Se encuentra usted aquí

Energia y Sostenibilidad

    Subscribe to canal de noticias Energia y Sostenibilidad
    Actualizado: hace 1 hora 57 mins

    Cristales líquidos como materiales para almacenamiento térmico

    Mar, 09/08/2015 - 06:05

    Autora: Rocío Bayón, CIEMAT

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

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

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

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

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

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

     

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

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

    Fuentes:

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

    En 2014 la producción de bioetanol en Europa aumentó un 13%

    Jue, 09/03/2015 - 05:24

    Entre los datos más significativos del informe anual presentado por ePure (European Renewable Ethanol Association) está el crecimiento de la producción en un 13% con respecto a 2013, lo que ha permitido hacer funcionar las plantas al 85% de su capacidad. La procedencia del etanol fue principalmente europea, y las materias primas utilizadas fueron maíz, trigo, remolacha y otros cereales. En ePure, calculan que se alcanzó un promedio de 61% de ahorro de emisiones de gas de efecto invernadero (GEI) en comparación con la gasolina convencional

    Autora: Cristina Álvarez Vaquerizo

    El informe anual referido al 2014 presentado por ePure, muestra un aumento de la producción del 13% con respecto al 2013, con lo que Europa produjo 6600 millones de litros siendo este valor un 7% del total de la producción mundial. El 86% de esta producción fue de etanol como biocombustible y el 14% para aplicaciones industriales .

    Para alimentar esta producción se necesitan 10, 5 millones de toneladas de granos de cereal y 2,2 millones de toneladas de azúcar, lo que supone un 2% de la oferta de cereales de la UE para el caso de los cereales y un 8% del total de la UE para el azúcar. En materias primas el maíz fue el más utilizado con un 42%, en segundo lugar el trigo con un 33% y la remolacha azucarada un 18%. Las materias primas empleadas en 2014 abarcan menos del 1% de las tierras agrícolas de Europa.

    ePure también señala la repercusión ambiental de este mercado, en el que se han reducido las emisiones de gas de efecto invernadero en 5 millones de toneladas “lo que equivale a retirar de la circulación 3 millones de coches durante 1 año”.

    Fuente: www.energiasrenovables.com

    Jornadas técnicas ETRERA_2020 dedicadas a las energías renovables los días 29 y 30 de septiembre en Madrid

    Lun, 08/31/2015 - 04:48

    Autora: Raquel Portela-ICP-CSIC

    Los días 29 y 30 de septiembre de 2015 se celebran en Madrid unas jornadas técnicas dedicadas a las energías renovables organizadas en el marco del proyecto europeo ETRERA_2020 con la colaboración del IMDEA y del CSIC.

    ETRERA_2020 (Empowering Trans-Mediterranean Renewable Energy Research Alliance for 2020 energy targets, Fortalecimiento de alianzas transmediterráneas en la investigación sobre energías renovables de cara a los objeticos energéticos del 2020) es un proyecto de cooperación internacional financiado por el séptimo programa marco que tiene como objetivo reforzar la colaboración entre países europeos del área del Mediterráneo para reducir la brecha entre la investigación y la innovación (R2I-PEV), centrándose en el reto social de producir energía de forma segura, limpia y eficiente a través de las tecnologías eólica, fotovoltaica, solar térmica e hidrógeno y pilas de combustible, y de redes inteligentes. Colaboran un total de nueve países representados por ocho centros de investigación, dos organizaciones intermediarias que apoyan a la innovación y la transferencia de tecnología y dos comunidades empresariales y entidades gestoras de parques de clústeres e incubadoras.

    Madrid Network, el “clúster de clústeres” tecnológicos de la Comunidad de Madrid que participa en el proyecto a través su Clúster de Energías Renovables, organiza el taller técnico ETRERA_2020, que celebrará el 29 de septiembre en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP-CSIC), situado en el Campus Mixto Universidad Autónoma de Madrid/CSIC de Cantoblanco, y el 30 de septiembre en el IMDEA Energía, situado en el Parque Tecnológico de Móstoles, y en el que estarán representantes de los principales participantes nacionales e internacionales del proyecto, así como de otras instituciones nacionales y rgionales.

    En la web del evento se puede descargar los programas provisionales de las jornadas del día 29 (CSIC) y 30 (IMDEA Energía), así como hacer la inscripción, que es obligatoria.

    Ver agenda día 29. Reserve su plaza para este día aquí

    Ver agenda día 30. Reserve su plaza para este día aquí

     

    Membranas de intercambio aniónico comerciales y su aplicación en pila de combustible alcalina

    Mié, 08/12/2015 - 04:22

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

    En los últimos años ha aumentado el interés a escala mundial sobre las membranas de intercambio aniónicas debido a su potencial en sistemas electroquímicos de conversión y almacenamiento de energía, lo cual se ha traducido en un importante desarrollo de la investigación y comercialización de las mismas.

    Las membranas de intercambio aniónicas o alcalinas tienen distintos usos en la actualidad, entre los cuales cabe destacar: electrodeionización (usado para purificación del agua), electrocoating (para sistemas de pintura anódica y catódica), electrólisis (obtención a partir de agua de hidrógeno y oxígeno puros), electrodiálisis (para desalinización y desmineralización del agua),  diálisis por difusión (para recuperación de ácidos) y pilas de combustible (transformación de energía química en eléctrica directamente) entre otros.

    Algunas de las empresas más importantes que están comercializando en la actualidad este tipo de membranas son: Membranes International Inc., Fumatech, Mega a.s., Solvay y Tokuyama. Para sintetizar sus membranas utilizan diversas estrategias de síntesis y polímeros, algunos ejemplos son el uso de gel poliestireno entrecruzado con divinilbenzona o el polietileno mezclado con poliamida ó poliéster; además usan distintos refuerzos para las membranas con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, como ejemplo se tiene el PEEK (poliéter éter cetona) o el PET (tereftalato de polietileno).

    Varios ejemplos de membranas aniónicas que son utilizadas para este tipo de procesos se muestran en la siguiente tabla:

    Como se indicó arriba uno de los posibles usos es la aplicación en pilas de combustible, con las cuales se consigue una conversión directa de la energía química, que contienen los combustibles, en energía eléctrica, lo cual lleva asociada una alta eficiencia energética teórica (del 83% en el caso de la pila H2/O2). Este dispositivo presenta por lo tanto unas características ideales para funcionar como sistemas transformador de energía con una contaminación asociada despreciable o incluso nula, características muy necesarias debido a los graves problemas de contaminación que se tienen en la actualidad.

    En el campo de las pilas de combustible, las de membrana polimérica son dispositivos donde los iones viajan a través de la misma entre el ánodo y el cátodo; las membranas que han tenido un mayor desarrollo y que más se han comercializado hasta la fecha han sido las de intercambio catiónico (funcionan en medio ácido) ya que tienen una buena estabilidad química y mecánica aunque presentan una cinética lenta para la reducción del oxígeno y por lo tanto necesitan catalizadores de metales nobles, en general caros, como por ejemplo el Pt. El material más común y ampliamente comercializado de este tipo de membranas es el Nafion®.

    Por otro lado, las membranas de intercambio aniónico funcionan en medio alcalino; la ventaja más importante que presenta este medio es que las cinéticas de reacción son más rápidas que en medio ácido, sobre todo en la reducción del oxígeno y la oxidación de alcoholes, permitiendo por tanto el uso de catalizadores menos nobles y más baratos y siendo de especial relevancia para la futura comercialización y aplicación final en dispositivos tanto estacionarios como móviles y portátiles.

    Las membranas de intercambio aniónico sin embargo no han tenido un uso importante en su aplicación para pilas de combustible comerciales, esto se debe básicamente a que todavía no se han conseguido desarrollar membranas que cumplan de manera satisfactoria el conjunto de las siguientes características: alta conductividad de iones OH-, alta estabilidad mecánica y alta estabilidad química a elevados pHs y temperaturas.

    Aun así ya hay varias membranas comerciales, las cuales están siendo estudiadas desde distintos puntos de vista: tanto como referencia durante el desarrollo de otras membranas,1-3 como alterándolas de distintas formas para obtener membranas mejoradas basadas en estas comerciales4 ó usándolas directamente en la pila de combustible5,6.

    Con estas membranas comerciales se han conseguido ya a día de hoy resultados muy prometedores al medir en pila de combustible. Por ejemplo con membranas Tokuyama se han obtenido picos de densidad de potencia máxima de 450 mW cm-2 y 340 mW cm-2 en H2/O2 y H2/aire (libre de CO2) respectivamente, a 50ºC.7 También se estudia la posibilidad de utilizar alcoholes como combustible (que se ve especialmente favorecida en medio básico como antes se ha mencionado), un ejemplo de los buenos resultados obtenidos en este campo son los 165 mW cm-2 que se han conseguido obtener con una membrana Tokuyama A-006 a 80ºC alimentada con etanol al 10% y O2.8

    Como conclusión se puede afirmar que aunque las membranas de intercambio aniónico alcalinas aun no tienen un uso extenso para su aplicación en pila de combustible, sí que empieza a haber membranas comerciales con buenas características y en el futuro seguramente puedan desarrollarse hasta igualar o superar a las de intercambio catiónico.

     Bibliografía

    1.        Zarrin, H., Jiang, G., Lam, G. Y.-Y., Fowler, M. & Chen, Z. High performance porous polybenzimidazole membrane for alkaline fuel cells. Int. J. Hydrogen Energy 39, 18405–18415 (2014).

