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Energia y Sostenibilidad

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    Absorbedores volumétricos con mallas metálicas: Una oportunidad a la innovación

    Lun, 08/08/2016 - 06:18

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

    En los últimos años está resurgiendo un fuerte interés por los receptores volumétricos como se observa en la cantidad de trabajos y proyectos sobre la temática. No en balde, esta tecnología ha sido considerada durante mucho tiempo como una tecnología clave para incrementar el rendimiento global de las plantas termosolares de torre. En este marco, se han ensayado multitud de prototipos, cada uno de ellos con sus ventajas e inconvenientes, y dentro de ellos es necesario destacar los absorbedores volumétricos construidos con mallas metálicas, dada su versatilidad y la facilidad para probar nuevos conceptos y diseños.

    En esa línea y dentro del proyecto Alccones se están investigando sobre los receptores volumétricos de malla metálica con distintos tipos de apilamientos. El apilamiento describe la manera en la que se ordenan las mallas que componen el absorber, y la literatura muestra que hay dos opciones extremas, el apilamiento en-línea y apilamiento escalonado, como se muestra en la siguiente figura.

     

    En este sentido desde la unidad de SSC del Ciemat se ha realizado un trabajo de simulación y experimentación para analizar ambos tipos de alineamientos. Mientras que en un empaquetamiento alineado tenemos una mayor porosidad volumétrica, menor pérdida de carga, también presenta una menor transferencia de calor. Por el contrario, el empaquetamiento escalonado presenta el comportamiento opuesto.

    En un receptor volumétrico la transferencia de calor por convección es un mecanismo de transferencia fundamental además de los fenómenos de transferencia radiativos. Por ello, es necesario su estudio para determinar su influencia sobre los distintos diseños de absorbedores.

    Los diversos estudios realizados han mostrado que la transferencia de calor por convección en un apilamiento escalonado es aproximadamente el doble que en un apilamiento en línea, mientras que en el comportamiento de un receptor volumétrico el equilibrio térmico se alcanza para una profundidad del absorbedor de aproximadamente la mitad, como se puede observar en la Fig. 2.

    Los ensayos experimentales realizados durante los proyectos Solgemac y Alccones, verifican los datos obtenidos numéricamente, lo cual verifica el trabajo de simulación realizado y alienta a seguir la prometedora línea de trabajo.

     

    Referencias

    [1] Antonio L. Avila-Marin, Jesús Fernandez-Reche, Marina Casanova, Cyril Caliot, Gilles Flamant, “Numerical Simulation of Convective Heat Transfer for Inline and Stagger Stacked Plain-Weave Wire Mesh Screens and Comparison with a Local Thermal Non-Equilibrium Model”, SolarPACES 2016 Conference.

    Análisis de Sistemas Energéticos: una necesidad en el camino hacia un futuro energético sostenible

    Mar, 07/19/2016 - 05:51

    Autores: Diego García y Diego Iribarren-IMDEA Energía

    La Cumbre del Clima de París (COP21) celebrada en diciembre de 2015 culminó con un acuerdo global en el que prácticamente todos los países del mundo (196) se comprometían a desarrollar y poner en práctica planes de mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). La motivación detrás de este histórico esfuerzo es lograr que la temperatura del planeta no aumente más de 2ºC a finales del siglo XXI con respecto a los niveles preindustriales. Para lograrlo, la entrada masiva de energías renovables en el sistema se establece como prioritaria junto con mejoras en la eficiencia de procesos ya existentes, el desarrollo de tecnologías como la captura, transporte y almacenamiento del CO2 y la creación de redes energéticas inteligentes (de electricidad, gas y calor) que integren a todos los agentes involucrados desde la producción hasta el consumo.

    En el ámbito europeo, la lucha contra el cambio climático es igualmente uno de los pilares del Energy Roadmap 2050. Esta hoja de ruta también destaca el papel que las energías renovables y la eficiencia energética han de jugar en el futuro del sistema energético europeo a fin de lograr una reducción del 80-95% de las emisiones de GEI para 2050 respecto a los niveles de 1990. Por otra parte, la nueva versión del Strategic Energy Technology (SET) Plan define la estrategia europea de I+D para los próximos años. El nuevo plan identifica diez acciones de investigación e innovación basadas en las necesidades del sistema energético, sus transformaciones y el potencial del mismo para crear empleo y crecimiento económico. Entre estas acciones prioritarias, se incluyen la integración de tecnologías renovables en el sistema energético, la reducción de costes y el desarrollo de nuevos procesos y servicios inteligentes (smart homes) enfocados en el consumidor. Asimismo, se plantean mejoras en la resiliencia, seguridad y comportamiento inteligente de los sistemas energéticos y el desarrollo de nuevos materiales orientados a la eficiencia en edificios. Además, el plan europeo presenta la captura, transporte y almacenamiento y las baterías avanzadas como opciones a desplegar, considerando la valorización y uso del CO2 y el almacenamiento energético, respectivamente, como principales valores añadidos.

