál es el impacto de los Catalizadores en la sociedad?
    • ¿De qué están hechos los catalizadores? ¿Cómo se fabrican?
    • ¿Sabemos cómo son realmente? ¿Cómo se analizan?
    • ¿Cómo se aplican a diferentes tipos de procesos?
      • Procesos catalíticos en Química Verde
      • Pilas de combustible (hidrógeno)
      • Energía y Química sostenible
      • Protección Ambiental

    El curso está dirigido a estudiantes de último curso, grado, master y doctorado en Química e Ingeniería Química, de Física y de Medioambientales, ya que la catálisis se encuentra en el punto de intersección entre estas disciplinas.

    Está prevista la concesión de becas, tanto de matrícula como de estancia para alumnos, pudiéndose encontrar toda la información referente al programa del curso, así como al procedimiento de inscripción y solicitud de becas en el siguiente enlace:

    http://www.uimp.es/agenda-link.html?id_actividad=632E&anyaca=2016-17

    El difícil equilibrio entre el control de la contaminación y la eficiencia energética

    Vie, 05/13/2016 - 04:23

    El reciente escándalo de los motores trucados para eludir los controles de emisiones contaminantes pone de manifiesto que las soluciones tecnológicas para la eliminación de NOx,a pesar de los enormes avances conseguidos, no son aun plenamente satisfactorias. Para hacer frente al difícil reto de reducir el consumo de combustibles y simultáneamente potenciar la eliminación de los gases contaminantes será necesario desarrollar sistemas catalíticos más eficientes.

    Autor: Juan M. Coronado-Instituto IMDEA Energía

    En septiembre de 2015,  la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) reveló que Volkswagen había modificado fraudulentamente el software  de sus automóviles con motor diésel para superar las pruebas de emisiones. Los estudios realizados indican que algunos de estos vehículos emitían en condiciones reales hasta 40 veces más NOx (una combinación NO y NO2) que el límite  legalmente admitido.1 

    La exposición a corto plazo a dióxido de nitrógeno se vincula con a la inflamación de las vías respiratorias y el aumento de los síntomas de asma. En la atmósfera, el dióxido de nitrógeno contribuye a la formación de ozono troposférico y partículas, que también tienen efectos perjudiciales para la salud. Un estudio reciente estima que exceso NOx liberado por los coches trucados de Volkswagen en los Estados Unidos podría causar 46 muertes adicionales sobre las esperadas por efecto de la contaminación,  y daños por un valor de 430 millones de dólares.2 En Europa, sin embargo, el exceso de NOx debido a las manipulaciones ilegales no sería tan evidente debido a la peor calidad media del aire, causado por la mayor proporción de vehículos diésel y una legislación menos restrictiva.

    El  escándalo de las emisiones ha causado una lógica oleada de  indignación ente los usuarios y la sociedad en general, que no puede entender y mucho menos justificar el uso de trucos informáticos para falsificar los datos de emisiones.  No cabe duda que no hay excusa posible para el fraude, y mucho menos si pone el riesgo la salud de las personas, pero estas manipulaciones muestran que existe un problema de fondo con la contaminación de los automóviles. Estas prácticas ilegales  se usaron para ocultar la incapacidad de encontrar soluciones técnicas adecuadas para el control efectivo de las emisiones de los vehículos con motores diésel.

    Los motores diésel son de 15 a 20% más eficientes que los motores de gasolina convencionales, en parte porque emplean un exceso de aire durante la combustión. La mezcla rica en oxígeno de los productos de la combustión de un motor diésel se expande más y transfiere más energía al empujar el pistón que un motor de gasolina, generando más energía mecánica para una cantidad dada de combustible. Después de la combustión, la temperatura dentro de los motores, tanto de gasolina como diésel, es lo suficientemente alta como activar la reacción del nitrógeno con el aire y generar NOx. Pero el exceso de oxígeno presente en un motor diésel crea un ambiente oxidante que hace difícil dar marcha en el proceso y reducir NOx a nitrógeno. Estas circunstancias crean la necesidad de un sistema de retrocontrol de emisiones. Si los sistemas funcionan bien, entonces el motor puede trabajar eficientemente mientras que la mayor parte de los NOx generados se eliminan de los gases de escape. Pero incluso con el mejor ajuste posible, estos sistemas electrónicos de control de mezcla reducen la eficiencia y aumentan el consumo de combustible. Es por ello que se hace imprescindible el empleo de sistemas catalíticos de control de las emisiones.