    2.        Ren, X., Price, S. C., Jackson, A. C., Pomerantz, N. & Beyer, F. L. Highly conductive anion exchange membrane for high power density fuel-cell performance. ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 13330–3 (2014).

    3.        Gopi, K. H., Peera, S. G., Bhat, S. D., Sridhar, P. & Pitchumani, S. 3-Methyltrimethylammonium poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) based anion exchange membrane for alkaline polymer electrolyte fuel cells. Bull. Mater. Sci. 37, 877–881 (2014).

    4.        Follain, N. et al. Water Transport Properties of Plasma-Modified Commercial Anion-Exchange Membrane for Solid Alkaline Fuel Cells. J. Phys. Chem. C 116, 8510–8522 (2012).

    5.        Kruusenberg, I. et al. Highly active nitrogen-doped nanocarbon electrocatalysts for alkaline direct methanol fuel cell. J. Power Sources 281, 94–102 (2015).

    6.        Pandey, T. P., Peters, B. D., Liberatore, M. W. & Herring, A. M. Insight on Pure vs Air Exposed Hydroxide Ion Conductivity in an Anion Exchange Membrane for Fuel Cell Applications. ECS Trans. 64, 1195–1200 (2014).

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

    8.        Bianchini, C. & Shen, P. K. Palladium-based electrocatalysts for alcohol oxidation in half cells and in direct alcohol fuel cells. Chem. Rev. 109, 4183–4206 (2009).

    FOTOFUEL: Red de Excelencia para Abordar los Nuevos Desafíos en la Producción de Combustibles Solares

    Mié, 08/05/2015 - 04:25

    Autor: Fernando Fresno – Instituto IMDEA Energía

    FOTOFUEL es una Red de Excelencia abierta, destinada al desarrollo de materiales y dispositivos para la producción eficiente de combustibles solares a partir de CO2 y H2O, a través de la búsqueda de sinergias y cooperación en red de grupos de investigación punteros. Las actividades de la red se distribuyen en cuatro aspectos: investigación de vanguardia; formación; difusión y comunicación; y transferencia de tecnología.

    Por lo que respecta a las actividades científicas, se engloban cinco líneas de investigación: (i) el diseño y la síntesis de fotocatalizadores multifuncionales avanzados; (ii) el desarrollo de nuevas herramientas teóricas y experimentales de caracterización; (iii) el diseño y montaje de fotorreactores eficientes y la aplicación de tecnologías de control, análisis y gestión de resultados; (iv) el estudio de la viabilidad del proceso y el desarrollo de normas de estandarización; y (v) el estudio del impacto de los combustibles solares a nivel científico, medioambiental, económico y social.

    La cooperación en ámbitos diferentes al puramente científico es también un objetivo primordial de esta Red. La formación de jóvenes investigadores tiene aquí un papel central. Se organizarán dos workshops así como una escuela de verano centrados en la utilización de la luz solar en aplicaciones energéticas y medioambientales. Asimismo, FOTOFUEL fomenta la difusión de resultados no sólo en el sector científico, incluyendo la organización de un congreso internacional especializado, sino también por medio de la divulgación a la sociedad. Se invitará asimismo al sector empresarial a los eventos y jornadas de difusión de resultados para fomentar el interés industrial y atraer la financiación del sector privado.


    A día de hoy, participan en FOTOFUEL:

    Instituto IMDEA Energía (Dr. Víctor A. de la Peña O’Shea, coordinador)

    Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC

    Institut Català d’Investigació Química

    Instituto de Tecnología Química, UPV-CSIC

    Instituto IMDEA Materiales

    Sincrotrón ALBA

    Institut de Química Teòrica i Computacional, Universitat de Barcelona

    Departament de Física, Universitat Jaume I

    Plataforma Solar de Almería, CIEMAT


    La red FOTOFUEL está financiada por el Ministerio de Economía y Competitividad, a través de las Acciones de Dinamización “Redes de Excelencia” del Programa Estatal de Fomento de la Investigación Científica y Técnica de Excelencia.

    Nuevos fluidos de transferencia de calor en las tecnologías de concentración solar

    Mié, 07/29/2015 - 05:19

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

     La energía solar térmica de concentración (ESTC) es considerada como una de las tecnologías claves en el camino hacia la búsqueda de fuentes de energía renovables y limpias. Por ello, existe un amplio trabajo de investigación focalizado en mejorar el rendimiento obtenido de las instalaciones de concentración solar. En dichos sistemas, la radiación solar es concentrada mediante el uso de espejos (heliostatos y concentrador) sobre un receptor, donde existe un fluido que capta y transporta el calor. Dicho fluido puede usarse directamente en una turbina o combinarse con un intercambiador de calor y un ciclo secundario (Rankine) para generar vapor (ver Figura 1).

    El fluido de transferencia de calor (HTF) es uno de los componentes más importantes en el rendimiento global y eficiencia de la planta ESTC; por lo que es necesario encontrar fluidos de trabajo de bajo coste y máximo rendimiento. Así, un HTF apropiado debe tener un bajo punto de fusión, alto punto de ebullición y estabilidad térmica, baja presión de vapor a altas temperaturas    (< 1 atm), baja corrosión con aleaciones metálicas usadas en los tanques de almacenamiento, baja viscosidad, alta conductividad térmica y alta capacidad calorífica para almacenamiento de energía [1].

    Figura 1. Principio de operación de un sistema de concentración solar típico [1]

    Los fluidos de trabajo más utilizados en las plantas ESTC comerciales son aceite o vapor con el fin de transferir la energía hacia el bloque de potencia. Estos fluidos poseen propiedades que limitan el rendimiento de la planta; ya que, por un lado, el aceite tiene el límite máximo de temperatura de trabajo en 400ºC, mientras que la generación directa de vapor requiere un control complejo que limita la capacidad de almacenamiento. Para superar estas limitaciones, se están realizando trabajos de investigación basados en la aplicación de fluidos alternativos dentro de los sistemas ESTC [2].

    Con tal fin, se están desarrollando nuevos diseños de receptores que permiten alcanzar eficiencias mayores usando ciclos de potencia avanzados, tales como los ciclos Brayton de lazo cerrado con dióxido de carbono supercrítico (s-CO2) que es calentado directamente en receptores tubulares capaces de soportar altas presiones y temperaturas de fluido (alrededor de 20  MPa y 900 K) [3][4]. Debido a las altas presiones necesarias para mantener la condición de supercrítico, no es posible utilizar el s-CO2 en tecnologías de media concentración como los colectores cilindroparabólicos; puesto que en estos sistemas se requiere largas redes de tuberías de conexión cuyas partes móviles presentan problemas de fugas más acusados. Sin embargo, la tecnología de receptor central (Figura 1) permite implementar estas condiciones de operación al consistir en un receptor fijo; por lo que es una línea de investigación de creciente interés.

    En el marco del proyecto AlcConES, financiado por la Comunidad de Madrid, se están desarrollando actividades relacionadas con la integración de nuevos fluidos térmicos en sistemas ESTC. En concreto, desde el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) estamos estudiando la viabilidad del s-CO2 en comparación con las sales fundidas como HTF en un receptor tubular de torre. Para ello, se ha desarrollado un modelo de simulación, empleando la Fluidodinámica Computacional, para el diseño de un receptor tubular de sales fundidas previamente ensayado. A partir de los resultados iniciales de este estudio, se ha obtenido que el calor ganado por el s-CO2 es prácticamente un 75% mayor que el captado por las sales fundidas, requiriendo un rango de presión de trabajo entre 7.5 MPa y 9.7 MPa para el módulo central del receptor [5].

    La implementación de fluidos supercríticos como HTF se basa en que poseen unas excelentes propiedades de transferencia de calor, no son tóxicos, ni cancerígenos, ni mutagénicos, ni tampoco inflamables y son termodinámicamente estables. Además, sus propiedades termo-físicas, tales como difusividad, viscosidad, constate dieléctrica y densidad, pueden ser ajustadas variando la presión y/o la temperatura de operación. Estas propiedades han permitido proponer el uso de fluidos supercríticos en los ciclos de potencia que, con fluidos convencionales (agua/vapor y sales fundidas), han sido capaces de alcanzar hasta ahora un 40% de eficiencia de conversión (térmica-eléctrica) [6].

    El uso de fluidos supercríticos en ciclos de potencia podría contribuir a reducir el coste de la electricidad; ya que serían ciclos cerrados más simples, compactos, más baratos y con unos periodos de construcción más cortos que los ciclos convencionales. No obstante, hay que tener en cuenta las limitaciones que supone el uso a gran escala de los ciclos de potencia supercríticos; puesto que requieren equipamiento y medidas de seguridad adaptados a unas condiciones de operación más extremas (altas presiones y temperaturas). Por ello, considerar el s-CO2 como HTF en receptores solares de torre aparece como una posible alternativa, teniendo a su vez en cuenta las exigencias de diseño y operación del sistema.


