Se encuentra usted aquí

Energia y Sostenibilidad

    Subscribe to canal de noticias Energia y Sostenibilidad
    Actualizado: hace 1 hora 11 mins

    10° Edición del congreso en Hidrógeno y Pilas de combustible: HYPOTHESIS

    Mié, 07/03/2013 - 03:25

     

     

    [Autora: Gisela Orcajo Rincón-Grupo de Ingeniería Química y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos]

    La comunidad científica de hidrógeno y pilas de combustible se reunió el 11 y 12 de junio en Edimburgo, Escocia, en la décima edición del congreso HYPOTHESIS 2013, organizado en esta oportunidad por la empresa Pure Energy Center. Allí se debatieron temas muy interesantes referidos a esta tecnología como: fundamentos y teoría de las pilas de combustible, transporte, aplicaciones estacionarias y portátiles, producción, almacenamiento de hidrógeno, simulación y modelado, motores de combustión interna de hidrógeno, regulación y seguridad, políticas y financiación de las tecnologías del hidrógeno. Al igual que en otras ediciones de este congreso, hubo sesiones plenarias muy interesantes, donde se analizaron los éxitos, las oportunidades y los desafíos de la economía del hidrógeno.

    La siguiente edición del congreso se celebrará en Toledo, España, en septiembre de 2015, y lo organizará la Universidad Rey Juan Carlos junto con el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Energía (IMDEA Energía). Se espera que sea un foro que reúna expertos mundiales del sector industrial, académico y público, para intercambiar de manera eficiente nuevas ideas de calidad sobre las tecnologías del hidrógeno.

     

    E.ON fabrica H2 a partir de energía eólica y lo inyecta a la red de gas natural por primera vez

    Vie, 06/28/2013 - 03:00

    La multinacional eléctrica alemana, E.ON, anunció la pasada semana que la planta “power-to-gas” (P2G), situada al este de Alemania, culminó a mediados de este mes la etapa de inyección de hidrógeno en el sistema de gas natural. Según E.ON, esta es la primera vez que realiza todas las etapas del proceso, desde la recepción de la electricidad hasta la inyección de hidrógeno en la red.

     Autor: [Javier Fermoso – Instituto IMDEA Energía]

     En Agosto de 2012 la multinacional alemana E.ON comenzó la construcción de una innovadora planta llamada “power-to-gas” (P2G) situada en Falkenhagen, al este de Alemania. Esta planta está localizada en un enclave estratégico ya que se encuentra cerca de varios parques eólicos situados en dicha región. E.ON anunció la pasada semana que la planta P2G culminó el pasado 13 de Junio la etapa de inyección de hidrógeno en la red de gas natural como parte de un test de funcionamiento con energía eólica. Según E.ON, esta es la primera vez que realiza todas las etapas de este proceso, desde la recepción de la electricidad procedente de un parque eólico hasta la inyección de hidrógeno en la red. Durante la prueba, que tuvo una duración de 3 horas, la planta produjo 160 metros cúbicos de hidrógeno, que fueron inyectados al sistema de distribución de gas natural.1 En la Figura 1 se muestra un dibujo simplificado de las instalaciones de la planta P2G.

     

    Figura 1. Dibujo de la planta piloto de E.ON “power-to-gas” (P2G) para la producción de H2.

    La planta P2G recibe la electricidad de un parque eólico cercano, y ésta hace funcionar el electrolizador que transforma el agua en oxígeno e hidrógeno. Este último es inyectado a continuación en el sistema regional de distribución de gas. El hidrógeno se convierte así en parte de la mezcla de gas natural y se puede utilizar para generar electricidad o calor.

    E.ON tiene previsto que la planta P2G esté operativa a finales del mes de agosto. Una vez esté en funcionamiento, se utilizará el excedente de electricidad renovable generada mediante energía eólica, para producir alrededor de 360 metros cúbicos de hidrogeno por hora.1,2

    Con frecuencia, los parques eólicos situados en la región donde se ha instalado esta planta producen más electricidad de la que la red local puede gestionar. E.ON considera que la instalación de esta planta en esta región tiene un carácter estratégico, ya que además de una alta producción de energía eólica, cuenta con las infraestructuras de energía y gas necesarias, así como con un centro de control para su gestión. De este modo, se podrá aprovechar la electricidad renovable que no puede ser vertida a la red, solucionando uno de los principales problemas de este tipo de generación eléctrica, su carácter discontinuo. Esto hace que en los momentos “valle” de consumo (durante la noche) en los que existe un excedente de producción, se pueda aprovechar ese excedente para la producción de hidrógeno.

    Esta idea de producción de hidrógeno a partir de energía eólica no es nueva, ya que en España, en 2006 y 2008 a través de los proyectos de demostración “W2H2 (Wind to Hydrogen)”, apoyado por la Corporación Tecnológica de Andalucía, y “Producción de H2 con eólica” en el Parque Experimental de Sotavento, apoyado por la Consellería de Innovación, Industria y Comercio de la Xunta de Galicia, GAMESA3 Y GAS NATURAL FENOSA4,5, respectivamente, se iniciaron en este proceso de producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua. A diferencia de E.ON, este hidrógeno sería almacenado en depósitos a presión y utilizado posteriormente para generar energía eléctrica en una pila de combustible o en un motor de combustión interna, permitiendo al operador inyectar la electricidad a la red en los momentos “pico” de consumo. De esta forma, se pretendía gestionar de forma más eficiente la energía eléctrica generada por los parques eólicos, adaptando la curva de producción a la demanda del mercado.

    Estos son ejemplos de las posibilidades que nos ofrece la combinación de diversas tecnologías basadas en energías renovables. Mediante dicha combinación, las debilidades de unas, como el carácter aleatorio y discontinuo de la energía eólica, son compensadas con otras como la producción de hidrógeno utilizando el excedente de energía eléctrica, e ir así hacia sistemas energéticos cada vez más eficientes, sostenibles y basados en fuentes de energía renovable.

    Referencias

     

    1. http://www.eonespana.com/es/sala-de-prensa/notas-de-prensa/2013/6/13/la-planta-de-power-to-gas-de-eon-inyecta-hidr-geno-al-sistema-de-gas-natural-por-primera-vez.html.
    2. http://futurenergyweb.es/node/95.
    3. http://www.gamesacorp.com/es/comunicacion/noticias/andalucia-apoya-un-proyecto-de-gamesa-relacionado-con-la-tecnologia-del-hidrogeno.html?idCategoria=65.
    4. http://www.gasnaturalfenosa.es/es/inicio/somos+energia/innovacion+y+futuro/lineas+de+actuacion/1297131825644/sotavento.html.
    5. http://www.sotaventogalicia.com/area_tecnica/py_produccion_hidrogeno.php.

     

    El efecto del Cambio Climático en las Energías Renovables: Eólica

    Mar, 06/25/2013 - 02:18

    El hecho de que las energías renovables dependan del clima de la zona donde está ubicada la instalación, hace que sean susceptibles de sufrir los efectos del Cambio Climático, variando la producción de estas. En este artículo se expone, de forma general, algunos de los esfuerzos que se están realizando en el mundo para estimar el efecto que puede tener el cambio climático sobre la energía eólica.

    Autor: Guillermo Gómez Prada-INTA

    Actualmente existe una gran preocupación por el agotamiento de las fuentes de energía convencionales, y el efecto que el uso de éstas tiene sobre el clima. Una solución a ambos problemas, o por lo menos un paliativo, serían las energías renovables, pero estas a su vez sufren el efecto del cambio climático. Ser capaz de estimar el efecto que puede tener el cambio climático en la producción de las renovables puede tener grandes implicaciones económicas, ya que esto permitiría determinar posibles variaciones en el rendimiento futuro, tanto económico como energético, de estas.

    Estas implicaciones hacen que se empleen cada vez más recursos en la estimación del clima futuro con el objeto de determinar el efecto de los cambios que este puede provocar en la producción de las renovables. Esto se puede ver en el número creciente de publicaciones que estudian el efecto del cambio climático sobre el potencial eólico. Este interés en la eólica obedece a que es una de las energías renovables que más importancia está adquiriendo en el mundo y en especial en los países industrializados como puede serla UE, en los que la producción eólica supuso en 2012 el 11% de la producción eléctrica, y que también que este desarrollo se prevé que no se detenga aquí, como se puede deducir de los objetivos marcados porla UEpara el 2020-30, o de compromisos alcanzados como el que se alumbró en el Foro de las Grandes Economías sobre Energías y Cambio Climático, celebrado los días 17 y 18 de Noviembre de 2011 en Washington, donde se propuso crear un grupo de trabajo multilateral en energía solar y eólica liderado por Alemania, Dinamarca y España con iniciativas como el desarrollo de un Atlas Global de recursos solares y eólicos y el desarrollo de una estrategia a largo plazo conjunta para la construcción de capacidades que propicien una mayor transparencia y encuentro entre la oferta y la demanda sobre el conocimiento relacionado con toda la cadena de valor solar y eólica.

    Así aplicando distintas técnicas de Downscaling a las salidas de diversos AOGCM’s (Athmosphere-Ocean General Circulation Models), se han realizado diversos estudios de las previsiones de variación del potencial eólico que se prevé para el S. XXI en diversas zonas del mundo. Por ejemplo:

    • Para Brasil, estudios realizados porla Universidadde      Río de Janeiro en 2009 y por el departamento de geofísica dela Universidadde      Chile en 2008, prevén que el cambio climático tenga un impacto positivo      sobre el potencial eólico. Distintas proyecciones climáticas sugieren      incrementos importantes en el recurso eólico en zonas costeras y en la      región noreste del país [1], así como en la costa Oeste de Sudamérica [2].
    • Para Estados Unidos estudios realizados porla Universidadde      Tulane yla       Universidadde New Orleans en 2002 y porla Universidadde      Portland en 2008, parecen indicar que el recurso eólico en Estados Unidos      podría sufrir un descenso medio (<3%) en los próximos 50 años [3], así      como un descenso de la densidad energética eólica durante los meses de      verano, y sin cambio o muy ligero durante los inviernos [4].