    El sistema de tratamiento post-combustión de NOx más común se conoce como reducción catalítica selectiva (SCR según el acrónimo inglés). Este proceso se basa en un catalizador que combina NOx y amoníaco para producir nitrógeno de forma selectiva. Para ello es preciso llevar a bordo un depósito de urea, que se descompone térmicamente en amoníaco y permite  inyectar este componente en el sistema de escape. Pero el mayor problema es que los catalizadores basados en zeolitas de estos sistemas no funcionan a temperaturas por debajo de unos 200 °C. Sin embargo, tales temperaturas se dan en numerosas circunstancias de la conducción como durante el arranque frío o con el motor al ralentí, y su contribución a las emisiones acumuladas durante toda la vida de un vehículo es significativa.

    Otro tipo de dispositivo para el tratamiento de emisiones son las trampas de NOx. Estos sistemas, evitan el uso del depósito de urea, que es difícil de acoplar en los vehículos más pequeños, y aprovechan a su favor las condiciones oxidantes que hacen difícil reducir químicamente los NOx. Cuando el motor está en marcha con una mezcla pobre en combustible, la trampa utiliza nanopartículas de platino para catalizar la conversión del óxido nítrico a dióxido de nitrógeno, que rápidamente forma nitratos sólidos con las nanopartículas de óxido de bario. Posteriormente es posible reducir los nitratos alimentando mezclas ricas en combustible en intervalos cortos. Durante estos períodos, las nanopartículas de platino catalizan la reacción de los  hidrocarburos de la gasolina liberando los NOx de la trampa para producir nitrógeno y agua.

    Las trampas de NOx se han utilizado en algunos de los nuevos turismos diésel vendidos en Europa y Estados Unidos, incluyendo al menos uno de los modelos VW implicados en el escándalo, pero la inyección del combustible necesaria para regenerar la trampa afecta a la eficiencia del motor, por lo que esta estrategia han sido menos popular que los sistemas SCR. Más importante aún, las trampas son sensibles al envenenamiento por azufre, una impureza presente a nivel de trazas en el combustible diésel, y que puede acumularse limitando la regeneración del sistema. Aumentando la temperatura de trabajo del motor y añadiendo una dosis adicional de combustible es posible eliminar los sulfatos formados en la trampa, pero esto supone también reducir la economía de combustible.

    Estas limitaciones indican que, a pesar de los enormes avances conseguidos, las tecnologías existentes no son aun plenamente satisfactorias para hacer frente al reto de reducir simultáneamente el consumo de combustibles y las emisiones de gases contaminantes. Es preciso, por tanto, seguir investigando en el desarrollo de catalizadores cada vez más eficaces, que nos permitan desterrar para siempre las nubes gris anaranjadas que producen los NOx en los horizontes urbanos.     

    Referencias

    1. Melissae Fellet. ACS Cent. Sci. 2016, 2, 185−187 DOI: 10.1021/acscentsci.6b00098

    2. S. P. Holland et al., Environ. Sci. Technol. 2016, 50, 1111−1117 DOI: 10.1021/acs.est.5b05190

    1er Workshop esLCA: “Gestión del ciclo de vida en los sectores de la construcción y de la energía”

    Mié, 05/11/2016 - 04:44

    La Red Española de Análisis del Ciclo de Vida (esLCA) celebrará el 1er Workshop esLCA bajo la temática “Gestión del ciclo de vida en los sectores de la construcción y de la energía”. El evento tendrá lugar el próximo 23 de junio de 2016 en el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (Calle de Serrano Galvache, 4, 28033 Madrid). Esta primera edición del workshop, dirigido tanto a instituciones públicas como a empresas, contará con expertos ponentes que presentarán los últimos estudios y avances en materia de Análisis del Ciclo de Vida para los sectores tanto de la construcción como de la energía.

     

    El taller contará con un espacio para la exposición de pósteres relacionados con la temática específica del taller o con cualquier otro aspecto asociado al Análisis del Ciclo de Vida. La inscripción al workshop podrá realizarse en el siguiente enlace http://goo.gl/forms/OsSsJyJt4E. La participación en el taller es gratuita, pero el aforo es limitado. Las plazas serán asignadas por orden de inscripción en el enlace proporcionado.