    Fuentes:

    1. K. Vignarooban, X. Xu, A. Arvay, K. Hsu, A.M. Kannan, Heat transfer fluids for concentrating solar power systems – A review, Applied Energy 156, 383-396 (2015).
    2. Z. Ma and C.S. Turchi, Advanced Supercritical Carbon Dioxide Power Cycle Configurations for Use in Concentrating Solar Power Systems, Supercritical CO2 Power Cycle Symposium, NREL/CP-5500-50787 (2011).
    3. C.K. Ho and B.D. Iverson, Renew. Sust. Energ. Rev. 29, 835-846 (2014).
    4. S.M. Besarati, D.Y. Goswami and E.K. Stefanakos, J. Sol. Energ-T. ASME 137, 031018 1- 031018 8 (2015).
    5. M.I. Roldán and J. Fernández-Reche, CFD analysis of supercritical CO2 used as HTF in a solar tower receiver, SolarPACES Conference (2015).
    6. Z. Knez, E. Markocic, M. Leitgeb, M. Primozic, M. Knez, M. Skerget, Energy 77, 235-243 (2014).

     

    Celebración doble aniversario del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica

    Lun, 07/13/2015 - 12:50

    El Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) celebra este año los 40 años de su fundación como instituto del CSIC, a partir de laboratorios existentes desde más de 20 años antes. Este aniversario coincide además con los 25 años de la inauguración de su edificio sede en el campus de Cantoblanco, en el que ahora desarrolla su actividad dentro del Campus Internacional de Excelencia UAM+CSIC. Puede encontrarse un apunte sobre los orígenes del instituto en este enlace.

    El ICP es un centro de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) que lleva a cabo estudios fundamentales y aplicados sobre casi todos los tipos de catálisis heterogénea y enzimática. Además de abordar tecnologías de protección ambiental y descontaminación, y catalizadores avanzados para la síntesis química específica de multitud de productos dentro del concepto de “química verde”, podemos destacar su actividad en el área de la energía sostenible, desarrollando sistemas catalíticos para la producción de hidrógeno y su uso en pilas de combustible, aprovechamiento de biomasa y cultivos energéticos, obtención de combustibles limpios o basados en el uso de la energía solar, etc. Además de realizar investigación propiamente dicha, con proyectos competitivos y contratos industriales a nivel nacional e internacional, el Instituto lleva a cabo actividades formativas en colaboración con universidades y fundaciones, realiza y licencia patentes e incluso ha dado lugar a varias empresas “spin-off” de base tecnológica.

    El ICP ha decidido celebrar este aniversario desarrollando varias iniciativas a las que invita a colegas, compañeros, amigos a acompañale, y que incluyen:

    • La elaboración (próxima a completarse) de un número especial de la revista Catalysis Today, dedicado a este doble aniversario con contribuciones de científicos de todo el mundo que tienen o han tenido una relación estrecha con el Instituto;
    • La celebración de un acto institucional en la sede central del CSIC en Madrid (c/ Serrano, 117) el día 14 de octubre de 2015 por la mañana, con asistencia de diversas personalidades como el Presidente del CSIC, el Rector de la Universidad Autónoma de Madrid y los Presidentes de la Federación Europea de Sociedades de Catálisis y la Sociedad Española de Catálisis;
    • La celebración de una jornada científica el día 15 de octubre, en el salón de actos del edificio de Biológicas de la Facultad de Ciencias de la UAM, con la participación como conferenciantes de destacados científicos europeos expertos en diversos aspectos de la catálisis.

    Información más detallada sobre las iniciativas y actos organizados se irá actualizando en la página web de la celebración del aniversario.  

    http://www.icp.csic.es

     

    Se celebra la edición nº 4 del Encuentro Iberoamericano sobre Líquidos Iónicos

    Mié, 07/08/2015 - 12:54

     Durante los días 1-2 julio de 2015 se ha celebrado en Madrid (España) el “4º Encuentro Iberoamericano sobre Líquidos Iónicos” organizado por la Universidad Autónoma de Madrid

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

    La semana pasada (1-2 de Julio) se celebró el cuarto Encuentro Iberoamericano sobre Líquidos Iónicos (IMIL 2015), organizado por la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) junto a la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en el centro cultural “La Corrala”.

    Los líquidos iónicos son sales orgánicas que se encuentran en estado líquido a temperaturas próximas a la del ambiente. A estos nuevos disolventes se les ha atribuido el calificativo de “verdes” porque al utilizarlos muestran beneficios medioambientales, disminuyendo las emisiones atmosféricas, al eliminar pérdidas de disolvente por evaporación, y reduciendo la producción de residuos, debido a que pueden ser reutilizados. Las ventajas del empleo de los LI´s son debidas principalmente a que tienen baja presión de vapor y además son fácilmente reciclables y reutilizables, y en algunos casos biodegradables.

    En este encuentro se han realizado 25 ponencias orales y 127 en forma de poster, englobando una gran variedad de temas de investigación alrededor de los LI’s, tales como la síntesis y las propiedades termofísicas, los procesos de reacción y separación, la biotecnología y las aplicaciones avanzadas electroquímicas y de materiales.

    La Unidad de Biocarburantes del CIEMAT participó en IMIL 2015 con la presentación del poster “Pretreatment of barley straw with ionic liquid for conversion to fermentation sugars”. En este trabajo, se ha estudiado la hidrólisis enzimática de la paja de cebada pretratada mediante el líquido iónico (acetato de 1-étil-3-métil-imidazolio). Se han estudiado diferentes condiciones de pretratamiento (temperatura y tiempo) para determinar su efecto sobre la producción de azúcares por hidrólisis enzimática. Este trabajo se ha realizado dentro del proyecto RESTOENE 2, subvencionado parcialmente por la Comunidad de Madrid

    Jornada sobre Almacenamiento Térmico para Centrales Termosolares dentro del Pro-grama SolarPACES de la Agencia Internacional de la Energía

    Lun, 07/06/2015 - 03:45

    [Autor: Esther Rojas; CIEMAT-Plataforma Solar de Almería]

    Los sistemas de almacenamiento térmico se han convertido en los últimos años en el foco de atención tanto de instituciones y centros de investigación, como de empresas relacionadas con la industria termosolar, puesto que constituyen, sin lugar a dudas, el punto clave para la promoción y aceptación de generación eléctrica de origen renovable. El hecho de que existan sistemas de almacenamiento térmico comerciales con gran capacidad de acumulación permite la gestionabilidad total de energía renovable, es decir, permite independizar y adecuar la producción eléctrica de origen renovable según la demanda respecto de  la disponibilidad del recurso solar, en particular , y renovable en general.

    Sabiendo de la importancia de los sistemas de almacenamiento térmico de energía para centrales termosolares, el Programa de colaboración SolarPACES (Solar Power And Chemical Energy Systems, http://www.solarpaces.org/) de la Agencia Internacional de la  Energía pidió al Ciemat, a través de su Unidad de Sistemas de Concentración Solar (http://www.psa.es/webesp/areas/ussc/index.php), la organización de una Jornada para estructurar un Grupo de Trabajo sobre este tan relevante tema.

    De esta forma, los pasados 23 y 24 de Junio se celebró en las oficinas centrales del Ciemat en Madrid una jornada internacional en la que participaron 14 de los más relevantes actores en el mundo del almacenamiento térmico de energía para plantas termosolares.


    Membranas de intercambio aniónico para aplicaciones en pilas de combustible

    Jue, 07/02/2015 - 04:02

    [Autores: R. Escudero-Cid, P. Ocón. Universidad Autónoma de Madrid]

    Dentro de las pilas de combustible (FC), las que operan en medio alcalino (AFC) fueron las que antes encontraron aplicación comercial, principalmente en las misiones aeroespaciales Apolo. Fundamentalmente, esto fue debido a las ventajas que presentaban frente a otros dispositivos similares que trabajan en medio ácido. Así, su alta eficiencia y el menor coste del material catalítico fueron determinantes a la hora de la aplicación indicada. Las rápidas cinéticas de las reacciones de oxidación de hidrógeno y reducción de oxígeno en medio alcalino y la posibilidad de utilizar catalizadores más económicos no basados en metales preciosos como el Pt son aspectos decisivos. Hoy en día, el uso de este tipo de pilas de combustible ha sufrido un fuerte descenso debido a sus importantes problemas de envenenamiento por carbonatación del electrolito a causa del CO2 y, también, por la dificultad de utilizar electrolito líquido en medios de transporte [1].

    Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas de esta tecnología, en la última década, se está llevando a cabo un nuevo intento de innovación de estos dispositivos, incorporando la tecnología de membrana polimérica de intercambio como electrolito. Para ello, se sustituye el electrolito líquido alcalino, hidróxido de potasio o sodio, por membranas de intercambio aniónico, capaces de transportar iones OH- desde el cátodo al ánodo de la pila de combustible. De este modo se reduce notablemente el problema del envenenamiento del electrolito, mejorando las prestaciones para aplicaciones portátiles. Además, al seguir tratándose de un sistema alcalino, tanto las altas cinéticas de reacción como la posibilidad de utilizar catalizadores económicamente viables en los dispositivos se mantienen.

    Por tanto, el uso de las membranas poliméricas intercambiadoras de aniones para este tipo de dispositivos supone, a priori, una importante ventaja. El problema principal radica en las propias membranas, ya que deben disponer de propiedades específicas como son: altas conductividades iónicas y buenas propiedades térmicas y mecánicas, para su posterior implementación en dispositivos reales. Este es, por tanto, un gran reto, que debe implicar la mejora y optimización de las membranas con la finalidad de obtener altas eficiencias en los dispositivos reales.