    De todo ello, cabe destacar el papel que la sostenibilidad de los sistemas energéticos adquiere en las nuevas hojas de ruta. En este sentido, resulta fundamental garantizar que las nuevas medidas que se adopten deriven en sistemas energéticos con un adecuado comportamiento tecnoeconómico, ambiental y social. Por ejemplo, el nuevo SET Plan realza la necesidad de análisis que aseguren la sostenibilidad en el área de combustibles renovables para el trasporte, así como la necesidad de nuevos análisis de medidas de eficiencia energética más ambiciosas y de políticas de optimización de costes mediante técnicas de modelización energética. Esto no solamente pone de manifiesto el interés creciente de la sociedad y las administraciones estatales al respecto del medio ambiente y la salud, sino que también muestra cómo la sostenibilidad se posiciona como motor del desarrollo económico pese al reto político, social y tecnológico que ello supone. En este cambio de paradigma, el Análisis de Sistemas Energéticos se erige como una disciplina transversal y flexible capaz de dar respuesta a la necesidad de anticiparse a los complejos problemas que afronta el sector energético y, en general, la sociedad.

    Avanzando hacia un sistema basado en la bioeconomía: 2016 BILLION-TON REPORT

    Vie, 07/15/2016 - 04:19

    Autor: Marta Paniagua-URJC

    En los próximos 25 años, Estados Unidos podría producir suficiente biomasa como para abastecer un sistema basado en la bioeconomía, incluyendo recursos de biomasa renovable acuática y terrestre que podrían ser usados tanto para la producción de energía como para la síntesis de bioproductos con beneficios económicos, medio-ambientales, sociales y de seguridad nacional.

    El informe 2016 Billion-Ton Report, confirma que Estados Unidos tiene el potencial para producir de forma sostenible al menos 1 billón de toneladas secas de biomasa no alimenticia anualmente hasta el 2040. Estos recursos renovables incluyen biomasa agrícola, biomasa forestal y biomasa obtenida a partir de algas, así como residuos. Aquí se engloba la biomasa potencial actual y futura, desde los residuos de explotaciones forestales y cultivos disponibles actualmente hasta la biomasa procedente de algas disponibles en un futuro y los cultivos energéticos, todos ellos aptos para la producción de biocombustibles, bioenergía y bioproductos.

     

    El informe muestra que bajo un escenario base, Estados Unidos podría incrementar el uso de recursos de biomasa seca desde los 400 millones de toneladas actuales hasta 1.57 billones de toneladas bajo un escenario de alto rendimiento.

    El incremento de la producción y utilización de biocombustibles, bioenergía y bioproductos podría disminuir la emisión de gases de efecto invernadero de manera sustancial en el sector servicios y transporte y reducir la dependencia de EEUU de las importaciones de petróleo.

    Algo novedoso del informe son las evaluaciones de los suministros de biomasa potenciales a partir de algas, a partir de cultivos energéticos y de residuos sólidos urbanos. Es la primera vez que el informe evalúa cómo el coste del pre-procesado y el transporte de la biomasa a la biorrefinería puede afectar a la disponibilidad de la materia prima.

    Este análisis ha sido llevado a cabo por el laboratorio Oak Ridge National Laboratory (ORNL) con la contribución de 65 expertos de distintos departamentos y universidades.

    Referencia:

    http://www.energy.gov/eere/bioenergy/2016-billion-ton-report

    Se celebra el 4th Symposium on Biotechnology Applied to Lignocelluloses

    Mar, 07/05/2016 - 04:20

    Durante los días 19-22 Junio de 2016 se ha celebrado en Madrid (España) el 4th Symposium on Biotechnology Applied to Lignocelluloses, organizado por el grupo de investigación “Biotecnología para la Biomasa Lignocelulósica” del Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC.

    Autora: María José Negro  -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT

    En el camino para el desarrollo de una bioeconomía sostenible y competitiva, el uso eficiente de materias primas lignocellulósicas representa un aspecto crucial. En este contexto, el 4th Symposium on Biotechnology Applied to Lignocelluloses” (LIGNOBIOTECH IV) ha tenido como objetivo aunar los recientes avances en biotecnología y ciencias afines aplicadas en la utilización de biomasa como materia prima renovable para su utilización en un concepto amplio de biorrefinería.

    Desde los fundamentos a la aplicación, durante los tres días de duración del Simposio, se han tratado aspectos relacionados con la genómica, la bioquímica, la tecnología del procesamiento aguas abajo y las cuestiones ambientales relacionadas con el uso de la biotecnología para la producción de biocombustibles, productos químicos y otros productos a partir de la celulosa, hemicelulosa, lignina y otros componentes de la biomasa lignocelulósica.