    En Europa, se han realizado diversos estudios de este tipo, así por ejemplo Räisänen et al. (2004)  evaluó los efectos del cambio climático en Europa para el periodo (2071-2100), para lo cual se basó en los escenarios de emisiones de gases invernadero A2 y B2. Sus estudios mostraron un aumento en la velocidad del viento del 8% en el norte de Europa, y una disminución en el Mediterráneo centro, además de un incremento moderado en el Sureste de Europa. También hay diversos estudios de distintas zonas de Europa, así se tiene:

    • Para la zona del Mediterráneo Oriental,      estudios realizados por el Observatorio Nacional de Atenas y el Instituto      de Investigaciones Climáticas de Atenas en 2008, parecen indicar una      disminución del potencia eólico sobre el mar Mediterráneo, pero un      incremento del mismo sobre el continente [5].
    • Para el Norte de Europa, especialmentela Península Escandinava,      se han realizado diversos trabajos encontrándose resultados interesantes      en los que aparecían incrementos de hasta el 10% en el suroeste dela Península Escandinava     y el centro del mar Báltico [6].
    • Para Francia, estudios realizados en 2007 por      el Climate Modeling and Global Change Team del CERFACS/CNRS (European      Center for Research and Advaced Training in Scientific Computing/Centre      National dela       Recherche Scientifique) han mostrado una disminución      significativa de la velocidad del viento en la zona del Mediterráneo [7]

    Actualmente, en España, varias instituciones han realizado o están realizando estudios con el objeto de determinar el recurso eólico en España en el presente. Entre estas investigaciones cabría destacar las realizadas por:

    • El IDAE (Instituto parala Diversificación     y Ahorro dela Energía),      ha finalizado en 2011 un estudio del recurso eólico para todo el      territorio nacional dela Península Ibérica; Islas Canarias, Islas      Baleares; Ceuta y Melilla y la zona marítima hasta24 millasnáuticas      desde la línea base. Para realizar este estudio se utilizó la combinación      de modelos de simulación mesoescalares, para reproducir los patrones de      viento a gran escala, junto con modelos microescalares, para incorporar en      los resultados el efecto sobre el viento de las características del      terreno y la topografía [8].
    • La UM(Universidad      de Murcia), ha finalizado en el 2010 el proyecto “Desarrollo de un mapa      eólico nacional adaptado a la minieólica” perteneciente al Proyecto      Singular Estratégico Fomento de la tecnología de pequeña potencia      coordinado por el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas,      Medioambientales y Tecnológicas). En dicho proyectola UMha desarrollado      herramientas estadísticas que basándose en mediciones reales permita      obtener una estimación del potencial eólico y su incertidumbre asociada      para una localización concreta o un área.
    • El CENER (Centro Nacional de Energías      Renovables) en colaboración conla Universidadde Atenas, ha desarrollado una      metodología para el cálculo de mapas de viento a escala regional a partir      del modelo de mesoescala SKIRON, obteniendo un mapa de recursos eólicos de     la Península       Ibéricay Baleares para el presente con una resolución      de 4,5kmx4,5km. Los resultados obtenidos por simulación fueron validados      utilizando los datos de un conjunto de 50 estaciones meteorológicas      ubicadas a lo largo de toda la geografía nacional [9].

    Dentro de la temática de este artículo, para España, cabría destacar la investigación que está realizando el grupo de Física del Clima dela UAH(Universidad de Alcalá de Henares). En la cual se pretende estimar la variación del potencial eólico enla Península Ibéricae Islas Baleares durante la primera mitad del S. XXI, y para lo cual se están utilizando técnicas estadísticas y de clustering [11]. Dicha investigación está encuadrada dentro del proyecto ESCENA, el cual ha sido financiado dentro dela Acción Estratégica“Energía y Cambio Climático” cuyo objetivo es la generación de escenarios de cambio climático sobre España con muy alta resolución, mediante la aplicación de cuatro modelos regionales de clima. En este proyecto participanla UCLM(Universidad de Castillala Mancha),la UC(Universidad de Cantabria),la UM(Universidad de Murcia) yla UAH(Universidad de Alcalá de Henares).

     

    [1] A.F. Pereira de Lucena et Al. The vulnerability of wind power to climate change inBrazil. Renewable Energy 2010; 35:904-912.

    [2] Gerraud RD, Falvey M. The coastal winds off western subtropicalSouth Americain future climate scenarios. International Journal of Climatology. 2009; 29:543-54.

    [3] Brewslow PB, Sailor DJ. Vulnerability of wiind power resources to climate change in the continentalUnited States. Renewable Energy 2002;27:585-98.

    [4] SailorDJ, Smith M, Hart M. Climate chage impications for wind power resources in theNorthwest United States. Renewable Energy 2008;2393-406.

    [5] Bloom A., Kotroni V., Lagauvardos K. Climate change impact of wind energy availability in theEastern Mediterraneanusing the regional climate model PRECIS. Natural Hazards and Earth System Sciences 2008; 8(6):1249-57.

    [6] S.C. Pryor, R.J. Barthelmie, E. Kjellstromr. Analyses of the potential climate change impact on wind energy resources in northernEuropeusing output from a Regional Climate Model. Climate Dynamics 2005; 25:815-35.

    [7] Julien Najac, Julien Boé, Laurent Terray A multi-model ensemble approach for assessment of climate change impacto n surface winds inFrance. Climate Dynamics 2009; 32:615-634.

    [8] Joan Aymamí, Alejandro García, Oriol Lacave, Llorenç Lledó, Miguel Mayo, Santi Parés de Meteosim Truewind. Análisis del Recurso. Atlas eólico de España. IDAE.

    [9] Martín Gastón, Edurne Pascal, Laura Frías, Ignacio Martí, Uxue Irigoyen, Elena Cantero, Sergio Lozano, Yolanda Loureiro Wind resources map of Spain mesoscale. Methodology and validation. Wind Energy Department, National RenewableEnergyCenter(CENER)

    [10] Jacob, D.,2001, Anote to the simulation of the annual and inter-annual variability of the water budget over theBaltic Seadrainage basin, Meteorol. Atmos. Phys., 77, 61-73.

    [11] G. Gómez, W. Cabos, G. Liguori, S. Lozano. Wind speed evolution study for Iberian Peninsula and Baleares in the XXI century.  MedCLIVAR 2012 Conference.

    15 de junio: Día Mundial de la Energía Eólica

    Jue, 06/20/2013 - 03:00

    El día 15 de junio se ha celebrado, como todos los años, la cuarta edición del Día Mundial del Viento.

    Este día mundial dedicado a la energía eólica está organizado por la European Wind Energy Association (EWEA) y el Global Wind Energy Council (GWEC), quienes coordinan a los diversos países colaboradores. Este evento trata de descubrir a todo el mundo el poder de la energía eólica, planteando actividades para dar a la gente la oportunidad de aprender sobre esta tecnología y sus beneficios, destacando las ventajas que la eólica aporta a ciudades, municipios y al conjunto de la sociedad.

    Autora: Rosalía Rodríguez-Universidad Rey Juan Carlos

    En España, la Asociación Empresarial Eólica (AEE) ha celebrado el Día Mundial del Viento otorgando el Premio a la Integración de la Eólica 2013 al municipio de Xermade (Lugo). Este municipio ha integrado perfectamente los beneficios de la eólica en el entorno rural mediante la puesta en marcha del parque eólico experimental de Sotavento, que acoge 20.000 visitantes al año y que ha resultado una labor de investigación de primer orden. Mediante el uso de la eólica en municipios rurales, se pretenden lograr mayores repercusiones socioeconómicas, como la creación de empleo, la utilización de las rentas para el desarrollo local, la promoción del turismo ecológico, la sensibilización sobre la necesidad de una mayor sostenibilidad en todas las actividades o cualquier otra iniciativa que responda a una integración de la energía. Además, dicha Asociación ha organizado en el marco de Wind PowerExpo del 24 al 26 de septiembre, y por quinta edición consecutiva, las Jornadas Técnicas de Energía Eólica, cita ineludible de todos los profesionales del sector.

    Una vía muy interesante que se encuentra en investigación dentro de la energía eólica es la de las instalaciones eólicas marinas. Estas instalaciones presentan características ventajosas frente a las instalaciones en tierra, entre las que se encuentran:

    - El recurso eólico existente en el mar es superior que en las costas próximas.

    - Por su propia ubicación mar adentro, el impacto visual y acústico es menor que el de los parques eólicos en tierra, lo que permite un mayor aprovechamiento del recurso eólico existente, con máquinas más grandes y la utilización de geometrías de pala más eficaces. Igualmente, la menor rugosidad superficial en el mar favorece la utilización de menores alturas de torre.

    - Supone una mayor creación de empleo en las fases de construcción, montaje y mantenimiento, debido a la mayor complejidad durante la instalación y explotación.

    - Posibilidad de integración en complejos marinos mixtos.

    Sin embargo, estas instalaciones marinas tienen también importantes desventajas respecto a las terrestres, que están limitando su desarrollo: inexistencia de infraestructuras eléctricas, condiciones ambientales más severas, evaluación del recurso eólico más compleja y cara, y sobre todo, sus mayores gastos de inversión y gastos de explotación, necesitando tecnologías específicas para la construcción y cimentaciones, transporte y montaje en alta mar, tendidos de redes eléctricas submarinas y tareas de operación y mantenimiento.

    La potencia unitaria de los aerogeneradores en el mar es superior a la de las turbinas en tierra. Si bien no existe en la actualidad ninguna instalación eólica en el litoral español, es probable que los primeros aerogeneradores localizados en nuestro litoral durante esta década superen los 4 MW, permitiendo un mejor aprovechamiento de los emplazamientos.

    La profundidad media de los parques eólicos marinos existentes en el mundo al finalizar 2010 (en su práctica totalidad en los mares del Norte de Europa) resultó inferior a los 20 m aunque se prevé que aumente hasta el año 2020.

     

    Certificación de eficiencia energética de edificios

    Vie, 06/14/2013 - 09:05

    Autora: Carmen Martos-Universidad Rey Juan Carlos

    Fuente: Ministerio de Industria, Energía y Turismo

    Desde el pasado 1 de junio, es obligatorio la aplicación del Real Decreto 235/2013 por el que se aprueba el procedimiento básico para la certificación energética de edificios y que deroga y completa el Real Decreto 47/2007 que establecía el procedimiento básico para la certificación energética de edificios de nueva construcción.

    Esta nueva disposición, afecta no sólo a los edificios de nueva construcción (que ya se regulaba en el decreto derogado) si no que incluye a los edificios ya construidos.

    A partir de esta fecha, la certificación energética de los edificios o parte de los mismos debe estar disponible para compradores o usuarios, siendo el propietario el que está obligado a solicitar y renovar, en su caso, dicha certificación. El objetivo es favorecer aquellos edificios con mayor eficiencia y de esta manera promover las inversiones para mejorar la eficiencia energética de las mismas. Esta norma también obliga a que aquellos edificios o parte de los mismos en los que una autoridad pública ocupe una superficie útil de más de 500 m2 y sea frecuentada por el público, tenga y exhiba la correspondiente etiqueta energética.

    El certificado de eficiencia energética debe contener información sobre el procedimiento utilizado para obtener la calificación energética, la normativa de eficiencia energética aplicable en el momento de la construcción, descripción de las características energéticas del edificio, recomendaciones para la mejora de la eficiencia energética del mismo, y la correspondiente etiqueta energética.

    Esta etiqueta energética debe incluirse en toda oferta, promoción y publicidad que tenga como objetivo la venta de un edificio o parte del mismo (locales, viviendas, …). En ella se incluyen los datos del edificio, así como la calificación energética obtenida (de la A, más eficiente, a la G, menos eficiente). También se indicarán los consumos medios anuales de energía y las emisiones medias anuales de CO2.