    En los últimos años varios grupos se han interesado en la síntesis y caracterización de estas membranas de intercambio aniónico partiendo de diversos materiales poliméricos y usando diversas técnicas [2]. Las membranas intercambiadoras de aniones suelen conformarse como dos partes diferenciadas unidas de manera directa o indirecta: por un lado, un material normalmente polimérico, que forma la cadena principal y, por otro, un grupo funcional cargado positivamente (catiónico). Como cadenas principales se pueden encontrar infinidad de polímeros, como son: el politetrafluoroetileno (PTFE), polibenzimidazol (PBI), polivinil alcohol (PVA), etileno tetrafluoroetileno (ETFE), poli(éter-éter-cetona) sulfonada (SPEEK) y entre otros capaces de ser conectados por los diferentes grupos catiónicos [3]. Los sustituyentes catiónicos se clasifican en diferentes grupos: los más comunes son los basados en N, como los de amonio cuaternarios (QA); los sistemas con heterociclos, incluyendo imidazoles o benzoimidazoles como el PBI, donde las cargas están en su propia estructura; también hay sistemas basados en P y otros basados en metales que tienen como peculiaridad la posibilidad de tener varias cargas positivas. Además de las membranas anteriormente citadas, en la actualidad existen ciertas membranas desarrolladas por casas comerciales que están en fase de investigación y que presentan buenas actividades, como las Morgane-ADP de Solvay, las AHA de Tokuyama o las Tosflex® de Tosoh. Hasta ahora, las membranas más utilizadas son las que usan amonio cuaternario como grupo funcional, ya que presentan mejores prestaciones en pila de combustible. Algunos de los mejores resultados obtenidos hoy en día son los que incluyen un grupo catiónico unido de manera indirecta, a través de otro ligando, a la estructura central, la cual previamente ha de ser irradiada con altas energías para permitir su modificación y la interacción con los ligandos. El mejor resultado obtenido en pila de combustible, en la University of Newcastle, tiene valores de potencia máxima de 823 mW·cm-2 y máxima corriente de 1800 mA·cm-2 [4], valores en el orden de los obtenidos para una pila alimentada con H2/O2 y Nafion® como membrana.

    En el caso de la utilización de las membranas de intercambio aniónico para pilas de combustible de alcohol directo (DAFC) se analiza, en primer lugar, la disminución de la permeabilidad; siendo conveniente obtener valores menores que los de la membrana de Nafion®. Se procede a las medidas en pila de combustible mediante dos procedimientos diferentes: uno añadiendo solamente el combustible en el ánodo y, el otro, añadiendo, además, una cierta cantidad de KOH o NaOH junto con el combustible. Para el caso de metanol como combustible, en el primero de los escenarios, los valores máximos de potencia obtenidos son < 20 mW·cm-2, menores a los presentados para las pilas de intercambio protónico en similares condiciones. En el segundo de los escenarios, añadiendo KOH o NaOH al ánodo, se produce una mejora importante en el voltaje anódico (> 300 mV) y con OCP en la celda cercano a 0.9 V. Aparecen resultados interesantes usando este método de ensayo con metanol como combustible: se han alcanzado valores máximos de potencia de 132 mW·cm-2 con una membrana A006 (Tokuyama) a 80 ºC y 5 M de KOH en el ánodo  e, incluso, llegando a 168 mW·cm-2 con una membrana A201 (Tokuyama) a 90 ºC y 2 M de KOH [5]. Al añadir KOH o NaOH al ánodo con el combustible, los resultados obtenidos son claramente mejores, pudiendo ser superiores a los hallados en medio ácido, demostrando buenas cinéticas de reacción y buenas conductividades de las membranas.

    Debido a las ventajas de este tipo de pilas de combustible en el Grupo de Investigación en Electroquímica de la UAM se está trabajando en la actualidad en el desarrollo de este tipo de membranas de intercambio aniónico para uso en pilas de combustible de membrana polimérica (PEMFC).


    [1]   Energy.gov (21/05/2015). “Semipermeable membranes”            from http://energy.gov/eere/fuelcells/types-fuel-cells

    [2]   Varcoe, J. R., Atanassov, P., Dekel, D. R., Herring, A. M., Hickner, M. A., Kohl, P. A., Kucernak, A.R., Mastain W. E., Nijmeijer, K., Scott, K., Xu, T., Zhuang, L. (2014). Energy & Enviromental Science, 7, 3135.

    [3] Deavin, O. I., Murphy, S., Ong, A. L., Poynton, S. D., Zeng, R. Herman, H. (2012) Energy and Environmental Science. 5, 8584.

    [4] Mamlouk, M., Horsfall, J. A., Williams, C., Scott, K. (2012) International Journal of Hydrogen Energy, 37, 11912.

    [5] Prakash, G. K. S., Krause, F. C., Viva, F. A., Narayanan, S. R., Olah, G. A. (2011) Journal of Power Sources. 196, 7967.

    Reunión en CENER de lanzamiento del proyecto CAPTure (Competitive SolAr Power Towers)

    Lun, 06/29/2015 - 04:48

    El principal objetivo que se pretende conseguir con la realización de este proyecto consiste en reducir significativamente los costos de la energía termosolar mediante el desarrollo de un concepto innovador de planta termosolar, resultando de esta forma más competitiva respecto a otras tecnologías en el mercado energético.

    ENVIADO POR: ECOTICIAS.COM / RED / AGENCIAS, 25/06/2015, 10:25 H

    Los técnicos del departamento de Energía Solar Térmica de CENER (Centro Nacional de Energías Renovables) organizan hoy y mañana la reunión de lanzamiento del proyecto CAPTure (Competitive SolAr Power Towers), financiado por el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea (Call for Competittive low-carbon Energy). CENER como coordinador del proyecto, ejerce de anfitrión en estas jornadas que se desarrollan en la sede del centro, ubicada en Sarriguren (Navarra). El principal objetivo que se pretende conseguir con la realización de este proyecto consiste en reducir significativamente los costos de la energía termosolar mediante el desarrollo de un concepto innovador de planta termosolar, resultando de esta forma más competitiva respecto a otras tecnologías en el mercado energético.

    El proyecto CAPTure persigue aumentar la eficiencia de las plantas y reducir su LCOE (Levelized Cost Of Electricity), lo que viene a denominarse el coste normalizado de energía, mediante el desarrollo de los componentes clave que permitan implementar de manera óptima un concepto de planta innovadora. Esta configuración se basa en un concepto avanzado de ciclo combinado solar desacoplado y multi-torre, que no sólo aumenta la eficiencia del ciclo sino que también minimiza las ineficientes cargas parciales. De esta forma se conseguirá maximizar la eficiencia global, la fiabilidad y la gestionabilidad, factores todos ellos que están directamente relacionados con la competitividad en el coste de la energía en el mercado.

    El consorcio del proyecto CAPTure está formado por 12 miembros, procedentes de 6 países europeos, tanto del ámbito de la investigación como de la industria. Además de CENER como coordinador, participan: Fundación Tekniker, Ciemat, Fraunhofer, Bluebox Energy Ltd, Commisariat a L’Energie Atomiqueet aux Energies Alternatives, FCT Hartbearbeitungs GmbH, Société Industrielle de Sonceboz S.A, Haver & Boecker OHG, TSK- Flagsol Engineering GmbH, K Controls Ltd, Electricité de France S.A y EUREC-EESV. En concreto, el departamento de Energía Solar Térmica de CENER participa aportando su dilatada experiencia principalmente en las tareas de diseño del receptor solar, integración y ensayo de sistemas, diseño de campo solar y también en el desarrollo y mejora del concepto avanzado global de ciclo combinado solar desacoplado multi-torre. El proyecto, tiene una duración estimada de 4 años y cuenta con un presupuesto de más de 6 millones de euros.

     Fuente original: http://www.cener.com/

    Fuente: http://www.ecoticias.com/energias-renovables/104725/Reunion-lanzamiento-proyecto-CAPTure-Competitive-SolAr-Power-Towers

     

    Aplicación de materiales nanoestructurados para baterías metal-aire

    Mié, 06/24/2015 - 07:02

    [Autor: Enrique García-Quismondo-Unidad de Procesos Electroquímicos, Instituto IMDEA Energía]

    El almacenamiento de la electricidad y la gestión inteligente de la red es una de las prioridades para utilizar eficientemente los recursos energéticos y permitir una mayor penetración de las energías renovables en el sistema eléctrico. Las energías renovables, dada su naturaleza variable e intermitente, al igual que los vehículos eléctricos que empiezan a comercializarse, necesitan de baterías que permitan almacenar energía con un coste razonable [1]. 

    Las limitaciones técnicas de las baterías actuales en términos de volumen/tamaño por Wh de energía almacenado representan una de las grandes fronteras tecnológicas de los próximos años. Se ha avanzado mucho, las baterías basadas en Litio-ión han recibido considerable atención, especialmente desde la introducción de las primeras celdas comerciales hace 20 años [2][3]. Sin embargo, estas baterías están todavía lejos de cumplir las especificaciones requeridas que permitan aumentar su penetración en mercados potenciales como por ejemplo en vehículos eléctricos y algunas aplicaciones de la red eléctrica [4]. Por esta razón se han abierto numerosas líneas de investigación sobre baterías que vayan más allá del Litio-ión. Algunas de ellas se encaminan a conseguir una batería recargable basada en los sistemas metal-aire.