    La organización del workshop agradece la financiación recibida del Ministerio de Economía y Competitividad a través del proyecto CTM2015-71930-REDT.

    ¿Groucho Marx tenía razón? Plantas termosolares de menor dimensión

    Lun, 05/09/2016 - 03:48

    Él ya dijo que la felicidad estaba hecha de “pequeñas cosas”. Todos hemos visto las imágenes de los extensos y brillantes campos de espejos rodeando una gran torre que recibe sus rayos para producir electricidad. ¿Y si se pudieran hacer a menor escala de forma que generen la energía necesaria para que funcione el hospital de su ciudad o produzcan la electricidad y agua caliente para un centro comercial o para una remota aldea africana? Puede que debamos acostumbrarnos a esta otra visión más cercana de la energía solar de concentración.

     Autora: Elena Díaz-Instituto IMDEA Energía

    El pasado 27 de abril se firmó por parte del Ayuntamiento de Móstoles la cesión de uso al instituto IMDEA Energía de una parcela aneja que acogerá actividades de investigación del proyecto Sun-to-Liquid (Síntesis integrada solar-termoquímica de hidrocarburos líquidos), dentro del programa marco de investigación europeo Horizonte2020. La citada parcela será el emplazamiento para la planta piloto experimental que llenará un hueco en la cadena necesaria para desarrollar las tecnologías de concentración solar del futuro (Figura 1), consistente en un campo solar de heliostatos de 250 kW y una torre donde se ubicará el receptor. Se estima que la inauguración se producirá a lo largo del próximo otoño, funcionando hasta 2019 dentro del marco del proyecto. Aunque el diseño, la construcción y la operación de esta instalación están enmarcadas en el proyecto Sun-to-Liquid con el objetivo de estudiar la producción de queroseno limpio para aviación a partir de CO2 (producto de deshecho y parcialmente responsable del efecto invernadero) y agua, podrá ser utilizada posteriormente para otras aplicaciones dentro de las líneas de investigación de IMDEA Energía. Podrá albergar bancos de ensayos para estudiar numerosos procesos, también a alta temperatura, como ensayos de materiales, captación del calor mediante absorbedores, ciclos de almacenamiento termoquímico,  síntesis de otros combustibles o producción de electricidad a pequeña escala.

     

    Figura 1: Ejemplo de las diferentes escalas de capacidades de las tecnologías termosolares de concentración

    Existen centrales termosolares de torre para producción de electricidad que están en funcionamiento, tres de ellas en España. Sin embargo, se trata de instalaciones de gran envergadura formadas por heliostatos de gran tamaño, alrededor de los 120 m2, que llegan a ocupar extensiones cercanas al kilómetro cuadrado. Las temperaturas típicas son del orden de los 600 ºC, para lo que son necesarios flujos de 600 kW/m2. En cambio, la planta piloto poseerá características y requisitos de funcionamiento únicos en su género: ocupará unos 500 m2 y estará constituida por 169 pequeños heliostatos de tan solo 3 m2 de superficie y una torre de 15 m de altura, lo que supone un impacto visual mínimo. Este diseño específico permite obtener concentraciones de 2.500 kW/m2 para alcanzar en el receptor temperaturas de operación de hasta 1.400 ºC. Estas peculiaridades permiten su posible aplicación al estudio de centrales termosolares a pequeña escala.

    El concepto de estas plantas, de menor tamaño que las comerciales, surge como consecuencia de los inconvenientes  respecto a costes y tiempos de construcción que tienen las de gran escala, que son mejorados debido a la simpleza de las estructuras de los heliostatos por su menor superficie y al uso de elementos prefabricados con instalación automatizada y de fácil sustitución. También se reducen las pérdidas energéticas con una mayor eficiencia óptica, al situarse el receptor a menor distancia de los heliostatos. Por otra parte, se deben solucionar algunos obstáculos como el escalado de los generadores y turbinas o la gestión del almacenamiento energético. La misma idea de centrales de poca envergadura puede aplicarse para formar sistemas de altas capacidades modulares o para generación distribuida.