     

    Se celebra la edición nº 21 de la Conferencia Europea de Biomasa

    Mar, 06/11/2013 - 02:00

    Durante los días 3-6 junio de 2013 se ha celebrado en Copenhague (Dinamarca) la “21st European Biomass Conference and Exhibition-Setting the course for a biobased economy”, como continuación de los eventos que la Comisión Europea auspicia desde el año 1980 para la promoción y el desarrollo industrial de la biomasa.

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

     A lo largo de más de 30 años, la European Biomass Conference and Exhibition (EU BC&E) ha combinado un simposio científico de alto nivel con una exposición industrial en el ámbito de la biomasa. Esta conferencia se sitúa en los primeros puestos de los eventos mundiales del sector. Esta edición está apoyada por diversas organizaciones internacionales, tales como, entre otras, la Comisión Europea, la UNESCO, el Ministerio de Asuntos Exteriores de Dinamarca, la DEA (Danish Energy Agency), el WCRE (World Council for Renewable Energy) y la asociación EUBIA (European Biomass Industry Association).

    Durante la Conferencia se han discutido temas de interés para los mercados de la biomasa en áreas técnicas y de negocio, que abarcan desde la evolución de recursos hasta el desarrollo de políticas, aprovechando experiencias destacadas en Europa y el mundo. El evento ha tenido como objetivo potenciar un intercambio internacional de experiencias en políticas, investigación y desarrollo, fabricación e instalación, así como llegar a ser un escaparate de las últimas tecnologías. Además, la conferencia ha ampliado su alcance al tema de la bioeconomía, un sector con una estrecha conexión con la bioenergía, donde Dinamarca se ha convertido en un país líder.

    El programa científico se ha dividido en cinco grandes áreas temáticas: i) recursos de biomasa, ii) I+D en tecnologías de conversión de biomasa para la producción de calor, electricidad y productos químicos, iii) I+D en procesos para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos a partir de biomasa, iv) demostración industrial y conceptos de mercado, v) políticas, mercados y sostenibilidad de biomasa. Se han presentado más de 800 contribuciones divididas entre ponencias de apertura, sesiones orales y sesiones tipo póster.

    La Unidad de Biocarburantes de Ciemat, que participa regularmente en las ediciones de este simposio, en esta ocasión ha presentado el trabajo de investigación titulado: “Characterization of oligomers from olive tree pruning by high performance anion exchange chromatography, electrospray-mass spectrometry and enzymatic treatment”. Este trabajo se ha realizado el marco de un proyecto de investigación financiado por el MINECO para el desarrollo de procesos avanzados de fraccionamiento y conversión biológica para la obtención de energía y productos químicos a partir de poda de olivo.

    Producción de grafeno mediante rutas electroquímicas

    Vie, 06/07/2013 - 02:00

    Las propiedades únicas del grafeno le convierten en un material prometedor en diversos campos, lo que ha llevado por ejemplo a la Unión europea al inicio de un programa de I+D muy ambicioso.1 Estudios recientes de su síntesis mediante diferentes métodos han permitido avanzar en el problema crucial de su agregación, que está inducida por las fuertes interacciones π-π entre capas y por fuerzas tipo van der Waals. El desarrollo de métodos sintéticos de grafeno para aplicaciones a gran escala es otro de los grandes caballos de batalla, y las rutas electroquímicas son unas de las más prometedoras para alcanzar los objetivos deseables.

     Autora: [Suheda ISIKLI – IMDEA Energía]

    La producción sostenible de energía, incluyendo su producción, almacenamiento, gestión y consumo, están siendo objeto de una creciente atención debido al impacto negativo del consumo de combustibles fósiles. De entre todas las tecnologías necesarias para una mayor implementación de las renovables la más crítica es probablemente la de su almacenamiento, ya que las tecnologías actuales no alcanzan los requisitos deseables.

    En concreto, las tecnologías electroquímicas como las baterías o los supercondensadores necesitan combinar una mayor densidad de energía y una alta densidad de potencia. Las líneas de investigación más importante para ello buscan mejorar los materiales de electrodo y los electrolitos. Y entre los materiales de electrodo el grafeno es uno de los más prometedores.

    El grafeno es una monocapa de carbones sp2 ordenados hexagonalmente. Tiene una alta conductividad eléctrica intrínseca, una excelente conductividad térmica, una alta área superficial específica, una gran transmitancia óptica y una alta dureza mecánica. 2 Sin embargo, las propiedades dependen fuertemente del método de síntesis usado.

    Los métodos químicos sintéticos que se han propuesto hasta la actualidad para la producción del grafeno a partir de grafito producen en la mayoría de los casos defectos superficiales que deterioran las propiedades eléctricas del grafeno, además de usar procesos que no son medioambientalmente benignos. Por su parte, los métodos electroquímicos posibilitan una producción potencialmente más rápida, controlable y barata, pero han sido comparativamente poco estudiados des de la primera exfoliación electroquímica del grafito reportada por Liu et al. 3 

    En ese primer estudio se usó un método directo y sencillo para producir grafenos a partir de grafito en mezclas de líquido iónico (IL)/agua en las que los radicales hidroxilo y oxígeno producidos por oxidación anódica del agua empiezan la oxidación del grafito en sus escalones, facilitando a su vez la intercalación de aniones procedentes del líquido iónico. La alta constante dieléctrica del IL impide las interacciones de van der Waals entre capas que inducen el agrupamiento de grafenos y dan lugar a grafenos con propiedades eléctricas sin deteriorar.4 Estudios más recientes han obtenido grafeno por exfoliación electroquímica de grafito pirolítico altamente orientado (HOPG) en medio acuoso ácido,5 permitiendo vislumbrar una reducción drástica de costes en estos procesos.

    Esquema 1. Ilustración del proceso de exfoliación del graffito en mezclas de líquido iónico y agua.4

    El grafeno ya se ha usado como material de electrode en supercondensadores y baterías de ión litio, y ha mostrado una alta capacitancia específica, densidad de potencia y de energía, y larga ciclabilidad, además de una alta conductividad eléctrica,6 lo que le sitúa como un material muy prometedor para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento electroquímico de energía de prestaciones mejoradas, por lo que la pregunta a responder en este momento es si se puede desarrollar un método de síntesis del grafeno que pueda escalarse para su aplicación industrial. Considerando las ventajas de la ruta sintética electroquímica es de esperar que reciba una mayor atención en los esfuerzos para responder afirmativamente a esta pregunta.

     

    Referencias

    1.        http://www.graphene-flagship.eu/GF/index.php

    2.        C. Xu, B. Xu, Y. Gu, Z. Xiong, J. Sun, and X. S. Zhao, Energy & Environmental Science, 2013, 1388–1414.

    3.        J. C. N. Liu, F. Luo, H.Wu, Y. Liu, C. Zhang, Advanced Functional Materials, 2008, 1518.

    4.        J. Lu, J. Yang, J. Wang, A. Lim, S. Wang, and K. P. Loh, ACS Nano, 2009, 3, 2367–2375.

    5.        C.-Y. Su, A.-Y. Lu, Y. Xu, F.-R. Chen, A. N. Khlobystov, and L.-J. Li, ACS nano, 2011, 5, 2332–9.

    6.        H. Zhang, X. Zhang, X. Sun, D. Zhang, H. Lin, C. Wang, H. Wang, and Y. Ma, ChemSusChem, 2013. DOI: 10.1002/cssc.201200904

     

    Empleo de materias primas alternativas para la obtención de combustibles limpios

    Mar, 06/04/2013 - 02:00

    Autor: Juan José Espada-URJC

    El progresivo agotamiento de los recursos fósiles junto con la creciente preocupación sobre el cambio climático, ha llevado en los últimos años a la búsqueda de combustibles más limpios. En este sentido los biocombustibles pueden ser una alternativa ya que su uso puede contribuir a la reducción de impactos medioambientales relacionados con las emisiones de CO2, aspecto muy importante en el sector del transporte. Dentro de los biocombustibles se pueden distinguir los obtenidos a partir de cultivos tradicionales,siendo los más importantes el biodiesel y el bioetanol. El biodiesel comercializado en la actualidad se obtiene a partir de aceites vegetales de soja, de palma etc.; mientras que las materias primas para obtener bioetanol son principalmente la caña de azúcar y el maíz. Ambos biocombustibles presentan como principal inconveniente su competencia con el mercado alimentario debido a las materias primas de las que se obtienen.

    Además, el uso de este tipo de biocombustibles está en entredicho por la masiva deforestación de vastas zonas tropicales debido a la extensión incontrolada de áreas para el cultivo de las materias primas. Por último, existen diferentes estudios donde se cuestiona que el uso de estos biocombustibles reduzca drásticamente las emisiones de CO2 debido a la utilización masiva de maquinaria agrícola y de fertilizantes. Como consecuencia de estos inconvenientes las investigaciones en este campo se centran en la búsqueda de biocombustibles obtenidos a partir de materias primas alternativas que no compitan con el mercado alimentario, y que su obtención sea medioambientalmente favorable.

    Existe una gran variedad de materias primas alternativas que potencialmente podrían ser empleadas para la producción de biocombustibles, pudiéndose agrupar en aceites de especies vegetales alternativas (por ejemplo jatropha curcas), aceites de microorganismos (microalgas y hongos), de origen lignocelulósico (paja) e incluso residuos (aceite de fritura). El problema de los aceites vegetales alternativos y de microorganismos es que su transformación en combustibles aptos para la automoción está en estudio, ya que poseen compuestos que, aunque minoritarios, pueden afectar de forma muy notable la calidad final del biocombustible. Las materias primas de origen lignocelulósico son las más abundantes y baratas, pero su compleja composición hace que sea difícil su conversión en combustibles líquidos aptos para su uso. Actualmente existen tres formas de llevar a cabo esa transformación: gasificación, pirolisis y licuefacción. Todas estas tecnologías presentan inconvenientes relacionados fundamentalmente con la eficacia energética y aspectos económicos. Por último las materias primas de origen residual como el aceite de fritura requieren un pretratamiento más o menos severo para obtener una calidad similar a la materia prima virgen. De esta forma se aprovecharía un residuo, lo que hace que su uso como materia prima para obtener biocombustible sea muy favorable desde un punto de vista medioambiental. Sin embargo, el uso de materias primas alternativas a las convencionales para obtener combustibles limpios aptos para su uso implica la modificación de procesos existentes o, en la mayoría de los casos, el desarrollo de nuevos procesos capaces de transformarlas en productos con especificaciones adecuadas y que, además, sean viables desde el punto de vista energético y económico.

    Científicos australianos han conseguido imprimir celdas solares

    Vie, 05/31/2013 - 06:02

    La impresora ha permitido a los investigadores del Consorcio Orgánico Solar Victoriano (VICOSC) imprimir las celdas fotovoltaicas orgánicas más grandes y flexibles jamás producidas.