    En este encuentro se han realizado 50 ponencias orales y 92 presentaciones en forma de poster, en los que se mostraron los últimos avances en las distintas áreas relacionadas con la biotecnología aplicada a la lignocelulosa. De acuerdo con la organización del evento, la presencia de destacados ponentes en las diferentes áreas de trabajo, ha convertido este Simposio en un evento internacional de primera magnitud y punto de encuentro de investigadores y profesionales de relevante prestigio.

    La Unidad de Biocarburantes del CIEMAT participó en LIGNOBIOTECH IV con la presentación del poster “Barley straw fractionation for sugars production”. En este trabajo, se ha evaluado el fraccionamiento en dos etapas de la biomasa de paja de cebada; una primera etapa de pretratamiento hidrotérmico, seguido de una etapa de pretratamiento de extrusión en medio alcalino. Mediante la utilización de esta estrategia de fraccionamiento se facilita el aprovechamiento integral de los azúcares presentes en la paja de cebada, permitiendo una extracción eficaz de la fracción de lignina. Este trabajo se ha realizado en el marco del proyecto RESTOENE 2, subvencionado parcialmente por la Comunidad de Madrid.

    2015 un año record para las energías renovables

    Jue, 06/30/2016 - 11:20

    El año 2015 fue un año notable para las instalaciones de energía renovables. La capacidad de generación de este tipo de energía experimento el máximo incremento anual hasta la fecha. El informe  sobre la situación mundial de las energías renovables 2016 realizado por REN21 revela que en la actualidad las energías renovables están firmemente establecidas como fuentes de energía alternativas y competitivas en diversos países del mundo

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

    Lanzado por primera vez en 2005, el Informe sobre la situación mundial de las energías renovables de REN21 (GSR por sus siglas en inglés) es el informe más consultado a nivel internacional en lo que respecta al mercado y a la industria de energía renovable, así como en tendencias sobre las políticas actuales en el desarrollo de energías renovables. Los datos proporcionados se basan en una red internacional de más de 700 colaboradores, investigadores y autores. REN21 vincula gobiernos, organizaciones no gubernamentales, instituciones académicas y de investigación, organismos internacionales e industrias para que se apoyen mutuamente, intercambien conocimientos y lleven a cabo acciones encaminadas hacia el uso de las energías renovables.

    El año 2015 fue un año record para las energías renovables pues la capacidad de generación de este tipo de energía experimentó su máximo crecimiento hasta la fecha con nuevos 147 GW instalados. El año 2015 también fue un año record para las inversiones en energías renovables, las cuales llegaron a casi 286 millones de dólares a nivel mundial. Esto se produjo a pesar de la caída de los precios de los combustibles fósiles, del fortalecimiento del dólar y de la debilidad de la economía europea. Por sexto año consecutivo, las energías renovables superaron a los combustibles fósiles en inversiones netas para nuevas instalaciones. El rápido crecimiento que han sufrido las renovables durante el año 2015 (Figura 1), particularmente en el sector eléctrico, ha sido impulsado por varios factores entre los que se pueden destacar: elaumento de la rentabilidad de las tecnologías renovables, el mejor acceso a la financiación de instalaciones, la aplicación de políticas de seguridad energética y medioambientales y la demanda creciente de energía en economías en desarrollo y emergentes.

    El sector eléctrico experimentó el mayor incremento anual de la historia en términos de capacidad, con un crecimiento significativo en todas las regiones del mundo. La energía eólica y la solar fotovoltaica tuvieron records adicionales, representando alrededor del 77% de las nuevas instalaciones, mientras que la energía hidroeléctrica representó la mayor parte del resto. Actualmente el mundo suma más capacidad de generación de electricidad renovable que la capacidad (neta) de todos los combustibles fósiles combinados. A finales de 2015 la capacidad de energía renovable era suficiente para abastecer aproximadamente el 23.7% de la electricidad mundial.

    Las energías renovables actuales abastecen aproximadamente el 8% de la energía final en servicios de climatización en edificios e industria de todo el mundo, una gran mayoría es suministrada por la energía de la biomasa y en menor escala contribuyen la energía solar térmica y la geotérmica. Aunque la capacidad total y la generación de las tecnologías renovables de calentamiento y enfriamiento  continuaron al alza, el 2015 presenció un declive mundial en las tasa de crecimiento debido a los bajos precios del petróleo en todo el mundo.