    Baterías de Metal-aire

    Las baterías de Metal-aire están consideradas como una solución prometedora para el almacenamiento de energía en aplicaciones portátiles como dispositivos electrónicos y vehículos electrificados, así como para algunas aplicaciones de la red eléctrica, debido a que tienen el potencial de almacenar más energía por peso que las baterías de Litio-ión [4]. Están constituidas por un metal ligero y fuertemente reductor (electrodo negativo) que típicamente es litio, hierro, aluminio, magnesio o zinc, y por una estructura de material carbonoso donde tienen lugar las reacciones del oxígeno del aire (electrodo positivo). El electrolito, que puede ser acuoso o basado en un compuesto orgánico, tiene la función de permitir la conducción eléctrica y se sitúa en medio de ambos electrodos. Generalmente se incorpora un separador cuya función es evitar el contacto entre los electrodos. 

    Este tipo de baterías se caracterizan por utilizar el oxígeno del aire en el electrodo positivo. Así, al no necesitar almacenar uno de los reactivos en el cuerpo de la batería, se reduce su volumen y peso con lo que aumenta su capacidad de almacenamiento de energía por kilogramo comparado con las baterías convencionales [5], como se muestra en la Figura 1. A partir de la misma se puede observar que si bien la gasolina proporciona mayor densidad energética y flexibilidad que la última generación de baterías de iones de litio (13 kWh/kg en la gasolina (8.9 kWh por litro), frente a 0.16 kWh por kg de las baterías de iones de litio), las baterías de Metal-aire representan un avance sustancial en la capacidad de almacenamiento de energía.

     

    Figura 1. Energía específica práctica para algunas baterías recargables [6][7].

    Problemática

    Sin embargo, aunque las baterías de Metal-aire no recargables se han utilizado comercialmente durante mucho tiempo (el uso de baterías primarias de zinc-aire es frecuente en audífonos, en aparatos electrónicos portátiles y en el sector automotriz), en la actualidad muchos desafíos impiden la comercialización de baterías de este tipo con capacidad para dar cierto rendimiento durante muchos ciclos, que actualmente está limitada a su investigación a nivel de laboratorio [8].

    Dos de los mayores retos consisten en optimizar el proceso de carga y descarga del elemento metálico que conlleva una transformación sólido-líquido que suele ser el origen de la formación de estructuras similares a raíces que causan cortocircuitos en la batería, y por otro lado controlar la entrada de aire en el electrodo positivo porque si penetrara en exceso el electrolito puede ser degradado por la humedad.

    Sin embargo, la mayoría de las limitaciones actuales en el desarrollo de baterías de Metal-aire se encuentran en la electroquímica del electrodo positivo ya que las reacciones del oxígeno son de cinética lenta y poco eficientes, como consecuencia la potencia de salida de la batería está limitada y no se consiguen rendimientos de ciclo completo superiores al 50% [9][10]. Uno de los problemas observados es que aunque los investigadores están buscando diferentes materiales catalizadores para mejorar la actividad y la cinética de estas reacciones, la mayoría se basan en metales costosos como el cobalto, el platino, el iridio y el oro [11].

    Desarrollos del Instituto IMDEA Energía

    En el Instituto IMDEA Energía los investigadores de la Unidad de Procesos Electroquímicos están trabajando en el desarrollo de electrodos que contengan catalizadores basados en óxidos metálicos nanoestructurados cuya morfología permita alcanzar elevada actividad electrocatalítica para promover las reacciones del oxígeno en el electrodo positivo.

    Lo que hace de estos óxidos metálicos un material prometedor para fabricar electrodos de aire es que se sintetizan a partir de química sol – gel por lo que se obtienen en forma de partículas de dimensiones nanométricas. A ese tamaño las partículas tienen una manera muy especial de interactuar con su entorno ya que presentan una elevada relación superficie / volumen. Una leve diferencia de tamaño implica un impresionante aumento de superficie, y es en la superficie donde se producen las reacciones químicas. Por lo que un material compuesto de nanopartículas tiene la posibilidad de multiplicar exponencialmente su actividad química.

    Los investigadores de IMDEA Energía han preparado electrodos recubiertos con nanopartículas de óxido de manganeso, material que presenta las mismas capacidades que los metales nobles usados habitualmente como catalizador, pero que resulta más barato y abundante.

    El análisis morfológico de estos electrodos ha mostrado que presentan una estructura porosa y está recubierto de partículas óxidos de manganeso de nanómetros de diámetro, proporcionando enorme área de superficie y espacio para que el electrolito de la batería se difunda. Los primeros experimentos eléctricos llevados a cabo a escala de laboratorio indican que los electrodos basados en óxidos nanoestructurados presentan prestaciones similares a los electrodos comerciales alcanzando incluso un mayor potencial de electrodo (ver Figura 2), factor que permitiría disponer de una batería con mayor voltaje entre bornes.

    Pero aún queda mucho por hacer. Lo primero es establecer un procedimiento para la fabricación de electrodos de mayor tamaño a fin de evaluar sus prestaciones y su eficiencia energética en una celda completa a una escala más cercana al de las aplicaciones comerciales. A continuación es necesario incorporar elementos que permitan el uso de esos electrodos en dispositivos de uso práctico. Este es el trabajo que se está llevando a cabo actualmente en las instalaciones de IMDEA Energía enfocado esencialmente a la preparación y caracterización de electrodos basados en óxidos nanoestructurados a un tamaño de 200 cm2 de área geométrica a los que se les ha incorporado una película de difusión de aire de politetrafluoroetileno (PTFE) para controlar la entrada de aire y evitar la pérdida de electrolito (ver Figura 3).  

     

    Figura 2. Curva de polarización de electrodos de aire basados en óxidos nanoestructurados y con un electrodo comercial. Detalle de la celda de ensayo.

     

    Figura 3. Electrodos de aire basado en óxidos nanoestructurados (200 cm2).

    References

    [1]     R. Gross, P. Heptonstall, The costs and impacts of intermittency: An ongoing debate. “East is East, and West is West, and never the twain shall meet.,” Energy Policy. 36 (2008) 4005–4007.

    [2]     S. Megahed, B. Scrosati, Lithium-ion rechargeable batteries, Journal of Power Sources. 51 (1994) 79–104.

    [3]     A.R. Armstrong, P.G. Bruce, Synthesis of layered LiMnO2 as an electrode for rechargeable lithium batteries, Nature. 381 (1996) 499–500.

    [4]     D. Linden, T.B. Reddy, HANDBOOK OF BATTERIES, 3ed ed., 2002.

    [5]     D.G. Kwabi, N. Ortiz-Vitoriano, S. a. Freunberger, Y. Chen, N. Imanishi, P.G. Bruce, et al., Materials challenges in rechargeable lithium-air batteries, MRS Bulletin. 39 (2014) 443–452.

    [6]     G. Girishkumar, B. McCloskey, A.C. Luntz, S. Swanson, W. Wilcke, Lithium-air battery: Promise and challenges, Journal of Physical Chemistry Letters. 1 (2010) 2193–2203.

    [7]     P.G. Bruce, S.A. Freunberger, L.J. Hardwick, J.-M. Tarascon, Li – O 2 and Li – S batteries with high energy storage, Nature Materials. 11 (2012) 19–30.

    [8]     M.-C. Lin, M. Gong, B. Lu, Y. Wu, D.-Y. Wang, M. Guan, et al., An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery, Nature. (2015).

    [9]     J.S. Lee, S.T. Kim, R. Cao, N.S. Choi, M. Liu, K.T. Lee, et al., Metal-air batteries with high energy density: Li-air versus Zn-air, Advanced Energy Materials. 1 (2011) 34–50.

    [10]   M. a. Rahman, X. Wang, C. Wen, High Energy Density Metal-Air Batteries: A Review, Journal of the Electrochemical Society. 160 (2013) A1759–A1771.

    [11]   L. Jörissen, Bifunctional oxygen/air electrodes, Journal of Power Sources. 155 (2006) 23–32.

    Premio Internacional “EUBIA” a la empresa española Ingelia por su contribución tecnológica para el desarrollo de “Biocarbón”

    Vie, 06/19/2015 - 04:00

    La Asociación Europea de la Industria de la Biomasa (Eubia) ha premiado por primera vez una iniciativa española, en concreto a la empresa Ingelia, en su decimotercera edición. Ingenia ha recibido el galardón por su contribución a la valorización de la biomasa residual de forma sostenible mediante la implementación de la tecnología HTC (Carbonización Hidrotermal de Biomasa) a escala industrial para obtener “biocarbón”.

    [Autor:  Jose A. Calles-Universidad Rey Juan Carlos]

    Ingelia lleva tiempo desarrollando la tecnología HTC, mediante la cual se puede valorizar diferentes residuos orgánicos (piel de cebolla, paja de arroz, resto de poda, cáscara de naranja o lodos de depuradora y residuos urbanos) en un producto con elevado poder calorífico en forma de pellets para su uso como biocombustible. El proceso desarrollado y patentado por Ingelia tiene la ventaja de que permite utilizar como materia prima casi todo tipo de residuos orgánicos (ej: agroalimentarios, forestales o urbanos), independientemente de su grado de humedad, limitación importante de estos procesos, con un poder calorífico un 30% superior a los convencionales.