    Mientras que en la zona oeste de EE.UU., en el continente africano y en Chile el número de plantas termosolares a escala comercial está creciendo, en otras zonas, con un recurso solar igualmente apropiado tales como Australia, Asia Central y Oriente Medio, son los enfoques modulares los que están abriendo el mercado termosolar. La empresa eSolar cuenta con una planta de 5MW en California (Sierra SunTower), con heliostatos de un metro cuadrado y dos torres con generación directa de vapor, que es efectiva para generar electricidad cuando hay sol disponible. No obstante, se hace demasiado costoso integrar un sistema de almacenamiento, por lo que han diseñado una segunda planta con módulos de 50MW recorridos por sales fundidas que contaría con un solo bloque central de generación. Como colaboración entre Doosan Skoda Power y la start-up de tecnología termosolar Vast Solar  se está construyendo una planta en Jemalong, Nueva Gales del Sur (Australia), que cuenta con 5 torres y un bloque de potencia, con una escala de aplicación en el rango de 20 a 50MWe. Una parte importante en ese desarrollo ha sido el diseño por parte de Doosan Skoda Power de los turbogeneradores de vapor dedicados a funcionar en un rango de 20 a 300MW. La aplicación termosolar requiere turbogrupos de menor tamaño, con alta flexibilidad operativa y aptos para funcionar en condiciones ambientales muy específicas. El diseño ha tenido que sortear, entre otros, obstáculos como:

    • Los frecuentes arranques y paradas inherentes a la operación de este tipo de centrales.
    • Esfuerzos térmicos locales sobre rotor, carcasa y álabes, y la falta de coincidencia térmica entre los componentes de la turbina motivados por los rápidos cambios de potencia.
    • Caídas rápidas de temperatura y corrosión por la entrada de oxígeno del aire, que pueden ocurrir durante las paradas nocturnas.
    • Fuerzas sísmicas adicionales, al existir gran actividad sísmica en algunas de las ubicaciones con intensidades de radiación interesantes.

    Otra forma de aplicar esta misma concepción de las plantas termosolares es orientarlas hacia la generación distribuida, es decir, sistemas de pequeña escala y próximos al consumidor, aplicables a bloques de edificios, áreas residenciales, centros comerciales, hospitales, áreas de ocio, parques ecológicos… Esta distribución hace que la generación sea más equilibrada, mejorando la fiabilidad y calidad del sistema eléctrico y reduciendo la dependencia de las grandes centrales, además de suponer menores pérdidas en la red al verse disminuidas las distancias de transporte. Un punto importante de estas instalaciones es el uso de energías renovables, siendo la energía solar una de las principales fuentes, actualmente aprovechada mediante paneles fotovoltaicos. Con los campos de heliostatos de bajas capacidades se pretende introducir también el aprovechamiento de la solar térmica. Existen numerosos estudios sobre su diseño y optimización, tanto de la parte óptica como de la termodinámica. Normalmente se tiende a sistemas turbinas de gas o cogeneración con combustibles de apoyo, existiendo la posibilidad de que se usen biocarburantes, y que, además, aprovechan el calor residual para calefacción o refrigeración.

    Aora Solar cuenta con una planta de 100 kW en Samar (Israel) que aporta miles de kilovatios a la red nacional israelí cada año desde 2009. En 2012 se inauguró su segunda planta en la Plataforma Solar de Almería (PSA). Además de producir electricidad, gracias a una turbina de gas híbrida de 100 kW situada en la torre, se generan 170 kW de calor residual para hacer funcionar una planta de desalinización. Estas plantas requieren menos extensión de terreno y menos agua, a la vez que generan más energía eléctrica útil y más energía térmica que otros sistemas solares. La aplicación de esta idea es especialmente interesante cuando existen núcleos rurales muy alejados, como ocurre en África, donde solo el 43% de sus habitantes tiene acceso a electricidad. Recientemente se ha firmado un acuerdo preliminar entre Aora Solar y el gobierno de Etiopía como parte del plan nacional para hacer neutral el balance de emisiones de CO2 del país para 2025. Se trataría de una colaboración entre el gobierno etíope, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Addis Ababa, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Adama y la Universidad del estado de Arizona para construir plantas termosolares y mejorar así la calidad de vida de sus habitantes.

    Figura 2: Izquierda: Diseño modular hexagonal de eSolar. Centro: Planta termosolar de Doosan Skoda y Vast Solar con 5 torres, en Jemalong, Nueva Gales del Sur (Australia). Derecha: Planta solar de Aora Solar en Tabernas, Almería

    El uso de la tecnología termosolar en centrales de torre de menor escala supone diversas ventajas, pero está aún en proceso de desarrollo para poder optimizar su funcionamiento, lo cual sería uno de los posibles objetivos a futuro de las próximas infraestructuras con las que contará IMDEA Energía.