    La energía renovable constituyó aproximadamente el 4% del combustible mundial para el transporte terrestre en 2015. Los biocombustibles líquidos continuaron representado la mayor parte de la contribución de energía renovable para el sector del transporte. La infraestructura para vehículos de gas natural comprimido y las estaciones de combustible continuaron expandiéndose estableciendo nuevas oportunidades para la integración del biometano, en particular en Europa. 

     

    Figura 1- Indicadores de energías renovables 2015 (Fuente Informe de la situación de las energías renovables 2016” REN21)

    A pesar de que las tendencias en el crecimiento de las energías renovables son muy positivas, el informe también destaca los retos que las energías renovables aún tienen que resolver. Estos desafíos incluyen: lograr la integración efectiva de una participación mayor de las energías renovables en la red y abordar las problemáticas de inestabilidad política y normativa, barreras regulatorias y restricciones fiscales a las que las renovables se enfrentan.

    Mas información: http://www.ren21.net/gsr

    La planta termosolar de Bokpoort, récord africano de suministro continuo

    Mié, 06/29/2016 - 11:23

    Un hito para la industria renovables. La planta termosolar de Bokpoort, en Sudáfrica, construida por el grupo de ingeniería y tecnología SENER , ACCIONA y TSK suministra 161 horas, casi seis días de electricidad continua a pleno rendimiento, un récord en África.

    Aunque la tecnología solar termoeléctrica o CSP (Concentrated Solar Power) se considera una fuente intermitente de energía que suministra electricidad durante las horas diurnas, cuando la demanda es más alta, el diseño de Bokpoort permite seguir suministrando electricidad durante horas después de que el sol se haya puesto, gracias a una instalación de almacenamiento de energía en sales fundidas que puede acumular 9,3 horas de producción de electricidad. Esto la convierte en la instalación de almacenamiento de energía eléctrica de mayor capacidad del continente africano.

    En el primer mes de operación comercial, la recién inaugurada planta solar termoeléctrica, de 50 MW, ha producido electricidad durante un período continuo de 161 horas, lo que equivale a casi seis días. Situada en la Provincia del Cabo Norte, fue construida por un consorcio formado por SENERACCIONATSK y la empresa sudafricana Crowie Holdings. El proyecto de EPC (Ingeniería, Compras y Construcción) le fue adjudicado al grupo saudí ACWA Power, propietario y operador de la planta.

    Competitiva con fuentes convencionales

    El suministro de electricidad continuo de una planta de energía solar es un hito importante para Sudáfrica y para la industria de renovables en su conjunto, ya que permite que la tecnología CSP compita como fuente de alimentación continua con las tecnologías convencionales, como las
    centrales hidroeléctricas, térmicas o de gas, afirma un comunicado conjunto de SENER, ACCIONA, TSK.

    El director general de la planta de CSP de BokpoortNandu Bhula, señala que “a nivel mundial, el mayor reto de la tecnología CSP ha sido su capacidad de producir energía de forma continuada después de la puesta del sol. El rendimiento de esta planta es una clara indicación de que la  tecnología CSP puede constituir una opción válida de capacidad de carga base equiparable a las centrales eléctricas convencionales”.

    Desarrollo industrial y sostenible 

    Ramón Jiménez, director general del Área Industrial de ACCIONA Infraestructuras, señala que “ACCIONA ha proyectado, desarrollado y ejecutado algunas de las obras más emblemáticas de los últimos 60 años en todo el mundo; estamos orgullosos de contar con los más modernos medios tecnológicos para abordar cualquier tipo de proyectos llave en mano, como éste, con las máximas garantías de calidad y eficiencia, y consolidar nuestra presencia en el sector renovable en Sudáfrica”.

    Por su parte, Siyabonga Mbanjwa, director regional de SENER para África Meridionalapunta que “hoy en día, SENER es reconocida por la calidad y fiabilidad de sus soluciones tecnológicas en energía solar termoeléctrica. Estamos orgullosos de haber formado parte, junto con ACCIONA, TSK y Crowie, del éxito de esta planta, y es nuestra intención contribuir al desarrollo industrial y sostenible del país”.

    En Sudáfrica, el pico de demanda diario por la tarde se produce entre las 17:00 h y las 21:00 horas y la recientemente introducida tarifa de horas punta de CSP anima a los promotores a tener capacidad de almacenamiento térmico, dice el comunicado.

    Bokpoort CSP ha demostrado que, gracias al buen diseño de la planta y la radiación solar disponible en el emplazamiento, sus 9,3 horas de almacenamiento térmico pueden ampliarse fácilmente para permitir su operación continua las 24 horas al día.