    Recientemente Ingelia ha ido avanzando en el desarrollo de dicha tecnología, constituyendo el año pasado una alianza con la empresa multinacional del carbón CPL Industries, del Reino Unido, y más recientemente creando su primera filiar internacional en Italia, Ingenia Italia, de forma conjunta con Smarty Agency, como socio italiano.

    En la actualidad tiene una planta de producción de Biocarbón en Valencia (Náquera) que opera desde 2010 y en la cual se utilizan residuos procedentes de poda, jardinería, agricultura y limpieza forestal obteniéndose un biocarbón con un poder calorífico (PCI) de 6000 kcal/kg. A través del acuerdo con CPL Industries se realiza su comercialización y se facilita la construcción de nuevas plantas en Europa, en primer en Inglaterra y posteriormente en otros países europeos (Alemania, Francia e Irlanda).

     

    La filial italiana por su parte tiene previsto utilizar como materia prima del proceso residuos orgánicos urbanos. Para ello tienen un proyecto en el que se recogerán de forma selectiva residuos orgánicos de 14 municipios de la región de la Toscana para su procesamiento en una planta con una capacidad de procesar 75.000 Tn/año de estos residuos mediante 10 reactores basados en HTC, con una inversión prevista hasta 2016 de 15 MM€

    EurasiaCat

    Mar, 06/16/2015 - 04:18

    [Autora: Raquel Portela-CSIC]

    EurasiaCat es un proyecto Erasmus Mundus que nace con el objetivo de generar una red sólida y sostenible a largo plazo entre instituciones de la UE y Asia a través de la creación de vínculos académicos, culturales, sociales y económicos entre ellas mediante la movilidad de personas. En el proyecto, que comenzó el pasado mes de julio de 2014 y durará cuatro años, hasta el verano de 2018, participan 6 Universidades asiáticas, 5 Europeas (1 española), y el CSIC, y está coordinado por M. Olga Guerrero-Pérez, Profesora Titular de la Universidad de Málaga. Todos los grupos de investigación involucrados son punteros en el campo de la catálisis y del diseño y caracterización de materiales funcionales.

    El presupuesto de este proyecto supera el millón y medio de euros que se dedicarán íntegramente a la concesión de becas para estudiantes de Máster, Pre y Postdoctorales, y también de personal. Las becas se ofertan a través de un concurso público en el cual puede participar cualquier investigador interesado que reúna los requisitos y tienen una duración de entre uno y 36 meses. Para optar a una beca en Asia hay que tener nacionalidad europea, y viceversa, para solicitar una beca en Europa hay que tener nacionalidad de Hong Kong, Macao, Taiwan o Singapur. Las becas incluyen gastos de viaje y visado, seguro de salud y accidentes, gastos de matrícula y una percepción mensual (1000€/mes para alumnos de Master, 1500€/mes de doctorado, 1800 €/mes postdoctorales y 2500€/mes el personal).

    Las ofertas de becas aparecen regularmente en la web del proyecto. Para más información y para solicitudes de becas consultar la web: https://sites.google.com/site/emeurasiacat/home o contactar con la coordinadora (Olga Guerrero-Pérez, oguerrero@uma.es).

    Celebración de la 23rd European Biomass Conference and Exhibition

    Vie, 06/12/2015 - 04:00

    Durante los días 1 a 4 de Junio se ha celebrado en la ciudad de Viena (Austria) la 23rd European Biomass Conference and Exhibition donde se ha puesto de manifiesto la situación actual y expectativas en la aplicación de la Biomasa como recurso energético, con la participación de 76 países y cerca de 1400 participantes.

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

     La 23ª edición de esta conferencia ha posibilitado a la comunidad científica, así como la industria en el campo de la bioenergía en conjunto, una oportunidad para intercambiar conocimientos, para establecer nuevas colaboraciones y proyectos, así como para discutir y trabajar juntos en el futuro de este sector de la industria .

    Se han abordado cinco grandes temáticas: los recursos de la biomasa; las tecnologías de conversión de biomasa para calefacción, refrigeración y electricidad; las tecnologías de conversión de biomasa para líquidos y gaseosos, productos químicos y materiales; las políticas de la biomasa, mercados y sostenibilidad y por último, la bioenergía. Así como la evaluación y criterios de sostenibilidad, los impactos ambientales de la bioenergía, o la percepción que tiene la ciudadanía sobre el tema.

    La Unidad de Biocarburantes del Ciemat, que participa regularmente en las ediciones de este Congreso, ha presentado un trabajo de investigación, cuyo título es: “Oligosaccharides obtained from pretreated wheat straw for use in the food industry”.        El objetivo de dicho trabajo es la obtención de oligosacáridos de bajo grado de polimerización a partir de la fracción liquida obtenida durante el pretratamiento con steam explosión de paja de trigo seguido de una hidrólisis enzimática controlada. Estos oligosacáridos son productos de alto valor añadido que pueden ser usados en la industria alimentaria por su potencial efecto prebiótico.

    Producción solar de hidrógeno a partir del agua: Proyecto HYDROSOL-Plant

    Lun, 06/08/2015 - 04:14

    [Autor: Alfonso Vidal; CIEMAT-Plataforma Solar de Almería]

    Desde el punto de vista medioambiental, la mayor preocupación en los países industrializados está centrada en encontrar opciones viables al sector transporte causante de la emisión de gases de efecto invernadero. En efecto, el transporte, representa más del 30% del total de consumo de energía y depende de un 98% de los combustibles fósiles; este sector es la principal causa del incumplimiento de los objetivos y compromisos del Protocolo de Kioto.

    Una de las respuestas a este problema es el uso de hidrógeno como fuente de energía y su transformación en electricidad por medio de las llamadas pilas de combustible. Esta propuesta reduciría la dependencia actual sobre los combustibles fósiles, ya que el hidrógeno podría ser generado a partir de otras fuentes primarias como las renovables. Igualmente se disminuiría la contaminación atmosférica y la emisión de gases de efecto invernadero, puesto que el único residuo generado por una pila de combustible es agua.

    La utilización  hidrógeno a gran escala debería ir acompañada del necesario desarrollo de procesos de generación que garanticen un desarrollo sostenible sin el consumo de combustibles fósiles. El proyecto HYDROSOL tiene como objetivo principal  demostrar la viabilidad técnica de la producción solar de H2 a partir de radiación solar concentrada. 


    Fig. 1 Vista del campo CRS con los helióstatos en primer término y la torre metálica.

    El proyecto HYDROSOL PLANT, “Thermochemical HYDROgen production in a SOLar monolithic reactor: construction and operation of a 750 kW PLANT” (Producción solar termoquímica de hidrógeno en un reactor monolítico: construcción y operación de una planta de 750 KW), es proyecto financiado por la Unión Europea dentro de la iniciativa FCH-JU (Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking, Iniciativa Tecnológica Conjunta en Pilas de Combustible e Hidrógeno). El proyecto cuenta con la participación de diferentes Instituciones y empresas europeas, APTL (Aerosol and Particle Technology Laboratory, Laboratorio de Tecnología de Partículas y Aerosoles, Grecia), DLR (German Aerospace Center, Agencia Aeroespacial Alemana, Alemania), HYGEAR (Engineering for sustainable growth, Ingeniería para un crecimiento sostenible, Holanda), CIEMAT (España) y HELP-RES (Hellenic Petroleum – Renewables Energy Resources S.A, Compañía de Petróleos Helénica-Fuentes de Energía Renovables, S.A.), y la Plataforma Solar de Almería perteneciente al  CIEMAT.

    Este proyecto vendría a completar iniciativas anteriores, como HYDROSOL II e HYDROSOL-3D que han permitido demostrar la viabilidad técnica del proceso, puesto que se ha avanzado en  el desarrollo de un ciclo termoquímico,  la introducción el concepto de reactores solares monolíticos multi-canal y, finalmente, se ha conseguido la integración del receptor en una planta de torre central.

    Los ciclos termoquímicos son procesos considerados como solución a medio-largo plazo para la producción masiva de H2 limpio a partir de energía solar mejorando los rendimientos alcanzados en la disociación electrolítica del agua (con eficiencias en el entorno del 25-30%). Los ciclos termoquímicos constan de una serie de reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas que tienen como objetivo la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno de forma separada (en dos etapas distintas). Entre los más de 100 ciclos posibles que se encuentran descritos en bibliografía, merece la pena destacar los ciclos basados en óxidos metálicos cuyo esquema se resume en el diagrama siguiente:

    Activación (1000 – 1200 ºC)

    Hidrólisis (700 – 1000ºC)

    El objetivo del proyecto HYDROSOL-Plant sería completar el estudio realizado en estos últimos años, mediante la construcción de una planta de demostración de 750 kW a instalar en la Plataforma Solar de Almería, PSA-CIEMAT,  que produzca hidrógeno a partir del agua  con unos requerimientos mínimos para la producción y almacenamiento in-situ. Por lo tanto, la futura planta integrará todas las etapas del proceso: producción, purificación y almacenamiento del hidrógeno producido. Este estudio se completará con un estudio técnico-económico y un análisis de mercado que determinará la viabilidad del escalado del proceso.