     Autora:[Mª Belén Gómez Mancebo- CIEMAT]

    Las células solares modernas de este tipo son más versátiles que los paneles de silicio. Además, imprimir celdas solares de tal escala representa un gran paso para el equipo investigador, ya que en tan sólo tres años han pasado de sólo 2 centímetros a 30 centímetros de ancho o, lo que es lo mismo, del tamaño de una uña hasta el de una hoja de papel A3.

    El rendimiento obtenido por ahora está entre un dos y un cinco por ciento de eficiencia energética, y el objetivo es llegar al diez por ciento, el mínimo para que una célula se considere económicamente viable.

    Una de las grandes ventajas de la tecnología desarrollada es que se basa en técnicas existentes de impresión. Utilizando tintas semiconductoras, se pueden imprimir las celdas directamente sobre hojas de plástico flexible o acero. Además esta impresora tiene la capacidad de imprimir a una velocidad de hasta diez metros por minuto, lo cual significa que puede imprimir una celda cada dos segundos.

    Aunque la nueva impresora tiene un coste elevado, aproximadamente de unos 200.000 US$, los científicos implicados están de acuerdo en que abre un amplio rango de posibilidades para todo tipo de aplicaciones piloto como señalización, encendido de luces y otros elementos interactivos. Podrá utilizarse, por ejemplo, en los tejados, superficies de vidrio o incluso en dispositivos personales como los teléfonos móviles, las tablets o los ordenadores personales.

    Bioqueroseno, ¿realidad o ficción?

    Lun, 05/27/2013 - 02:00

    En los últimos años, se han realizado importantes esfuerzos para disminuir la fuerte dependencia del petróleo en el sector del transporte en carretera, incentivando el uso del biodiésel y del bioetanol. Sin embargo, ¿qué ocurre con el combustible de aviación?

     Autora: [Cristina Ochoa Hernández – Instituto IMDEA Energía]

    Los combustibles de origen fósil aún continúan siendo la principal fuente de energía a pesar de contribuir a las emisiones de gases de efecto invernadero. De hecho, en el sector del transporte siguen suponiendo casi el 90% de la demanda de energía a nivel mundial. Para intentar reducir esta fuerte dependencia, la UE estableció que el 10% de la energía consumida en el transporte tuviera un origen renovable para el año 2020. Por ello, en los últimos años se ha promovido el desarrollo y el uso de los biocombustibles, en particular, del bioetanol, del biodiésel, y más recientemente, del hidrobiodiésel o green diesel. Sin embargo, el queroseno representa alrededor del 14% del consumo total en el sector del transporte, un porcentaje lo suficientemente elevado como para que merezca la pena intentar reemplazarlo parcialmente por un combustible de origen renovable (bioqueroseno).

     

    Figura 1.Consumo de energía en el sector del transporte por tipo de combustible en la UE-27 (Mton). Fuente: Eurostat

     

    En este sentido, la industria de la aviación prevé una mayor eficiencia en las turbinas así como el empleo de materiales más ligeros en su construcción que conlleven un descenso en el consumo de este combustible. Este hecho junto con el empleo de bioqueroseno son las estrategias planteadas para intentar cumplir con el objetivo marcado de reducir a la mitad las emisiones de CO2 del transporte aéreo para el año 2050.

    En España, Repsol e Iberia realizaron el primer vuelo en nuestro país con combustible renovable a finales del 2011. El carburante empleado fue una mezcla de un 25% de bioqueroseno, obtenido a partir del aceite de camelina, y el 75% restante fue queroseno procedente del petróleo. Esta planta oleaginosa no compite con los cultivos alimentarios, por lo que se considera como un biocombustible de 2ª generación. El proceso de producción consiste en someter al aceite extraído a un proceso de hidrotratamiento con hidrógeno, dando lugar a una mezcla parafínica de hidrocarburos, la cual debe ser sometida a un proceso de hidroisomerización. De esta manera, se consigue un combustible muy parecido al queroseno de origen fósil y que, mezclados hasta un 50% (bioqueroseno+queroseno), cumple con las especificaciones técnicas de este combustible, pudiendo ser usado tanto en las infraestructuras como en los aviones actuales.

    En la misma línea de actuación, y con el objetivo de producir combustibles de aviación sostenibles y probarlos en los sistemas logísticos existentes así como en operaciones de vuelo convencionales en Europa, surge el proyecto ITAKA (Iniciative Towards sustAinable Kerosene for Aviation) en 2012. Dicha iniciativa está formada por importantes empresas líderes en los sectores aeroespacial y de los combustibles, tales como SENASA, Camelina Company España, CLH, Neste Oil, Airbus, EADS…, y busca acelerar la comercialización de biocombustibles de aviación en Europa contribuyendo al programa de biocombustibles avanzados “Advanced Biofuels Flight Path”. Por este motivo, se contempla toda la cadena de producción del bioqueroseno, es decir, desde el cultivo de las plantas oleaginosas hasta su ensayo en aviones, pasando por la producción del biocombustible y su distribución. Además, se evaluará la sostenibilidad, la competitividad económica y la madurez de la tecnología, con el fin de identificar y abordar las barreras a la innovación y a la producción a gran escala. De hecho, uno de los mayores retos, y la primera etapa del mismo, es la producción de suficiente materia prima (aceite de camelina), para la producción del bioqueroseno necesario para acometer todo el proyecto (se estima que será necesario el suministro de unas 4.500 toneladas de dicho aceite).

    Aunque queda camino por recorrer para poder comercializar de manera generalizada este producto renovable, desde la IATA (International Air Transport Association) se espera que el bioqueroseno represente el 1% del total del combustible empleado para el 2015. Esperemos que, aunando esfuerzos, se puedan ir superando las dificultades tecnológicas y este biocombustible sea pronto una realidad.

    Fuentes: www.repsol.com; www.bioqueroseno.es; http://www.itaka-project.eu; http://www.camelinacompany.es

    Obstáculos que aún debe superar el hidrógeno para consolidarse como combustible habitual en motores

    Jue, 05/23/2013 - 02:00

    El empleo de hidrógeno como combustible en motores es ya una tecnología totalmente viable, robusta y con ventajas ambientales evidentes. ¿Por qué no se hace entonces un uso generalizado del mismo? La clave a esta pregunta parece encontrarse en la dificultad actual de asegurar un suministro adecuado del mismo a precios económicos.

    [Autora: Pilar Orihuela-INTA]

    El uso de hidrógeno como combustible en motores tiene dos ventajas evidentes. En primer lugar, el hidrógeno puede considerarse un combustible prácticamente limpio, ya que, exceptuando los óxidos de nitrógeno que pueden generarse a muy alta temperatura, las emisiones de CO y CO2 son despreciables. Y en segundo lugar, los motores de combustión son una tecnología ampliamente desarrollada y robusta. Adecuando las condiciones de operación del motor a las particularidades combustibles del hidrógeno, es posible obtener potencia mecánica o eléctrica con total fiabilidad.

    ¿Por qué no se hace entonces un uso generalizado del mismo?

    El presente artículo muestra algunos de los factores que dificultan la consolidación del hidrógeno como combustible en motores. La mayoría de estos factores son salvables con mayor o menor dificultad. Pero hay dos obstáculos fundamentales que impiden a día de hoy la implantación de una economía basada en el hidrógeno: (i) la dificultad de producir un hidrógeno barato y limpio, y (ii) la inexistencia de una red general de distribución para el mismo.

    • Infraestructura de producción, transporte y almacenamiento.

    A día de hoy, uno de los principales obstáculos que se encuentra la implantación de la llamada economía del hidrógeno es la inexistencia de una infraestructura de producción, transporte y almacenamiento de hidrógeno.

    El hecho de que no exista el hidrógeno tal cual en la naturaleza y que haya que fabricarlo, ya supone de por sí un inconveniente, ya que rivaliza con la disponibilidad y la abundancia de sus competidores, los combustibles fósiles. No obstante, se conocen a día de hoy varios métodos que permiten producir hidrógeno fácilmente, a un coste razonable, y sobre todo, con un mayor control de las emisiones.

    Las técnicas de reformado con vapor de gas natural o de gasificación del carbón, son técnicas relativamente probadas y baratas. Siempre añaden un sobrecoste al precio de adquisición del combustible de partida, pero el CO2 que inevitablemente se genera de la descomposición del hidrocarburo, es emitido de forma centralizada con lo que es más fácil de separar y gestionar. En el caso de gasificar biomasa, el proceso resulta aún mucho más limpio.

    La electrolisis se basa en la descomposición del agua por aplicación de una corriente eléctrica. Si el hidrógeno obtenido mediante esta técnica va a ser empleado a su vez para generación de electricidad, el proceso global es redundante y menos eficiente. Sin embargo, su empleo no carece de sentido dadas las ventajas que presenta el hidrógeno como vector energético en comparación con la electricidad y porque, además, el hidrógeno puede emplearse en otras aplicaciones finales, como por ejemplo la propulsión de vehículos. El hidrógeno producido por electrolisis es tan limpio como lo sea la electricidad empleada para su fabricación; si el origen de la electricidad empleada para el proceso es renovable, el hidrógeno se estará produciendo con muy bajas emisiones de gases de efecto invernadero.

    La descomposición termoquímica del agua consiste en aprovechar las elevadas temperaturas de los reactores nucleares o de los concentradores solares para producir hidrógeno de la descomposición del agua. Se trata de uno de los procesos de producción de hidrógeno más limpios que existen. Y en el caso concreto de emplear un reactor nuclear, dado que se está aprovechando un calor residual de la planta, el coste asociado a la producción del hidrógeno es muy bajo.

    También resultan muy limpios los procesos fotoelectroquímicos o fotobiológicos, los cuales consisten en producir hidrógeno por procesos metabólicos de bacterias o algas a partir de la luz solar. Sin embargo, estos procesos se encuentran aun en un estado de desarrollo más incipiente.

    Cada uno de estos métodos lleva asociada una huella del carbono. Para que el uso de hidrógeno en motores sea competitivo es necesario mejorar los métodos de producción de hidrógeno: reducir los costes y reducir las emisiones asociadas de gases de efecto invernadero. Para lograr implantar de lleno una economía basada en el hidrógeno es indispensable sustituir las actuales fuentes energéticas de producción del hidrógeno por otras de origen totalmente renovable.

    Otro de los obstáculos que dificultan el uso generalizado de hidrógeno en motores es su transporte y distribución. Como el hidrógeno tiene menos energía por unidad de volumen, los

    costes de distribución son más altos que los de la gasolina o el gasóleo. Actualmente, la mayor parte del hidrógeno se produce in-situ o cerca del punto de consumo, generalmente en grandes plantas industriales; y la distribución se hace por tubería o por transporte terrestre (en tanques presurizados, o licuado). Sin embargo, la consolidación del hidrógeno como combustible a nivel global, requeriría una red de transporte y distribución mucho más amplia.