    Más información:

    • IMDEA Energía (28/04/2016). Cesión de uso de parcela en el Parque Tecnológico de Móstoles para instalación solar experimental de la Fundación IMDEA Energía (http://www.energia.imdea.org/).
    • Qué! Móstoles (27/04/2016). Móstoles Tecnológico acogerá el nuevo instituto de IMDEA (http://www.que.es/mostoles).
    • Sun-to-liquid (http://cordis.europa.eu/project/rcn/199438_en.html).
    • eSolar (http://www.esolar.com/).
    • Aora Solar (http://aora-solar.com/).
    • Romero et al. (1999). Distributed power from solar tower systems: a MIUS approach.
    • Israel21c (27/10/2015). Aora Tulip to ‘grow’ over Ethiopia for solar power. (http://es.israel21c.org/).
    • Energías renovables (22/07/2014). Aora Solar prepara ya la quinta generación de su receptor termosolar (http://www.energias-renovables.com/).

    Alemania pone en marcha las ayudas a los vehículos eléctricos

    Jue, 05/05/2016 - 04:24

    Fuente: http://www.energynews.es/alemania-pone-marcha-las-ayudas-los-vehiculos-electricos/

    Publicado el 02/05/2016

     El gobierno alemán ha aprobado un plan nacional de desarrollo de la movilidad eléctrica con un presupuesto de 1.200 millones de euros para ayudas de hasta 4.000 euros para la compra de un vehículos eléctricos y ayudas a la redes de recarga y a la investigación.

    Alcanzar la meta de un millón de vehículos eléctricos en 2020, un objetivo reiterado por el gobierno alemán desde 2010, necesitaba de un empujón económico que, finalmente ha sido aprobado y entrará en vigor el mes que viene.

    El bono alemán, propuesto por los Ministerios de Medio Ambiente, Economía y Transporte, ha tenido su mayor opositor en el  Ministerio de Hacienda y ha sido consultado y negociado con los fabricantes que finalmente se hacen cargo de la mitad del presupuesto del plan ya que aportarán 600 millones de euros de los 1.200  millones totales.

    El programa cuenta con una subvención de 4.000 euros para la compra de un eléctrico de baterías y de 3.000 euros para la compra de un híbrido enchufable. La ayuda se asigna por orden de llegada de las solicitudes hasta la finalización de los fondos disponibles, es decir, no hay limitación presupuestaria anual hasta 2020, fecha límite del plan. La ayuda se otorgará a los coches cuyo precio no supere los 60.000 euros. Además se destinarán 100 millones de euros a la creación de beneficios fiscales.

    Volkswagen e-Golf y e-Up!

    Pero el plan no se limita a ayudas para la compra sino que es parte de un plan nacional para desarrollar el uso del coche eléctrico. Entre sus objetivos está la instalación por todo el territorio nacional de 15.000 puntos de recarga para lo que se ha aprobado un presupuesto de 300 millones de euros entre 2017 y 2020. De ellos 200 millones se dedicarán a estaciones de recarga rápida y 100 millones a la recarga normal. También se incluyen subvenciones para programas de investigación y desarrollo de baterías y la imposición de cuotas para la incorporación de vehículos eléctricos a las flotas de las administraciones con el objetivo de alcanzar el 25%.

    Lo comparamos con el plan MOVEA español

    Alemania llega tarde al establecimiento de un plan de ayudas, pero llega con ímpetu. Poca comparación soporta el vetusto plan MOVEA español (anteriormente conocido como MOVELE) contra el nuevo programa alemán.

    En cuantías, el último plan MOVEA contaba con 13,3 millones de euros, compartimentados en categorías, incluyendo ayuda a la compra y punto de recarga, contra los 1.200 millones del alemán al que hay que sumar 300 millones para la recarga, 100 millones para ayudas fiscales y una cantidad no definida para ayudas a la investigación. Todo ello de forma continua hasta 2020, una diferencia esencial con los continuos planes españoles, con periodicidad anual y plazo de aplicación de apenas unos meses, que lograban arrancadas de caballo y paradas de burro (en realidad en seco). Si bien es cierto que las ayudas en España son superiores en cuantía, 5.500, 3.700 y 2.700, más 1.000 euros para el punto de recarga, estas ayudas han de ser incluidas en la declaración de hacienda con lo que, en función de cada comprador, en realidad se ven disminuidas.