    [1]. Página web proyecto  http://hydrosol-plant.certh.gr

    Gas Natural frente a Diesel en vehículos pesados: comparando las implicaciones climáticas de ambos combustibles

    Mié, 06/03/2015 - 04:00

    En los últimos años se está asistiendo a la introducción del gas natural como combustible en vehículos debido a sus ventajas medioambientales frente al diésel en lo que se refiere a reducción de emisiones. Sin embargo la mayor bondad medioambiental de los vehículos alimentados por metano ha sido puesta en duda en un reciente estudio científico en el que se comparan los efectos climáticos del uso de diésel o gas natural en vehículos pesados. Los investigadores del estudio han llegado a la conclusión de que los beneficios medioambientales del uso de metano como combustible en automoción pueden no llegar a serlo si no se implementan medidas para mejorar la eficiencia de los motores alimentados por metano y se reducen las emisiones de metano en la cadena de producción y suministro de dicho gas.

    Autor: [R. M. Navarro – Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC)]

    Las recientes innovaciones tecnológicas para la extracción de gas natural (fractura hidráulica horizontal (fracking)) han hecho que las reservas de este gas hayan crecido considerablemente en los últimos años. El gas natural es además un combustible que tiene poca intensidad en carbono lo que significa menores emisiones de CO2 por unidad de energía generada comparado con otros combustibles fósiles, lo que ha significado que el gas natural sea considerado comparativamente beneficioso para el medioambiente respecto del resto de combustibles fósiles.  La  combinación de ambos factores, mayores recursos y menor efecto medioambiental, se ha traducido en un notable interés en el uso del gas natural como combustible alternativo al diésel en vehículos pesados. 

    Sin embargo, en estudios científicos recientes se ha hecho hincapié en la necesidad de hacer un análisis más detallado de los efectos medioambientales a medio y largo plazo del uso masivo de metano. Mientras que es cierto que el gas natural emite menos CO2  que otros combustibles fósiles durante su combustión, el potencial beneficio climático de este hecho puede verse reducido o incluso retrasado dependiendo de la magnitud de las pérdidas de metano que se tengan en el ciclo de extracción, distribución y uso del metano. Aunque el metano decae más rápidamente que el CO2 en la atmósfera, su potencial como gas de efecto invernadero es muy superior al del CO2 y su influencia en el clima puede ser significativa durante décadas. Teniendo en cuenta este hecho, se hace necesario analizar la influencia climática del uso del metano teniendo en cuenta también esta perspectiva.

    En este escenario, un equipo de investigadores de la Fundación para la defensa del medioambiente y de la Universidad de Columbia ha realizado un estudio comparativo [1]  sobre las implicaciones climáticas derivadas del cambio de diésel a gas natural en diferentes vehículos pesados. En el estudio han examinado diferentes tipos de motores y sistemas de almacenamiento para gas natural y diferentes escenarios de pérdidas de metano en el ciclo de extracción, distribución y uso del metano. Los resultados del estudio mostraron que el cambio de diésel a gas natural en vehículos pesados implicará un empeoramiento en el impacto climático en los próximos 50-90 años derivados de la menor eficiencia de los motores alimentados con gas natural y al impacto como gas de efecto invernadero de las pérdidas de metano actuales en la cadena de extracción y distribución. No obstante, los autores del estudio también indican que el cambio de diésel a metano como combustible en vehículos tiene potencial para producir beneficios climáticos significativos siempre y cuando se produzcan mejoras significativas en los niveles de pérdidas de metano en la cadena de extracción y distribución así como mejoras en la eficiencia de los motores de combustión alimentados por metano.

    Más información

    J. R. Camuzeaux, R.  A. Alvarez, S. A. Brooks, J. B. Browne, T. Sterner, Influence of methane emissions and vehicle efficiency on the climate implications of heavy-duty natural gas trucks

    Enviromental Science &Technology , 2015; 150519080024002 DOI: 10.1021/acs.est.5b00412

     

    La cooperativa Som Energia supera los 22.000 contratos de luz en cuatro años

    Sáb, 05/30/2015 - 04:40

    La compañía comprará energía limpia a sus nuevas centrales, y el abaratamiento conseguido se traducirá en ahorros en el recibo para los socios

    [Autor: Eloy Sanz-Universidad Rey Juan Carlos]

    La compañía eléctrica Som Energia, la primera cooperativa española de producción y consumo de electricidad verde, ha alcanzado los 22.888 contratos de luz para dar servicio a otros tantos hogares. Y eso cuando se cumplen cuatro años de su puesta en funcionamiento.

    Ahora, además, explora la puesta en marcha de una nueva iniciativa (el proyecto Generation KWH) mediante el cual comprará electricidad a las centrales de producción de energía renovable que ella misma va a promover. “En lugar de ir al mercado a comprar la electricidad, la adquiriremos en nuestras instalaciones, con lo que obtendremos electricidad al precio de coste. La diferencia de costes será un ahorro que nuestros socios notarán en el recibo de la luz”, dice Josep Puig, vicepresidente de Som Energia.

    La cooperativa Som Energia nació para promover exclusivamente proyectos de electricidad limpia (con financiación de los socios) con objeto de venderla al mercado. Pero, a la vez, es una compañía comercializadora convencional, que da los servicios propios de una empresa eléctrica que compra la energía al sistema eléctrico y lo entrega a sus clientes (en este caso socios repartidos por Catalunya, Comunidad de Valencia, Baleares y Madrid, entre otros lugares).

    En los tres últimos tres años ha pasado de 3.000 socios a 18.668 socios (algunos tienen más de un contrato). La previsión es que este año facture 15 millones de euros.

    Importante éxito, e inversiones

    El objetivo inicial (y vigente) de sus promotores al nacer era conseguir producir en sus instalaciones la misma cantidad de energía que la que consumen sus socios. Pero esto no ha sido posible, porque el aumento de cooperativistas ha sido superior al ritmo de producción de electricidad verde. Ahora produce el equivalente a 5% del consumo de sus socios.

    Som Energia ha impulsado y construido ocho plantas solares fotovoltaicas, entre ellas en Riudarenes, Manlleu, Lleida o Picanya (Valencia), y, además, ha efectuado una inversión en una planta de biogás en Torregrossa, en la que se produce también electricidad a partir del biogás de las deyecciones ganaderas. Todos estos proyectos fueron impulsados con dinero de sus socios con el ánimo de promover las energías renovables. La electricidad se vende a la red, y permite cierta rentabilidad a sus inversores.

    Los proyectos, no obstante, se han visto condicionados por el recorte de la retribución (primas) establecida por el Gobierno para la producción de fuente renovables, aunque ha resistido el “seísmo” de la reforma eléctrica.

    “En el caso de las plantas fotovoltaicas, hemos podido resistir el recorte, puesto que nosotros no acudimos a los bancos ni contrajimos deudas, sino que nos financiamos con dinero de los socios”, dice Josep Puig.

    Más implicación

    El nuevo plan de la compañía persigue ampliar la implicación de los socios en la generación de fuentes renovables, mediante una nueva forma de motivación. Por eso, el proyecto (Generation kWh) busca doblegar los contratiempos y obstáculos existentes que frenan el desarrollo de las renovables.

    Con este fin, se va a promover un conjunto de nuevas instalaciones de energía renovable (molinos de viento, centrales fotovoltaicas y posiblemente minihidráulica) con participación en forma de inversión voluntaria de los socios. El abaratamiento del coste energético derivado de esta fórmula repercutiría en un ahorro en la factura de la luz de los socios, indica Puig, quien ve abierta la puerta a la introducción de este tipo de contratos de compra venta directa de electricidad tras las reformas del sistema eléctrico.

    Los socios pueden destinar entre 100 y 2000 euros y durante 25 años recibirán una cantidad de energía según la aportación realizada. Esa ayuda se traduce en un descenso de la factura eléctrica.

    Compromiso “ético”

    La cooperativa nació del compromiso y la inquietud de sectores sociales que, “por razones éticas y de sostenibilidad”, desean consumir electricidad “pero evitando el uso del carbón y la quema de gas” para evitar el calentamiento y prevenir la generación de residuos en las nucleares. Los precios que se dan al socio son similares a los de las compañías tradicionales. “El término de potencia es más barato, y el del consumo de energía no está entre los más caros”, resume Puig, que destaca otras ventajas para el socio. Una de ellas es que la cooperativa –añade- permite un modelo de participación democrático en el que los usuarios toman las decisiones.

    El esquema tradicional de funcionamiento español para fomentar las renovables se ha basado en centrales (fotovoltaicas, eólicas…) que generan electricidad para ser vendida a la red (para su distribución): pero Som Energia ha contraído el compromiso de que los kilovatios hora consumidos por sus socios serán verdes de forma más directa.

    La idea de constituir Som Energia surgió de Gijsbert Huijink, un holandés afincado en Catalunya (profesor en aquel momento de la Universitat de Girona) que quería invertir en alguna cooperativa de energías renovables como las que conocía en su país. Empezó a preguntar e indagar, y vio que no había ninguna iniciativa similar en España. Ahora, otras empresas han aparecido en el mercado con metas similares.