    Fuente: energynews

    La Reducción de Costes en las Centrales Termosolares

    Lun, 06/20/2016 - 12:53

    Autor: Eduardo Zarza-PSA-CIEMAT

    Con el fin de evitar posibles confusiones en el lector no especializado en estas tecnologías, parece oportuno empezar aclarando la diferencia fundamental existente entre las centrales fotovoltaicas y las centrales termosolares. Su principal diferencia es que mientras en las centrales fotovoltaicas la radiación solar es utilizada para generar electricidad directamente en las placas o módulos fotovoltaicos, en las centrales termosolares la radiación solar es primeramente concentrada y convertida en energía térmica, usando posteriormente dicha energía térmica para producir electricidad a partir de un ciclo termodinámico. Así pues, en una central termosolar la radiación solar es previamente convertida en energía térmica. En esta doble conversión, primero a energía térmica y después en electricidad, radica en buena medida la mayor complejidad de las centrales termosolares si se comparan con las centrales fotovoltaicas.

    A principios del año 2016 existían en el Mundo centrales termosolares en operación rutinaria con una potencia total instalada cercana a los 5 GWe, mientras que los proyectos en construcción o promoción suponían una potencia total similar. Teniendo en cuenta el tiempo medio de construcción de una central termosolar comercial (unos 2 años, dependiendo de su tamaño), esto indica que la potencia total instalada para finales del año 2018 será del orden de 10 GWe.

    La rapidez con la que aumentará en los próximos años la potencia total instalada de centrales termosolares, depende en gran medida de hasta qué nivel se logre reducir el coste de la electricidad de origen termosolar. Aunque es cierto que en los últimos años ya se ha conseguido una importante reducción de costes, y buena prueba de ello es el precio medio del PPA de las centrales NOOR-II y III que actualmente se están construyendo en Marruecos (150€/MWh), debemos tener presente los bajísimos costes que presenta ya hoy en día la electricidad de origen fotovoltaico. Hace solamente unas semanas se anunciaba la planta fotovoltaica que ha sido adjudicada por la Dubai Electricity and Water Authority (DEWA) a la oferta presentada por la empresa ACWA Power, con un precio inferior a los 30 €/MWh, para la próxima planta fotovoltaica del parque solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum. Este precio es tan solo el 20% del PPA de las plantas NOOR-II y III. Aunque es cierta la ventaja innegable que representa la gestionabilidad (capacidad de producir electricidad cuando no hay radiación solar) de las centrales termosolares, gracias a sus sistemas de almacenamiento térmico, así como su gran impacto dinamizador en la economía de la zona donde se instala una central termosolar, no es posible compensar hoy en día con estas ventajas esta gran diferencia en el coste del kWh producido. Es por este motivo que el principal reto con el que se encuentran actualmente las centrales termosolares es la necesidad de conseguir con rapidez una importante reducción de costes.

    La figura siguiente muestra el proceso y los elementos que intervienen en la reducción de costes de las centrales termosolares. De todos los que intervienen en el proceso, el despliegue comercial (instalación de nuevas centrales termosolares) es el que juega un papel más importante, pues es precisamente dicho despliegue el que permite al sector adquirir la experiencia y el conocimiento práctico necesario para desarrollar su curva de aprendizaje. Sin despliegue comercial, la experiencia y el conocimiento acumulado por la industria desaparece, al verse obligadas las empresas a trabajar en otros campos donde haya actividad comercial. Sin despliegue comercial, son los centros de I+D los que mantienen el germen de la tecnología, promoviendo mejoras y avances que tardan en tener un repercusión importante en el coste, pues sin despliegue comercial dichas mejoras no pueden implementarse, salvo las directamente relacionadas con la operación y mantenimiento de las centrales ya existentes.

     

    Como se muestra en la figura, la curva de aprendizaje influye en la reducción de costes mediante tres mecanismos diferentes:

    1. Implantando directamente en las nuevas centrales aquellos resultados y conocimiento fruto de la experiencia con las centrales existentes y que no necesitan un desarrollo adicional. Ejemplos de esta vía son las mejoras en los procedimientos de operación y mantenimiento que son fruto de la operación y mantenimiento de las centra existentes. Otro ejemplo son las mejoras en los procedimientos de ensamblaje de los concentradores solares, detectadas durante el montaje de centrales anteriores
    2. Introduciendo en los procesos de escalado la experiencia previa obtenida con elementos de menor tamaño. En las centrales termosolares que se están construyendo actualmente se ha puesto de manifiesto lo beneficioso que resulta, desde el punto de vista de la reducción de costes, un aumento del tamaño de las centrales, así como de los propios concentradores solares. Este aumento de tamaño debe hacerse siempre basándose en la experiencia previa con centrales y elementos de menor tamaño, evitando dar saltos excesivamente grandes. En el proceso de escalado hay que ser muy cautelosos para no pasar por alto efectos secundarios adversos que pudiera tener el aumento de tamaño. Un ejemplo de esto es el aumento de tamaño de campos de captadores cilindroparabólicos, en los que al aumentar el tamaño también se aumentan las dificultades de control hidráulico del campo para mantener un caudal lo más uniforme posible en todas las filas de captadores que componen el campo solar. También debe tenerse en cuenta a la hora de aumentar de tamaño los receptores centrales la mayor complejidad del control de dicho receptor, tanto en lo relacionado con el perfil de flujo de radiación sobre el mismo, como con el control del caudal en los diversos paneles que componen el receptor.
    3. Sirviendo de base para las actividades de I+D. Cualquier nuevo desarrollo o innovación debe basarse en la experiencia previa, pues de lo contrario sería como construir una casa exenta de cimentación. En esta vía, es necesaria una fructífera colaboración entre el sector industrial, aportando su experiencia, y los centros de I+D aportando sus instalaciones experimentales y sus conocimientos científico-técnicos..