    La distribución de hidrógeno por tuberías no resulta tecnológicamente muy compleja. El problema es que construir una red general de tuberías supone un desembolso inicial demasiado elevado. Una solución inicial podría ser producir el hidrógeno de forma regional o local. O también ir montando la infraestructura por fases, primero en núcleos donde se concentra mucho la demanda, y luego expandiéndola a otras áreas geográficas.

    Otra opción que se está barajando es aprovechar la infraestructura de distribución del gas natural, inyectando hidrógeno en los gasoductos y separándolo del gas natural en el punto de destino. Un gaseoducto es capaz de transportar hasta un 20% en volumen de hidrógeno sin modificaciones sustanciales.

    Una ventaja del hidrógeno es que puede mezclarse con gas natural en cualquier proporción para usarlo en los motores como combustible. Esto facilita la introducción del hidrógeno en el mercado a corto plazo, ya que la falta de una infraestructura de distribución puede ser compensada en parte con el uso de mezclas hidrógeno/gas natural.

    El almacenamiento en sí del hidrógeno no supone especial inconveniente más que en aquellas aplicaciones donde el espacio está limitado. Es el caso del almacenamiento a bordo de vehículos. El uso de hidrógeno para propulsión de vehículos se enfrenta al problema de la autonomía. La baja densidad energética del hidrógeno por unidad de volumen implica que hacen falta depósitos de combustible mucho más grandes para proporcionar la misma autonomía que los combustibles convencionales (gasolina o diesel). Las opciones hoy en día son transportarlo presurizado, o transportarlo licuado; pero ambas opciones dificultan el repostaje y además presentan problemas de seguridad que aún deben solventarse.

    Figura 1. Tanque de almacenamiento de hidrógeno licuado de Linde

    • Problemas asociados con la combustión.

    El hidrógeno como combustible presenta varias particularidades que lo diferencian considerablemente de otros combustibles.

    El primer problema que surge al emplear hidrógeno en un motor de combustión interna, especialmente en motores alternativos, es la disminución de la potencia. Por un lado, el contenido energético por unidad de volumen del hidrógeno es inferior al de otros combustibles; y por otro lado, su baja densidad reduce el espacio disponible en el cilindro o en la cámara de combustión para la entrada de aire. Con lo cual, el empleo de hidrógeno en un motor puede reducir su potencia hasta un 15%. Para evitar este problema, una solución es inyectar el hidrógeno comprimido o líquido.

    Otro aspecto negativo del hidrógeno es su baja energía de ignición, que hace que éste sea propenso a autoencenderse. Cuando se usa en motores alternativos, la mera presencia de puntos calientes puede provocar el encendido prematuro de la mezcla antes de aplicar la chispa, lo que produce efectos de choque (golpeteo) y reduce la vida del motor. Existen varias formas de evitar este problema. Una forma es inyectar el hidrógeno líquido, ya que su baja temperatura previene la preignición. Otra sería retrasar la inyección del hidrógeno en el cilindro, o diluir la mezcla con gases del escape. En cualquier caso, conviene evitar los puntos calientes, ya sea empleando válvulas de escape refrigeradas, motores multiválvula, o cualquier otro sistema.

    El hidrógeno también tiene una distancia de apagado muy pequeña lo que obliga a usar recubrimientos térmicos superficiales. La pequeña distancia de apagado, junto con la baja energía de ignición, favorecen además el retroceso de llama, por lo que el control de llama también se vuelve un aspecto importante en la combustión del hidrógeno.

    En las turbinas de gas, un importante parámetro a controlar a la hora de quemar hidrógeno es la temperatura máxima de llama. Para unas mismas condiciones de operación, la temperatura de combustión del hidrógeno puede ser unos 125 ºCmás elevada que la del gas natural. La temperatura de llama afecta de forma directa a la generación de óxidos de nitrógeno; a partir de 1500 ºC, la formación de NOx aumenta exponencialmente con la temperatura. Y además, la exposición continuada a determinados niveles térmicos también puede dañar los materiales de la turbina. El amplio rango de inflamabilidad del hidrógeno facilita el control térmico, ya que permite utilizar mezclas aire-combustible muy pobres para diluir la mezcla y reducir así la temperatura de llama. Además existen otras técnicas para el control de las emisiones, como la dilución con vapor o con nitrógeno.

    • Producción masiva.

    Por ser un combustible tan peculiar, la combustión de hidrógeno sólo es beneficiosa bajo ciertas condiciones de operación. En otras circunstancias, la combustión de hidrógeno presenta ciertos retos tecnológicos. Aun así, los motores de gasolina son fácilmente adaptables a la combustión de hidrógeno. Varios fabricantes como BMW, Ford, o Mazda, ya han demostrado la viabilidad de emplear hidrógeno como combustible para propulsión de vehículos, habiendo adaptado con

    éxito motores de gasolina a su uso con hidrógeno, y alcanzando ya eficiencias por encima del 40%.

    Figura 2. Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid, y BMW Hydrogen 7

    Para que estos vehículos propulsados con motores de combustión de hidrógeno sean competitivos sólo es necesario que comiencen a fabricarse de forma masiva, ya que tecnológicamente no presentan especial complejidad.

    El desarrollo de turbinas de gas alimentadas con hidrógeno no está tan avanzado pero también existen varios fabricantes como General Electric o Siemens que han adaptado algunos de sus modelos al uso de hidrógeno, obteniendo motores de suficiente fiabilidad y robustez.

    Figura 3. Turbina de gas 7FA de General Electric, capaz de quemar hidrógeno.

    • Seguridad y aceptación social.

    La seguridad en la implantación del hidrógeno como combustible es un tema que preocupa, sobre todo en su aplicación a vehículos. El hidrógeno es un gas incoloro e inodoro, difícilmente detectable por los sentidos humanos. Además, su amplio rango de inflamabilidad y su baja energía de ignición, favorecen la aparición de incendios. Los actuales sistemas de transporte y almacenamiento de hidrógeno ya disponen de estrictos medios de seguridad para controlar estos aspectos, sin embargo, aún existe cierto rechazo social hacia el hidrógeno. Para poder consolidar el hidrógeno como combustible es necesario favorecer la aceptación social del mismo, informando del estricto control de seguridad que existe, y educando en las importantes ventajas medioambientales de su uso.

    Récord en la concentración de CO2 en la atmosfera: 400 ppm

    Mar, 05/21/2013 - 02:00

    La concentración de CO2, uno de los principales responsables del efecto invernadero, ha alcanzado, el pasado 8 de Mayo, el nivel de 400 partes por millón,  cifra record de la era industrial. No existe unanimidad en cuanto al nivel de concentración de CO2 a partir del cual los efectos en el clima serán importantes. Algunos científicos argumentan que con esta cifra ya se ha sobrepasado el nivel en el cual se aceleran los impactos sobre el cambio climático mientras que otros lo cifran en 450 ppm, que implica un aumento de la temperatura media global de la tierra en2ºC, como límite que no se debe sobrepasar.

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

    El nivel de concentración de CO2 de 400 ppm ya se había alcanzado puntualmente el año anterior en estaciones de medida del Ártico, pero las lecturas medias nunca habían alcanzado este nivel a lo largo de un día entero que es lo que ha sucedido ahora (Figura 1). Los nuevos datos de concentración de CO2 provienen de sensores situados en la cima del monte Mauna Loa, el volcán más alto de las islas Hawai, que ha sido durante años el punto de referencia en el estudio de la evolución de estas emisiones. Los sensores de Hawai llevan medio siglo tomando muestras de aire limpio y fresco que ha circulado en el océano Pacífico a miles de kilómetros de la costa y las grandes ciudades (Figura 2).

    Figura 1. Concentración de CO2 medida en el observatorio Mauna Loa durante la semana del 2 al 8 de Mayo (2013). Las medidas del día 8 sobrepasaron las 400 ppm

     

    Figura 2. Evolución de la concentración de CO2 medida en el observatorio Mauna Loa en los últimos 50 años

    Se estima que la última vez que la Tierra alcanzó estos niveles de concentración de dióxido de carbono en la atmósfera fue hace más de 2.5 millones de años (Plioceno), cuando la temperatura era3ºCmás alta, cuando no existía hielo en el Ártico, la sabana se extendía por lo que hoy es el desierto del Sahara y el nivel del mar era cinco metros más alto.

    La concentración atmosférica del dióxido de carbono aumenta y desciende en ciclos temporales durante el año (figura 2) con lo que su nivel volverá a situarse por debajo de las 400 ppm durante la primavera-verano ya que el crecimiento de las plantas en el hemisferio norte captura 10.000 millones de toneladas de carbono de la atmósfera en estas estaciones.  No obstante, los expertos alertan de que el descenso en la concentración será breve y de que cada vez se está más cerca el momento en que el que en ningún punto de la Tierra se registren menos de 400 ppm en cualquier estación del año.

    La elevada cifra de concentración de CO2 alcanzada simboliza un recordatorio serio de que los esfuerzos realizados hasta la fecha para  controlar las emisiones provocadas por la actividad humana no han dado fruto. En cualquier caso por el patrón de crecimiento que estamos siguiendo, las 450 ppm de concentración de CO2 se podrían alcanzar en las próximas décadas con resultados catastróficos para el clima lo que indica que se deben realizar esfuerzos adicionales para revertir dicho crecimiento.

    Aprovechamiento de biomasa lignocelulósica: proceso BIOFINE

    Vie, 05/17/2013 - 03:00

    El proceso Biofine, propiedad de Biofine Renewables (Waltham, Massachusetts, EE.UU.) una compañía de desarrollo de tecnología para procesos de biorrefinería, se presenta como una tecnología eficaz, desde el punto de vista económico y de emisiones de carbono, para la conversión de materia lignocelulósica renovable en productos químicos y combustibles tradicionalmente preparados a partir de combustibles fósiles. El proceso propuesto presenta un ciclo de vida del carbono con un ahorro próximo al 100% con respecto a la producción equivalente a partir de materias primas fósiles.

    Autor: [Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos]

    Proceso Biofine

    El proceso Biofine es un proceso de hidrólisis ácida para la conversión de celulosa en ácido levulínico, una molécula plataforma con docenas de usos potenciales conocidos. Como subproducto se obtiene ácido fórmico, pudiéndose obtener también furfural si la materia prima contiene hemicelulosa. Es un proceso termoquímico sencillo que permite la conversión de celulosa a partir de una amplia variedad de materias primas. Se trata de un proceso de hidrólisis, por lo que la presencia de agua (hasta un 50% en peso) en la materia prima no es un problema para la economía del sistema. Al tratarse de un sistema químico no necesita tiempos largos de reacción como los procesos enzimáticos o de fermentación biológica utilizados. De hecho, la reacción se produce en cuestión de minutos, reduciendo considerablemente la inversión y el tamaño de la instalación.