    Leer más: http://www.lavanguardia.com/natural/20150310/54428031328/som-energia-electricidad-contratos-luz.html#ixzz3anGi4uWt

    Hacia la modelización energética de la Comunidad de Madrid: el modelo LEAP-Madrid

    Mar, 05/26/2015 - 04:00
    [Autores: Diego Iribarren y Mario Martín-Instituto IMDEA Energía]

    En las últimas décadas, el cambio climático se ha posicionado como una de las principales amenazas en el camino hacia la sostenibilidad. A pesar de que el Protocolo de Kioto entró en vigor en febrero de 2005, desde una perspectiva global su efectividad ambiental es limitada debido a la falta de participación de ciertos países y ciudades clave. Por lo tanto, son necesarias nuevas políticas que hagan frente de manera exitosa al incremento en las emisiones de gases de efecto invernadero. En este sentido, la consideración de modelos energéticos que engloben vías alternativas y una planificación energética a largo plazo es cada vez más importante para equilibrar adecuadamente las necesidades energéticas de una región con aspectos económicos, sociales y ambientales. El modelo “LEAP-Madrid” se ha desarrollado en la Unidad de Análisis de Sistemas del Instituto IMDEA Energía. Este modelo representa el sistema energético completo de la Comunidad de Madrid y constituye una herramienta de análisis de escenarios para explorar oportunidades actuales y retos futuros. Dada la disponibilidad de datos relevantes, el año base del modelo es 2010. El software “Long-range Energy Alternatives Planning system” (LEAP), ampliamente utilizado para el análisis de políticas energéticas y medidas de mitigación del cambio climático, fue el elegido para el desarrollo de este modelo energético.

    La motivación para llevar a cabo LEAP-Madrid es la falta de un modelo actual del sistema energético en esta comunidad. El modelo energético desarrollado puede ser de aplicación tanto a nivel de gobierno, como a nivel de empresas, transporte, etc. LEAP-Madrid abarca toda la Comunidad de Madrid, incluyendo tanto el centro urbano como el resto de la región, lo que constituye una escala adecuada para el desarrollo de políticas. Así, LEAP-Madrid se crea como un marco de contabilidad donde se detalla tanto la oferta como la demanda, incluyendo los siguientes sectores: industria, servicios, agricultura, transporte, residencial y otros. En particular, este modelo incluye una representación muy detallada de los sectores “transporte” y “residencial”, dada su elevada demanda energética.

    Se ha utilizado una gran variedad de fuentes de datos locales, nacionales e internacionales para la elaboración del escenario base. Además, los datos implementados para las suposiciones del escenario base incluyen un amplio número de indicadores tales como ingresos, PIB y población, que pueden ser modificados en función del escenario evaluado. En este sentido, el escenario base de LEAP-Madrid se considera el punto de partida para la construcción de escenarios que dibujen la evolución del sistema energético de Madrid en un determinado entorno socio-económico y bajo un conjunto particular de condiciones políticas. Así, se podrán evaluar posibles ahorros derivados de medidas políticas (p. ej., políticas orientadas a aumentar la proporción de energías renovables en el sistema energético madrileño), medidas tecnológicas (p. ej., mejoras en la eficiencia de vehículos eléctricos y de pila de combustible) y cambios sociales (p. ej., aumento en el nivel de conciencia pública sobre prácticas de eficiencia energética). LEAP-Madrid permite esta evaluación con el fin de explorar las vías energéticas más adecuadas dentro del contexto planteado. 

    Membranas de intercambio con aplicaciones energéticas

    Vie, 05/22/2015 - 05:38

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

    Una membrana semipermeable (o membrana de intercambio) es una lámina delgada que permite que ciertas moléculas o iones pasen a través de ella por difusión. Este paso de sustancias depende de factores inherentes a la membrana, como la afinidad química por los solutos; a los propios solutos, como el tamaño, o su solubilidad; o de otros factores relacionados con el entorno, como la presión osmótica, la concentración, el gradiente electroquímico o la temperatura en cualquiera de los lados de la membrana [1]. En la naturaleza podemos encontrar ejemplos de membranas semipermeables en las bicapas lipídicas que forman parte de la membrana celular o que envuelven el núcleo de las células. Y, de forma artificial pero inspirados en estas bicapas lipídicas, podemos hablar de los liposomas empleados para el suministro de determinados medicamentos [2]. Además, existen otros tipos de membranas de intercambio que han sido profundamente estudiadas y empleadas industrialmente, en campos tan diversos como la ósmosis inversa, la nano-, ultra- y microfiltración, la pervaporación o la electrodiálisis [3].

    Una clasificación de las membranas de intercambio se puede hacer atendiendo a la naturaleza del material del que están hechas:

    • Membranas biológicas: aquellas barreras permeables selectivas que están presentes en seres vivos.
    • Membranas sintéticas: las creadas sintéticamente, que pueden clasificarse en:
      • Membranas líquidas
      • Membranas poliméricas
      • Membranas cerámicas

    Pese a la proliferación de procesos de intercambio a través de estos materiales, la Ciencia y Tecnología de Membranas puede considerarse que aún está dando sus primeros pasos. Thomas Graham es considerado uno de los padres de la Ciencia de Membranas, ya que realizó los primeros experimentos de transporte de gases a través de membranas en 1829, al observar cómo una vejiga de cerdo húmeda se hinchaba hasta casi el punto de explosión al ser expuesta a una atmósfera de CO2. En 1861, Graham informó de los primeros experimentos de diálisis usando una membrana sintética. A lo largo del siglo XIX, varios científicos se interesaron por la permeabilidad de los materiales, como Mitchell, que estudió el paso de gases a través de caucho, o Fick, y sus estudios sobre difusión a través de nitrato de celulosa [4].

    Pero la Ciencia de Membranas entró en auge en las décadas de 1960 y 1970,  de forma paralela al desarrollo de gran número de polímeros sintéticos y de sus métodos de obtención. Fue en estos años cuando se produjo el desarrollo de procesos de desalinización de agua de mar para el consumo humano, por lo que puede considerarse un área relativamente nueva en química aplicada e ingeniería química. Durante las dos últimas décadas se han desarrollado membranas con multitud de aplicaciones en la separación química: relacionadas con el tratamiento industrial de gases y líquidos (como el tratamiento de aguas residuales, control de contaminantes o recuperación de residuos); con el procesado de alimentos, la biotecnología o la biomedicina; con la industria petrolífera…

    En la actualidad también están jugando un papel especial en el campo de las energías alternativas, con aplicaciones en:

    • captura de CO2
    • producción de hidrógeno
    • producción y purificación de biocombustibles
    • conversión electroquímica
      • pilas de combustible
      • electrolizadores
      • baterías

    En este sentido, el Grupo de Investigación en Electroquímica de la UAM está trabajando en la actualidad en el desarrollo de membranas de intercambio de iones para uso en pilas de combustible de membrana polimérica (PEMFC).

    Tradicionalmente, este tipo de dispositivos ha utilizado como electrolito sólido membranas de intercambio catiónico, que permiten el movimiento de protones entre los electrodos y, a su vez, impiden el paso de electrones. Además, son relativamente impermeables al aire (que alimenta el cátodo) o a los combustibles empleados, como hidrógeno o alcoholes (que alimentan el ánodo). Otros requisitos que deben cumplir este tipo de membranas son la estabilidad química y electroquímica en las condiciones de trabajo del dispositivo, propiedades mecánicas y químicas adecuadas para formar el denominado conjunto membrana-electrodos (MEA) y costes de producción compatibles con la aplicación.

    Dentro de las membranas de intercambio catiónico, las que más éxito comercial han tenido son las basadas en Nafion®, un polímero desarrollado por DuPont formado por un esqueleto perfluorado que presenta ramificaciones con grupos sulfónicos. Estos grupos permiten la movilidad de cationes a través de la membrana. Existen otro tipo de membranas basadas en polímeros parcialmente fluorados, como las de trifluoroestireno de Ballard Advanced Materials, o las basadas en grupos arilsulfónicos, como las de poliéter éter cetona sulfonadas (SPEEK) [5].

    Por otro lado, tal y como se comentó en una entrada anterior de este blog [6], las pilas de combustible alcalinas (AFC) tienen muchas ventajas respecto a las de medio ácido, y la tendencia actual se basa en el desarrollo de membranas de intercambio aniónico (AEM). Este tipo de materiales permite aunar las ventajas de trabajar en medio básico (cinéticas más rápidas, ambiente menos corrosivo) con las derivadas del uso de electrolitos sólidos (ausencia de pérdidas de electrolito, fácil manipulación). Las membranas de intercambio aniónico empleadas en la actualidad constan generalmente de un esqueleto carbonado que presenta sustituyentes catiónicos de tipo amonio cuaternario, imidazolio, guanidinio, fosfonio, sulfonio… que permiten el intercambio de aniones a través de la membrana.

    En las próximas entregas de este blog se comentarán con más detalle las tendencias actuales y las características tanto de las membranas de intercambio catiónico como de las de tipo aniónico.

    [1]   Wikipedia (21/05/2015). “Semipermeable membranes”         from https://en.wikipedia.org/wiki/Semipermeable_membrane.

    [2]   Wikipedia (21/05/2015). “Lipid bilayer”        from https://en.wikipedia.org/wiki/Lipid_bilayer.

    [3]   Inamuddin and Luqman, M. (2012). Ion Exchange Technology I. Theory and Materials, Springer.

    [4]   Khulbe, K. C., Feng, C. Y. and Matsuura, T. (2008). Synthetic Polymeric Membranes, Springer.

    [5]   Zaidi, S. M. J. and Matsuura, T. (2008). Polymer Membranes for Fuel Cells, Springer.

    [6]   Hernández-Fernández, P. and Ocón, P. (21/05/2015). “Pilas de combustible de membrana de intercambio aniónico”         from http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2010/05/26/130881.

    Páginas


    Instituto Chileno de Permacultura