     

    Analizando globalmente el gráfico de la figura, y teniendo en cuenta que ya hoy en día se ha realizado un proceso de escalado importante, construyendo centrales termosolares de incluso más de 200 MWe de potencia unitaria, y desarrollando heliostatos de más de 150m2 y captadores cilindroparabólicos con un área de captación superior a los 2000 m2, parece que la mayor reducción de costes puede alcanzarse mediante dos vías principalmente:

    1. con nuevos desarrollos que sean fruto de proyectos de I+D+i (nuevos fluidos de trabajo, nuevos ciclos de potencia, nuevos reflectores con menos requerimientos de lavado, nueva turbomaquinaria especialmente diseñada para los requerimientos de las centrales termosolares, etc..), y
    2. a partir de la curva de aprendizaje fruto de un despliegue comercial sostenido en el tiempo y de suficiente importancia.

     

    Ambas vías requieren del apoyo público, en un caso apoyando financieramente las actividades de I+D+ì (las cuales deben contar con la aprobación del sector industrial para que quede garantizada la utilidad de los resultados perseguidos), y en el otro caso apoyando el despliegue comercial con ayudas que permitan compensar la diferencia de costes entre la electricidad termosolar y la convencional, hasta que se haya desarrollado la curva de aprendizaje suficientemente y se consiga reducir los costes hasta el nivel requerido.

    El objetivo de coste marcado por ESTELA (la asociación europea de la electricidad termosolar) es conseguir en el año 2020 un coste de 100 €/MWh para centrales termosolares con almacenamiento térmico instaladas en países del Sur de Europa, con una insolación anual debida a la radiación solar directa de unos 2055 MWh/m2·año. Un pre-requisito para poder conseguir este objetivo, según ESTELA, es que se alcance una potencia total instalada en el Mundo de 30 GWe. Este pre-requisito es de enorme importancia, por la curva de aprendizaje que conllevaría, pero está siendo obviado en muchos documentos oficiales en los que se recuerda el objetivo de reducción de costes marcado por ESTELA, pero se omite en dichos documentos que alcanzar una potencia total instalada de 30 GWe es un pre-requisito definido claramente por ESTELA:

    Como se ha puesto de manifiesto al principio de este Post, parece razonable esperar que la potencia total instalada a nivel mundial sea de unos 10-12 GWe en el año 2020. Si somos muy optimistas, podríamos incluso pensar en 15 GWe, pero en cualquier caso parece claro que la cifra que se alcanzará en el año 2020 será muy inferior a la pedida por ESTELA para poder alcanzar el objetivo de reducción de costes. De acuerdo con todo esto, parece lógico pensar que no se logrará el objetivo de costes marcado para 2020. Pero a pesar de esto se sigue indicando en documentos oficiales, muchos de ellos emitidos por la Comisión Europea, que el sector termosolar ofrece conseguir un coste de 100 €/MWh en el año 2020, para centrales instaladas en el Sur de Europa, y no se hace referencia a la condición de que se logre alcanzar una potencia total instalada en el Mundo de 30 GWe

    Personalmente me preocupa esta situación, pues se está poniendo toda la atención en el objetivo de costes, mientras se ignora, o al menos eso es lo que parece, algo tan importante como que para lograrlo será necesario un despliegue comercial que en estos momentos no parece que vaya a darse, ni mucho menos, para el año 2020. Es innegable el gran potencial de reducción de costes que tiene la electricidad termosolar, pero debemos ser realistas y no poner objetivos imposibles de lograr debido a su plazo excesivamente corto, pues ello no hará sino dañar al sector y perder credibilidad de cara al futuro. Debemos pedir que al sector de la electricidad termosolar se le permita desarrollar adecuadamente su curva de aprendizaje, como ya está haciendo y como anteriormente han hecho otras tecnologías que empezaron mucho antes su despliegue comercial, como la eólica y la fotovoltaica, pero sin plantear atajos artificiales y ficticios que no conducirían a ningún buen puerto.