    Mientras se llamaron MOVELE los planes españoles se aprobaban bien entrado el año presupuestario (tres, cuatro y hasta cinco meses). El último, el MOVEA, que sí entró en vigor en enero, no pudo hacerse realidad hasta tres meses después por las trabas administrativas en la selección de la empresa colaboradora y la aplicación informática en la que se realizaban las reservas.

    La necesidad de las ayudas

    El mercado automovilístico alemán, uno de los más potentes del mundo, no reflejaba la realidad del auge de la movilidad eléctrica algo que, por otro lado, si parecen estar viendo las marcas autóctonas. En 2015 tan solo se vendieron en el país teutón 24.000 coches enchufables de los que prácticamente la mitad eran eléctricos cien por cien. Unas cifras muy alejadas de las previsiones que esperaban alcanzar los 200.000.

    Un estudio publicado a principios de 2016 indicaba que un 69% de los automovilistas alemanes se decantarían por un coche eléctrico y que el freno principal para no hacerlo, en un 47% de los casos, era que su precio no era equivalente al de un térmico de similares características. La falta de apoyo financiero desanimó a  muchos compradores potenciales echando por tierra las inversiones en movilidad eléctrica de los fabricantes alemanes.

    La falta de ayudas a la compra parecía por tanto la causa de esta lentitud en la evolución del mercado eléctrico. Algo que se ve reflejado al observar los mercados de otros  países europeos. Francia con ayudas de hasta 10.000 euros llega a las 26.583 matriculaciones. Noruega, con la exención del IVA, los beneficios diarios para circular con un eléctrico o la red de estaciones de recarga, ha alcanzado una cuota de mercado del 3% de la flota total de vehículos (79.000 sobre los 2,64 millones de vehículos totales), una cifra que, en Alemania, es del 0,12%.

     

    Fusión nuclear: situación del proyecto ITER

    Mar, 05/03/2016 - 06:26

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

    Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos

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

    Objetivos

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

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

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

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

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

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

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

    4) Probar la producción in situ de tritio

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

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

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

    Fases del proyecto

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

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

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

    ¿Y después del ITER?

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

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

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

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

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

    Construcción del ITER

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

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

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

    ¿Retrasos en el proyecto?

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

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

    Vie, 04/29/2016 - 13:22

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

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

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

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

    Fuente: www.energiasrenovables.com

    Catalizadores eficientes y económicos para la oxidación de COVs

    Mié, 04/27/2016 - 04:36

    Autora: Raquel Portela, ICP-CSIC


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

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

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

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

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

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


    Bibliografía:

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

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

    3.         EP1952885A1, 2008.

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

     

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

    Mié, 04/20/2016 - 04:57

    Autora: Rocío Bayón, CIEMAT

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Referencias bibliográficas y Links relacionados:

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

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

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

     

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

    Representantes Españoles (Ciemat)

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

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

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

    Wim van Helden

    AgentschapNL / Wim van Helden Renewable Heat

    wim@wimvanhelden.com

     

    Líquidos iónicos y su aplicación en pilas de combustible

    Lun, 04/18/2016 - 10:58

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

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

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

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

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

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

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

     

    Bibliografía

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

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

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

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

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

    Vie, 04/15/2016 - 06:07

    Autora: Lucía Arribas-Instituto IMDEA Energía

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

    Los temas que se trataran se enmarcan en:

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

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

    Más información:

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

     

    Optimizando el concepto de biorrefinería

    Mar, 04/12/2016 - 09:26

    Autores:  Esperanza Montero y Diego Iribarren-Instituto IMDEA Energía

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

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

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

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

    Vie, 04/08/2016 - 03:49

    Autor: José Antonio Calles (URJC)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Mar, 04/05/2016 - 10:04

    Autora: Gisela Orcajo Rincón

    Grupo de Ingeniería Química y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos

     

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

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

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

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

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

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

    Lun, 03/21/2016 - 10:04

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

     

     

    Nuevos diseños en tecnologías solares de concentración

    Mié, 03/16/2016 - 04:16

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Fuentes:

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

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

    Dom, 03/13/2016 - 10:27

    Autor: Salvador Luque-Instituto IMDEA Energía

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

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

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

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

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

     

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

     

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

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

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

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

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

     

    Más información:

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

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

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


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

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