    Figura 1. Diagrama del proceso Biofine (www.mainebioproducts.com)

    Química del proceso:

    El proceso funciona mediante la “ruptura” de cualquier materia lignocelulósica de partida en presencia de un catalizador ácido mineral (p.ej. ácido sulfúrico) diluido en agua, y empleando una temperatura moderada con un diseño de reacción basado en un reactor dual que permite una elevada producción con un alto rendimiento. La fracción de celulosa es transformada en ácido levulínico y ácido fórmico, mientras que la fracción de hemicelulosa se descompone en furfural, que se puede aprovechar como tal o que puede convertirse a su vez en ácido levulínico. Cada uno de estos productos primarios presenta potencial como “plataforma” para la producción de otros productos de valor añadido. La lignina, junto con otros componentes inertes de la biomasa, se extrae en forma de alquitrán de alto contenido en carbono que puede valorizarse energéticamente o transformarse en otros productos (negro de humo, carbón activado, fibra de carbono, etc.).

    La tecnología se basa en un sistema de reacción continua de dos etapas que opera a las condiciones de temperatura, concentración de catalizador ácido y tiempo de residencia adecuados para obtener elevados rendimientos de ácido levulínico, ácido fórmico y furfural. Las condiciones de operación típicas son:

    Temperatura: de 190 a 220 ºC

    Concentración de ácido: de 1 a 5 % en peso

    Tiempo de residencia: 15 minutos (total de las dos etapas de reacción)

    Figura 2. Planta piloto del proceso Biofine (Old Town, Maine, EE.UU.)

     

    Ventajas tecnológicas

    Empleando solo calor y presión en un entorno químico cuidadosamente controlado, el proceso Biofine de conversión de lignocelulosa evita muchos de los problemas que afectan a otros procesos de conversión de biomasa. Los procesos de gasificación que convierten la biomasa en un gas y que a continuación transforman catalíticamente el gas en combustibles líquidos se pueden ver afectados por la variabilidad natural de la biomasa. Por otro lado, la conversión biológica afronta el reto de crear microorganismos que puedan digerir y soportar la variedad de materias primas y contaminantes naturales.

    Ventajas en la materia prima

    Una de las principales ventajas de este proceso es la flexibilidad en la materia prima. Se puede emplear cualquier tipo de biomasa con celulosa suficiente (o cualquier otro carbohidrato), incluyendo residuos forestales de bajo coste, astillas de árbol enteras, residuos agrícolas, restos de comida, papel reciclado, incluso residuos sólidos urbanos clasificados.

    Estrategia de desarrollo

    Los proyectos actualmente planteados emplearían biomasa forestal y residuos orgánicos para producir ácido levulínico, que se transformaría mediante reacción con etanol en levulinato de etilo, compuesto con excelentes propiedades como biocombustible. El ácido fórmico y el furfural se venderían a la industria química, y el alquitrán carbonoso se podría quemar en la propia instalación para generar vapor y energía para el proceso.

    Se contempla la construcción de una primera instalación de este tipo (biorrefinería) de gran capacidad para reducir los costes unitarios, lo que requerirá, en primer lugar, una salida comercial para el ácido levulínico producido. No obstante, el interés en este producto ha aumentado enormemente en los últimos años. El reto actual se encuentra en encontrar la financiación necesaria para la construcción de la primera instalación de este tipo, y por ello la empresa Biofine Renewables se ha centrado en minimizar tanto los costes de inversión como los riesgos técnicos.

     

    España cierra 2012 con un 8,5% de biocarburantes

    Lun, 05/13/2013 - 06:51

    La Comisión Nacional de la Energía (CNE) acaba de publicar el informe sobre certificación y comercialización de biocarburantes correspondiente a diciembre de 2012. Aparte de las mensuales, las cifras más relevantes adelantadas de 2012 son la participación con un 8,5 % de los biocarburantes en el transporte (el Gobierno la ha rebajado al 4,1 % para 2013) y el descenso generalizado de su venta: biodiésel (un 8 % menos) y bioetanol (un 11 % menos).

    Autora: [Felicia Sáez Angulo. Unidad Biocarburantes. Ciemat]

    Otra de las confirmaciones que ofrecen estos datos provisionales es el cumplimiento holgado de las obligaciones de incorporación de biocarburantes en el transporte en contenido energético, que para 2012 se habían establecido en 6,5 % en el general, 7 % en gasóleos de automoción y 4,1 % en gasolinas. Diciembre de 2012 concluyó con 9,5 %, 10,8 % y 3,8 %, respectivamente, lo que deja el cumplimiento de 2012 en un 8,5 %, 9,5 % y 4,1 %. Es decir, se cumplen los objetivos y los porcentajes se alejan de los nuevos aprobados por el Gobierno para el presente año: 4,1 % (general), 4,1 % (biodiésel en gasóleos) y 3,9% (etanol en gasolinas).

    Se mantiene el 900 % de incremento de ventas de hidrobiodiésel. Sigue destacando sobremanera en las cifras aportadas por la CNE el 872 % (886.495 m3) de subida de este biocarburante con respecto al vendido en 2011 (91.196 m3). Sin embargo, tanto el biodiésel (-8,39 %) como el bioetanol (-11,06 %) se mantuvieron a la baja durante el pasado año, pasando de 1.831.000 a 1.677.000 m3 en el primer caso y de 445.000 a 396.000 m3 en el segundo. Las cifras del hidrobiodiésel en 2012 duplican las del bioetanol.

    La información de la CNE también aporta datos sobre la producción nacional. En cuanto a los biocarburantes susceptibles de mezclar con gasóleos, alcanza su máximo en marzo (69.391 m3) y el último trimestre muestra una tendencia descendente hasta los 51.622 m3 de diciembre, “motivado por el fuerte descenso de la producción de hidrobiodiésel (1.504m3), compensado sólo parcialmente por el aumento de la de biodiésel (50.118 m3)”. Sobre las importaciones, el máximo se da en mayo (247.146 m3), “mostrando a partir de octubre una tendencia descendente que las sitúa en diciembre en los 127.208 m3, como consecuencia del fuerte descenso de las de hidrobiodiésel(39.010m3).

    En el caso del etanol, la producción nacional aparece con un ligero aumento en diciembre de 2012 hasta alcanzar el valor máximo de producción en todo el año (42.142 m3). Con respecto al balance exterior, la CNE afirma que “en diciembre aumentan las importaciones doblando casi la cifra del mes anterior (6.323 m3) y disminuyen, por el contrario, las exportaciones (19.109 m3)”. Por último, solo el 2,93 % del biodiésel y el 0,16 % del bioetanol expedido en las estaciones de servicios presentaban mezclas etiquetadas.

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

    Inaugurada la mayor planta de aprovechamiento de energía solar del mundo

    Vie, 05/10/2013 - 03:00

    Autora: Gemma Gómez-Universidad Rey Juan Carlos

    Después de tres años de construcción, el pasado 17 de marzo fue inaugurada en Madinat Zayed, a unos 120 kilómetros al sureste de Abu Dhabi (Emiratos Árabes Unidos), Shams 1, la mayor planta de aprovechamiento de energía solar en todo el mundo. El coste del proyecto ha ascendido a unos 440 millones de euros y ha contado con la participación de la empresa española Abengoa (20 %), la emiratí Masdar (60 %) y la francesa Total (20 %), que también serán las encargadas de la operación y actividades de mantenimiento de la planta.

    La planta ocupa una superficie de 2,5 kilómetros cuadrados (comparable con la extensión de 285 campos de futbol) y consta de 258.048 espejos parabólicos agrupados en 768 colectores cilindroparabólicos. Tiene una capacidad de producción de 100 MW de energía limpia y se espera que sea capaz de abastecer las necesidades de más de 20.000 hogares.

    Shams-1 cuenta con la tecnología de última generación cilidroparabólica y cabe destacar, entre otras innovaciones, el sistema de refrigeración seca, la existencia de una caldera auxiliar de calentamiento y el empleo de una pequeña cantidad de gas natural para conseguir un aumento de su eficiencia durante el día y permitir la generación de electricidad por la noche.

    Los beneficios que conlleva la inauguración de esta planta solar son la introducción de energías renovables en Abu Dhabi y, desde el punto de vista medioambiental, evitar la emisión de 175.000 toneladas de CO2 al año.

    La inauguración de Shams 1 es un gran avance para la energía renovable en Oriente Medio. Como en el resto del mundo, la región se enfrenta al reto de satisfacer una creciente demanda de energía a la vez que trabaja para reducir su huella de carbono. Shams 1 constituye un importante hito demostrando que es posible suministrar energía renovable a gran escala de forma sostenible, asequible y segura”, declaró el consejero delegado de Masdar.

    Shams 1 es un ejemplo de cómo la colaboración de empresas puede conseguir soluciones energéticas limpias a gran escala que ayudan a satisfacer la creciente demanda de energía.

    Vista aérea de Shams 1, en Abu Dhabi, con una capacidad de 100 MW.

    Materias residuales para la producción de Biodiésel

    Mar, 05/07/2013 - 09:58

     

    Autor: José Iglesias-Universidad Rey Juan Carlos

    El biodiesel es probablemente, desde una perspectiva histórica, el biocarburante más antiguo que existe. El primer ejemplo del uso del biodiesel en motores de combustión interna fue llevado a cabo por el propio Rudolf Diesel, que empleó como combustible para las demostraciones de los primeros prototipos de su invención un aceite refinado de cacahuete. Así pues, lo que podría considerarse el primer ejemplo de uso de un biocarburante (biodiesel) de la historia se produjo hace ahora más de 100 años. Esta idea revolucionaria de Diesel, el uso de aceites vegetales como carburantes, se topó con una coyuntura económica muy desfavorable, puesto que el desarrollo de la industria petrolera en esos momentos, en fase de expansión exponencial, llenaba el mercado de destilados medios del petróleo a muy bajos precios. De este modo, el uso de biocarburantes en automoción no ha sido una prioridad hasta hace bien poco, que se ha renovado el interés por los métodos de fabricación y el uso de estos productos. Parte de este interés reside en un crudo petrolífero cada vez más escaso, costoso y de menor calidad, que obliga a procesos de refino y transformación cada vez más complejos, y que se traduce en un importante traslado de costes de fabricación hacia los productos finales, entre los que se encuentran los carburantes. Por otro lado, las normativas que fomentan, promueven y, en ocasiones, obligan al uso de biocarburantes, son también un importante incentivo para el estudio, la innovación y la investigación en el desarrollo de nuevos procesos, cada vez más eficientes y rentables, para la producción de biocarburantes.