    Defensa de Tesis Doctoral

    Dom, 06/19/2016 - 08:02

    El próximo 1 de Julio el investigador de la Unidad de Procesos Biotecnológicos de IMDEA Energía defenderá su Tesis Doctoral.

    Título: Integración de enzimas lacasas en el proceso de producción de etanol de lignocelulosa: efecto sobre la hidrólisis enzimática y la fermentación

    Doctorando/a: Alfredo Oliva Taravilla

    Director/es: Dra. Elia Tomás                            

    Co-director/es: Dra. Marie Demuez

    Tutor/es: Dra. Maria José Valderrama (UCM)

    Lugar: Universidad Complutense de Madrid, Sala de Grados de la Facultad de Ciencias Biológicas

    Fecha: 1 Julio 2016

    Hora: 10:ooh

    “EFICIENCIA ENERGÉTICA: LA ASIGNATURA PENDIENTE EN UN SISTEMA ENERGETICO SOSTENIBLE” Aranjuez, 4 a 8 de julio 2016

    Mar, 06/07/2016 - 05:52

    Dentro de apenas 1 mes se celebrará, el curso de verano de la Universidad Rey Juan Carlos sobre Eficiencia Energética, dirigido por el profesor D. Guillermo Calleja Pardo, Catedrático de Ingeniería Química y en el que participaran ponentes relevantes del sector científico-tecnológico, del sector productivo y de la administración, que aportarán su visión y expectativas en un tema de tanta trascendencia como éste.

    Autor: Alicia Carrero Fernández-Universidad Rey Juan Carlos

    Un sistema energético sostenible pasa necesariamente por el abastecimiento de energía limpia que cubra la demanda creciente, basada en las energías renovables y en el uso eficiente de la energía. La sustitución de combustibles fósiles por fuentes renovables de energía basadas en el uso de tecnologías limpias para la producción de electricidad y combustibles limpios como el hidrógeno, es algo en lo que se viene trabajando con intensidad, pues el objetivo claro y prioritario es la preservación del medio ambiente y la calidad de vida. Sin embargo, parece que hasta ahora se le viene prestando menor atención a otra parte clave en un sistema energético de calidad: la mejora de la eficiencia energética.

    En efecto, entre los retos energéticos planteados en el horizonte 2020, considerados como prioridad mundial, además de la diversificación de las fuentes de energía primaria con un fuerte impulso a las energías renovables, destaca el desarrollo de una política basada en medidas que fomenten la mejora de la eficiencia en el uso de la energía. La regulación normativa necesarias para acometer estos retos es también clave, y debe marcar la pauta de los desarrollos tecnológicos y su implantación en el mercado.

    El curso abordará los aspectos más destacados de la situación actual en la cuestión de la eficiencia energética, analizando los retos, las oportunidades y los beneficios esperados de una mejora en el uso eficiente de la energía. Se tratará en cada jornada un aspecto temático de especial interés, como es la eficiencia energética en la edificación, el alumbrado, el papel de las TICs (Tecnologías de la Información y la Comunicación), particularmente en las “Smart cities”, los sistemas de gestión energética y la regulación normativa del sector.

    Workshop: Biomass Resources For Renewable Energy Production

    Vie, 06/03/2016 - 09:16

    En estos días, 2-3 de Junio se está celebrando el Workshop sobre la utilización de los recursos biomásicos para la producción de energía renovable en el Instituto IMDEA Energy. Este Workshop engloba El RESTOENE-2 e INSPIRA-1 consorcios que están incluidos en el programa de actividades de I + D entre grupos de investigación en Tecnología de la Comunidad de Madrid.

    Autor: Felicia Sáez -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT

    Este foro pretende ser un encuentro entre los expertos en biomasa para la producción de energías renovables y dar a conocer las actividades de investigación llevadas a cabo dentro de los proyectos Restoene-2 e Inspira-1.

    El Consorcio RESTOENE-2 presenta una estrategia para la “Producción de biocombustibles limpios para el transporte a partir de biomasa lignocelulósica ” apoyado por el Ministerio español de Economía y Competitividad. Entre sus objetivos está la producción de biocombustibles limpios a partir de residuos agroforestales.

    El proyecto Inspira-1 tiene como objetivo el desarrollo tecnológico para optimizar la producción de biomasa a partir de bacterias Arthrospira (Spirulina). Desarrollando herramientas biotecnológicas que mejoren la producción de esta biomasa, para su uso directo como alimento humano y animal y lograr la plena utilización de estos compuestos en usos nutracéuticos, farmacéuticos y en energía.