    El biodiesel se obtiene convencionalmente a partir de la reacción de los triglicéridos presentes en materias primas oleaginosas con alcoholes de cadena corta, dando lugar a esteres alquílicos lineales con estructuras moleculares ciertamente parecidas a la del diesel obtenido a partir del petróleo. De forma habitual, las materias primas oleaginosas empleadas para la producción de biodiesel suelen ser aceites vegetales mientras que, como alcohol de cadena corta, el más empleado es el metanol, dando lugar por tanto a ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME, acrónimo de su denominación en inglés), que son los componentes fundamentales del biodiesel. Finalmente, el principal proceso de producción de biodiesel implantado a escala industrial hace uso de catalizadores homogéneos básicos, fundamentalmente sosa o potasa. Este método de producción, aunque es el más extendido, conlleva serias desventajas, siendo probablemente la más importante la necesidad de partir de un aceite de elevada calidad, con bajo índice de acidez e impurezas, para evitar la generación de productos indeseados y asegurar el buen progreso de la transformación química. Estas características demandadas para la materia prima hacen que, en muchas ocasiones, el aceite vegetal de partida para la fabricación de biodiesel sea en realidad un alimento, lo que ocasiona un grave problema de competencia entre dos sectores, el de la alimentación y el de los biocarburantes, por una misma materia prima, derivando en el incremento del precio de la misma.

    Como alternativa a las materias primas tradicionales empleadas en la fabricación de biodiésel, numerosos trabajos de investigación se han centrado en la búsqueda de otras fuentes de material oleaginoso que no tengan aplicación en el sector de la alimentación. En este sentido, las más interesantes son probablemente aquellas que surgen como residuo de una primera utilización, y por lo tanto el proceso de producción del biodiesel se convierte a su vez en un proceso de revalorización de un residuo.  Quizás la materia prima representativa de este grupo de materiales oleaginosos es el aceite usado de cocina, cuya composición química es esencialmente la misma que el aceite vegetal de partida, pero que no tiene aplicación en el sector de la alimentación humana y, por lo tanto, su transformación en biocombustible constituye un excelente destino final. Sin embargo, el aceite usado de cocina, aun siendo el más renombrado, no es la única fuente alternativa de material oleaginoso para la producción de biodiesel. Otras materias primas son grasas animales sin valor alimenticio, grasas amarillas y marrones entre otras muchas. Respecto de las grasas animales, diversas investigaciones han confirmado la posibilidad de producir biodiesel a partir de un gran número de ellas como aceites de pescado, pollo, grasas de cerdo y sebo de ternera. Las grasas amarillas y marrones son mezclas de aceites vegetales usados y grasas animales con diferentes grados de acidez, mucho mayor en el caso de las grasas marrones. Ambas se obtienen como residuos del procesado industrial de alimentos, y por tanto no se emplean en el sector de la alimentación humana. Aparte de estos materiales, existen otros muchos que contienen una importante cantidad de lípidos y que podrían constituir un buen aporte de material oleaginoso con el que producir biodiesel. Ejemplos de ello son los lodos de depuradora, que llegan a contener un 10% de lípidos en base seca, o los posos de café usados, que como semilla vegetal originalmente, llegan a contener hasta un 20% de lípidos en base seca.

    Respecto de la disponibilidad de todos estos materiales, muchas de estas sustancias se encuentran disponibles en una elevada cantidad. Sólo en Europa, 8,5 millones de toneladas de estos residuos oleaginosos se producen de forma anual, mientras que en Estados Unidos, la cantidad disponible es de 8,0 millones de toneladas anuales. La transformación de todos estos residuos, cuyo destino principal es el vertedero, en biodiesel, podría dar lugar a la duplicación de la producción europea de biodiesel, mientras que, en los Estados Unidos el incremento supondría cuadruplicar la producción actual de biodiésel.

    El biodiesel resultante del empleo de estos materiales residuales no difiere significativamente de aquel que se obtiene a partir de materias primas más convencionales, pero exige el empleo de tecnologías de producción más avanzadas que las actualmente en uso (pretratamientos, esquemas de procesado, catalizadores,…), por lo que el esfuerzo de desarrollo para poder utilizar estas materias primas residuales en la fabricación de biodiesel es aún importante. Por el contrario, el beneficio resultante de obtener biodiesel a partir de una materia prima residual, tanto desde un punto de vista económico como medioambiental, parece compensar los esfuerzos necesarios.

     

    La aeronave que funciona con energía solar “Solar Impulse” realiza su primer vuelo de prueba en EE.UU

    Mar, 04/23/2013 - 04:00

    “Solar Impulse”, el avión solar desarrollado desde 2005 en Suiza, realizó su primer vuelo en Estados Unidos este sábado, en una gira de entrenamiento para realizar su meta de dar la vuelta al mundo en 2015.

    Autor: [Miguel Sánchez Sánchez - CIEMAT]

    El ‘Solar Impulse’, gracias a 12.000 celdas fotovoltaicas distribuidas en sus alas que cargan las baterías del avión puede volar tanto de día como de noche, sin necesidad de utilizar combustibles fósiles. El avión tiene la envergadura de un Airbus A340 y tiene el peso de un automóvil utilitario, una combinación que permite alcanzar una velocidad de crucero de 70 kilómetros por hora. Lógicamente, el diseño del avión tiene sus limitaciones y el fuselaje del avión es bastante ligero, un aspecto que lo hace vulnerable a los cambios meteorológicos lo que podría suponer un problema para su gira mundial.

    Alrededor del 2% de las emisiones de carbono a nivel mundial proceden de la industria aeronáutica, es por ello que  la búsqueda de nuevas vías que permitan compatibilizar el transporte aéreo con el desarrollo sostenible se hace imprescindible. Los gestores del proyecto han realizado una gran cantidad de vuelos de prueba, la mayoría de ellas en Europa. Ahora, trasladándolo a Estados Unidos, sus gestores pretenden encontrar nuevos socios.

    Si bien el avión solar aún sigue siendo sólo un prototipo experimental, puede abrir el camino hacia aviones mucho más eficientes y, sobre todo, respetuosos con el medio ambiente. El Solar Impulse está diseñado para mostrar el potencial de la energía solar y nunca sustituirá a los vuelos comerciales impulsados por combustibles fósiles.

    Considerado el aeroplano solar más avanzado del mundo, el Solar Impulse despegó de Moffett Field en Mountain View, California, en la madrugada del 19 de abril, con las primeras luces del día, volando sobre la Bahía de San Francisco durante dos horas. Este vuelo de prueba es previo al inicio de un viaje que comenzará el 1 de mayo y que le llevará desde la Bahía de San Francisco hasta el aeropuerto de JFK de Nueva York, su destino final, a principios de Julio, con diversas escalas en Phoenix, Dallas y Washington, DC. Entre Dallas y Washington, el avión también se detendrá en una de estas ciudades Atlanta, Nashville o St. Louis. Cada etapa de vuelo durará entre 20 y 25 horas, con paradas de 10 días en cada ciudad.

    André Borschberg y Bertrand Piccard, cofundador y presidente del Solar Impulse, respectivamente, manifestaron después de este vuelo, que están cerca de ser capaces de poner en marcha los vuelos sin escalas, necesarias para dar la vuelta al mundo. Objetivo que mantienen para dentro de dos años.

    Ciclos termoquímicos basados en carbonatos alcalinos y óxidos metálicos para la producción de H2 y gas de síntesis

    Vie, 04/19/2013 - 11:24

    En los últimos años han comenzado a aparecer nuevos ciclos termoquímicos para producción de hidrógeno y gas de síntesis, basados en los procesos originales propuestos en los años 70 pero con modificaciones en los materiales, con el fin de aumentar la eficiencia, empleando sustancias  menos tóxicas y corrosivas que suponen una mejora medioambiental.

    Autora: [Alicia Bayón Sandoval– Instituto IMDEA Energía]

    La producción de hidrógeno mediante ciclos termoquímicos  constituye una tecnología libre de emisiones contaminantes, y capaz de ser acoplada a los sistemas de concentración de energía solar, y que por tanto   puede considerarse como un almacenamiento de esta fuente de energía en forma de enlaces químicos.

    Dentro de los ciclos termoquímicos, los basados en óxidos metálicos están cobrando especial importancia en los últimos años. Estos procesos suponen el empleo de materiales los cuales son capaces de ser reducidos a temperaturas elevadas para, posteriormente, descomponer el agua (y el dióxido de carbono) y producir hidrógeno (o gas de síntesis, mezcla de H2 y CO)  según sea conveniente dependiendo del producto demandado. En esta etapa se lleva a cabo la oxidación del material correspondiente, que estaría disponible para iniciar un nuevo ciclo. En los ciclos de dos etapas, requieren de las elevadas temperaturas de reducción >1500ºC, las cuales se encuentran lejos de los valores de temperatura de trabajo de las plantas de concentración solar actuales y de los reactores nucleares (700-1000ºC).

    En este contexto, los investigadores del Instituto Tecnológico de California han propuesto una modificación de los materiales del ciclo termoquímico original de Na-Mn (NaOH-MnO), con el fin de facilitar la descomposición del agua en hidrógeno siguiendo el siguiente proceso:

    Figura 1: Esquema del ciclo termoquímico de Mn3O4/Na2CO3 [1]

    En el esquema se observa cómo en una primera etapa, el Mn3O4 reacciona con carbonato para producir el óxido mixto NaMnO2 y MnO (1), formado a partir de la disociación del Mn2+ presente en la espinela Mn3O4. Posteriormente, el MnO junto con el Na2CO3 restante reaccionan con el H2O para producir hidrógeno y NaMnO2 a 850ºC(2). En la siguiente etapa, el óxido mixto formado se descompone mediante la extracción del Na+ de la estructura, empleando H2O a 80ºC, (3), formando materiales libres de sodio como el carbonato de manganeso y Mn3O4 inicial. Finalmente estos materiales se calcinan a 850ºC para recuperar todo el óxido de partida (4) mientras que el carbonato de sodio extraído es recirculado a la etapa de producción de hidrógeno (1), previa etapa de evaporación del agua.

    Sobre este esquema inicial, los investigadores han estudiado varias modificaciones, como el empleo de carbonatos de potasio y litio (K2CO3 y Li2CO3), cuyas propiedades son similares a las del carbonato de sodio. En primer lugar se evaluó la producción de hidrógeno a partir de las distintas fuentes de carbonatos observándose que el carbonato de litio es el más activo de los tres compuestos para la formación de hidrógeno y que en la reacción con carbonato de potasio, el óxido de manganeso no fue capaz de oxidarse para producir hidrógeno. Sin embargo, el empleo del carbonato de litio en lugar del carbonato original, no supuso una ventaja añadida a la extracción iónica. En el óxido mixto LiMnO2, los iones Li+ no pueden intercambiarse por el H2O tan fácilmente como el sodio. Además en este estudio, se ha mejorado la eficacia de la extracción de sodio, mediante un burbujeo de CO2 en la suspensión del sólido NaMnO2.

    También se ha sustituido el óxido metálico Mn3O4 por varias espinelas Fe3O4 y Co3O4. Cuando se empleó la espinela de cobalto (Co3O4) no se observó producción de H2 debido a que no se producía la oxidación del Co2+ a Co3+. En el caso de la espinela de hierro (Fe3O4) la producción de hidrógeno fue más efectiva para el empleo de las tres fuentes de carbonato, que la espinela de manganeso. Sin embargo, la extracción de iónica fue similar para el NaFeO2, comparado con el óxido mixto NaMnO2, y menos efectiva con el LiFeO2. De estos resultados se puede concluir que, para los óxidos estudiados cuanto  mayor es la actividad en producción de hidrógeno el óxido mixto formado es más difícil de descomponer.).

    Además de la producción de hidrógeno, la descomposición conjunta de CO2 y H2O se llevó a cabo con los sistemas anteriormente planteados. Se determinó que para esta reacción, la espinela de hierro es más activa para la descomposición. Sin embargo, el sistema Mn3O4/Na2CO3 ofrece unos rangos de temperatura de trabajo mucho más adecuados para la ser acoplados con la energía solar concentrada (reducción a 850ºC del Mn2O3, frente a 1150ºC del Fe2O3), lo cual minimiza las pérdidas energéticas derivadas del calentamiento y enfriamiento de los reactivos, concluyéndose que este sistema es el más apropiado para su aplicación en las condiciones de trabajo actuales.

     

    [1] Biungjun X, Bhawe Y, Davis M. E. PNAS.  2012. DOI: 10.1073/pnas1206407109

    [2] Biungjun X, Bhawe Y, Davis M. E. Chem Mat.  2013. DOI: 10.1021/cm3038747

     

    Modelo de Aerogenerador instrumentado para ensayo en túnel

    Mar, 04/16/2013 - 04:00

    La problemática surgida para realizar estudios exhaustivos sobre distintos perfiles de pala en condiciones de funcionamiento poco analizadas como un amplio rango de números de Reynolds, de ángulos de ataque y de ángulos de calado, provoca la necesidad de realizar un prototipo demostrador capaz de adaptar su funcionamiento a distintos modos de operación.

    Autores: Borja Plaza Gallardo / Rafael Bardera Mora

    Actualmente, se observan distintas necesidades por parte de la industria en el diseño de aerogeneradores. Los nuevos diseños están orientados a conseguir mayor rendimiento energético, menores costes de energía anual producida y de implantación, reducción de cargas, aumento de fiabilidad…

    El estudio aerodinámico es esencial para lograr estos objetivos, por lo que la calidad del aerogenerador dependerá en gran medida de la capacidad predictiva de las herramientas que se utilizan para su diseño y análisis, siendo imprescindible resolver los problemas que plantea la física del problema y crear un modelo que responda a las expectativas de simulación numérica. Para ello es necesario disponer de datos experimentales que validen los modelos de cálculo.

    En el caso de los experimentos en campo, es necesario usar una instrumentación cara, que debe estar expuesta a la intemperie durante largos períodos de tiempo y en condiciones de ensayo no controladas. Los ensayos en túnel de viento presentan condiciones de trabajo bien definidas, elemento necesario para validar los modelos de cálculo. El problema es que apenas se dispone de datos experimentales que provengan de ensayos de aerogeneradores lo que no permite realizar estudios exhaustivos sobre distintos perfiles de pala en condiciones de funcionamiento poco analizadas como un amplio rango de números de Reynolds, de ángulos de ataque y de ángulos de calado.

    Para resolver esta problemática, el Intituto Nacional de Técnica Aeroespacial ha desarrollado un prototipo demostrador capaz de adaptar su funcionamiento a distintos modos de operación con el objeto de abaratar los costes de ensayos, ya que posibilita la prueba de palas con diversos perfiles y configuraciones para obtener sus coeficientes globales de trabajo.

    Los ensayos realizados sobre distintos perfiles permitirán una aproximación computacional y experimental que consiga validar las herramientas de cálculo y estudiar problemas particulares de investigación de alto nivel, como son la actuación de perfiles a bajo número de Reynolds y sus características a altos ángulos de ataque, los modelos de estimación de pérdidas en punta de pala y el efecto de aumento de la sustentación y retraso en la entrada en pérdida debido a la rotación. Esto evitará la dispersión que se produce en los resultados dependiendo del modelo utilizado.

    La validación de las herramientas de cálculo y la posibilidad de realizar ensayos de distintas configuraciones, permite, además, abordar uno de los grandes problemas de la industria de aerogeneradores de gran potencia en la actualidad, el escalado de palas para la optimización del diseño aerodinámico.

    En cuanto al equipo, el prototipo está compuesto de un buje de eje horizontal de0.12 mde diámetro preparado para funcionar con tres palas (tripala) con un diámetro total de rotor inferior a1,4 m. Además, está equipado con la instrumentación necesaria para la obtención de la curva característica y los coeficientes globales (coeficiente de par mecánico y coeficiente de potencia mecánica) para diferentes regímenes de giro del rotor y en función de la velocidad de la punta de la pala.

    El eje de aerogenerador está conectado a un motor eléctrico situado en el extremo opuesto al rotor. Este motor eléctrico junto con un sistema de control asociado, tienen como misión mantener constante el régimen de giro del aerogenerador durante los ensayos, siendo doble la función del motor, al actuar como motor o como freno, dependiendo de la energía extraída o comunicada del viento del túnel en cada momento. Cuando el motor impulsa el rotor total o parcialmente, tanto el par como la potencia serán negativos.

    El medidor de par y el encoder se encuentran intercalados en el eje del aerogenerador con objeto de proporcionar simultáneamente la medida de par mecánico y régimen de giro (rpm) en el eje del aerogenerador. El ensayo en vacío (sin palas ni viento en el túnel) permite determinar el par resistivo (rozamiento de rodamientos) con el objetivo de restar el valor obtenido a las medidas de par obtenidos durante el ensayo. El calado de las palas debe ser variable con el objetivo de probar distintas configuraciones de ángulo de pitch.

    El eje del rotor va alojado en el eje horizontal del aerogenerador, el cual está soportado por un mástil cilíndrico vertical que se apoya en una torre de celosía, la cual tiene una altura necesaria para elevar el eje del rotor a la altura del eje del túnel.

    Los ensayos realizados sobre el prototipo de aerogenerador instrumentado se realizan en el túnel de viento del INTA. Este túnel se caracteriza por ser de circuito cerrado con opción de cámara de ensayos abierta o cerrada, de sección rectangular de 2,8 x 1,9 m2. El flujo continuo de aire es impulsado hasta 50 m/s por un ventilador accionado por un motor eléctrico de 480 kW.

    Esta instalación permite realizar, además de los expuestos anteriormente, distintos ensayos  como la visualización del flujo en la superficie del perfil realizado mediante aceites (oil film) y pinturas fluorescentes que proporcionan información del patrón de flujo sobre dicha superficie (desprendimiento, burbujas,…); los ensayos de medidas de presión alrededor del perfil para determinar experimentalmente la distribución del coeficiente de presión Cp, sobre la superficie del perfil y calcular los coeficientes de sustentación, resistencia y momento; el método óptico de visualización de flujo PIV (Particle Image Velocimetry) para medir la velocidad a partir del desplazamiento en el tiempo de las partículas sembradas en el fluido estudiado; y la visualización mediante inyección de humo aguas arriba del rotor para obtener información cualitativa del flujo en la estela del rotor del aerogenerador cuando se encuentra inmerso en la corriente de viento del túnel.

     

    Figura. Visualización de la estela de rotor  mediante humo

    Figura. Visualización del flujo en la superficie del perfil

     

    Primeros pasos hacia la extracción de metano del fondo oceánico

    Vie, 04/12/2013 - 08:15

    Los hidratos de metano que tapizan el fondo de los océanos constituyen una reserva de energía fósil inexplorada, cuya magnitud es muy superior a las reservas probadas de gas natural en la corteza terrestre.  Recientemente una compañía de exploración submarina japonesa ha anunciado la puesta en marcha del concepto de la extracción y un modelo adecuado de plataforma para la extracción segura del metano atrapado estos hidratos.  Para muchos países que carecen de gas natural, carbón y petróleo, este recurso puede y debe aportar seguridad durante décadas a los respectivos sistemas energéticos.  

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

    Los hidratos de metano (clatratos) están formados por moléculas de metano atrapadas en una red de hielo. Cuando el hielo funde al poner el hidrato de metano a temperatura superior a0 ºCy presión ambiental, el gas metano es liberado.  Estos compuestos sólidos se encuentran tapizando el fondo oceánico donde la temperatura de la masa de agua se mantiene alrededor de2   ºCy la presión de la columna de agua es elevada (10 atmósferas por cada100 mde profundidad).

    Esta reserva energética extraordinaria, al menos un orden de magnitud superior a las reservas probadas de gas natural en la corteza terrestre, ha permanecido inexplorada hasta la actualidad dada la dificultad tecnológica que entraña la extracción de estos compuestos desde el fondo oceánico.  Recientemente la empresa japonesa Japan Oil, Gas and Metals National Corporation anunció la extracción de metano del fondo del mar en las proximidades de la isla de Honshu al sur de Japón.  Una vez que esta compañía ha demostrado la prueba del concepto de extracción, el paso siguiente es la instalación de un sistema piloto de extracción de10.000 metros cúbicosde metano al día y que seguirá progresando hasta tener la tecnología comercializada en un horizonte de cinco años. Enla Figura1 se muestra la plataforma utilizada por Japan Oil, Gas and Metal National Co. para la exploración de estos hidratos así como una imagen que muestra cómo se quema el metano en el momento que se libera cuando funde el hidrato.

    La extracción de hidratos de metano del fondo del océano no está exenta de ciertos riesgos debido al hecho de que estos sólidos son inestables. Una de las razones argumentadas para explicar la explosión de la plataforma de BP en el año 2010 en el golfo de Méjico ha sido la sublimación explosiva de un depósito de hidrato de metano. Un segundo riesgo de la extracción de estos hidratos en áreas próximas al litoral es la inducción de tsunamis localizados. A ello hay que añadir el potente efecto invernadero del metano gas no quemado que puede escapar a la atmósfera en el proceso de extracción transporte y almacenamiento. Ciertamente un determinado volumen de metano tiene un potencial de efecto invernadero equivalente a 22 volúmenes de dióxido de carbono.

    Figura 1. Izquierda plataforma usada en la exploración de hidratos de metano, Cortesía del METI, Japón. Derecha: muestra de hidrato de metano en la que se quema el metano en el instante que funde el hidrato. Cortesía de US DoE.

    No obstante, una vez que se minimicen estos riesgos, los hidratos de metano pueden y deben aportar seguridad durante décadas a los sistemas energéticos de muchos países que no disponen de combustibles fósiles y que dependen básicamente de las importaciones de carbón, gas natural y petróleo.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Páginas


    Instituto Chileno de Permacultura