    La contribución de Ciemat a este Workshop ha sido la presentación oral del trabajo realizado dentro del Proyecto RESTOEN2 titulado “ Xylooligosaccharides from cereal xylans produced by GH Family 10 and 11 xylanases and GH Family 43 and 51 arabinofuranosidase to obtain XOS prebiotic”. Asi mismo se ha presentado en la sesión de pósters el trabajo denominado “A first approach to the use of extracted olive oil pomace as raw material in a biorefinery”.

    Se adelanta la apertura de la Gigafactoría de Tesla a finales de Julio de este año

    Jue, 06/02/2016 - 10:07

    Autor: José Antonio Villajos Collado-Universidad Rey Juan Carlos

    En el año 2014 se hizo público que Tesla, el conocido fabricante de vehículos eléctricos de alta gama, pretendía crear la mayor factoría de baterías y vehículos eléctricos del mundo, bautizada como Gigafactory debido a los 35 GWh (1 GWh equivale a la energía que consumen 10.000.000 de bombillas de 100 W de potencia durante 1 h) de capacidad eléctrica que serán capaces de almacenar las baterías que salgan de su cadena de producción anualmente. La idea inicial era realizar la inauguración parcial para 2017, pero esta fecha se ha adelantado a este mismo verano: 29 de Julio de 2016.

    Lo sorprendente de la fábrica no es sólo su tamaño, superior al de cualquier fábrica existente de baterías de litio en la actualidad, sino que la misma será energéticamente autosuficiente, ya que el 100 % de la energía que utilice para su funcionamiento procederá de energías renovables, produciendo una nula huella de carbono. Para ello, el techo de la fábrica se encuentra totalmente recubierto de paneles solares fotovoltaicos con el apoyo de un parque de aerogeneradores cercanos a la instalación. Para poder financiar este ambicioso proyecto, ha sido además necesaria la participación con 1.400 M€ de Panasonic, de modo que la corporación japonesa se convierte en socia de este proyecto.

     

    Vista aérea del proyecto de la Gigafábrica de Tesla, donde se aprecia el recubrimiento del techo con paneles solares fotovoltaicos, y la presencia cercana de un parque de aerogeneradores.

    Aunque en un principio la fábrica arrancará destinada a la producción de las baterías para el hogar Powerwall, con una octava parte de la capacidad máxima de producción, se espera que para el año 2020 se alcance la completa operatividad, fabricando 500.000 coches eléctricos al año. Además, la misma factoría se encargará de la producción de las baterías necesarias, superando la fabricación mundial de celdas para baterías de ion litio que se alcanzó en el año 2013. Para ello se estima que serán necesarios 6.500 empleados, lo que ha hecho que varias ciudades de Europa (entre ellas las españolas Galicia y Valencia) se hayan ofrecido para albergar la nueva fábrica que Tesla quiere abrir en el viejo continente.

    En principio, la idea de Tesla con la Gigafábrica es la de aplicar las economías de escala para la reducción de costes de producción tanto del coche eléctrico, como de las baterías de litio con las que funcionan. De este modo, se espera reducir en un 30 % el coste unitario del kWh de almacenamiento de las baterías actuales, lo que repercutirá en el coste del vehículo. Así pues, se espera que el nuevo modelo de automóvil Tesla Model 3 que la compañía de Elon Musk comenzará a comercializar en el año 2017 se convierta en la berlina ejecutiva eléctrica más barata del mundo, con un precio estimado en 35.000 $ (aproximadamente 26.000 €), y que contará con menor tamaño de sus baterías y una menor autonomía que sus predecesores de marca  (350 km, por recarga, por debajo de los 500 km de otros modelos de Tesla). Aun así, una semana después del inicio de aceptación de reservas, Tesla ya había recibido peticiones para más de  325.000 vehículos, lo que supone ventas por valor de más de 14.000 M$ (aproximadamente 11.000 M€), convirtiéndose en el record de ventas alcanzadas en una semana de cualquier producto en su lanzamiento. Que estas cifras se hayan alcanzado a pesar de no haberse realizado campañas de promoción de producto, como suele ser habitual en los éxitos de lanzamiento, da una idea de la imagen de marca que posee esta compañía y del interés del público por el vehículo eléctrico y la sostenibilidad medioambiental.

    Tesla Model 3.

    Fuente: Teslamotors

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

    Vie, 05/27/2016 - 06:48

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

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

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

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

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

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

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

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

     

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

    Vie, 05/20/2016 - 05:42

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

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

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

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

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

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

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

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

     

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

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

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

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

    Jue, 05/19/2016 - 04:55

    Autor: Manuel Montiel. Universidad Autónoma de Madrid

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

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

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

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

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

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

     

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

    Bibliografía

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

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

     

    Curso de verano en Santander

    Vie, 05/13/2016 - 10:06

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

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

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

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

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

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

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

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

    Vie, 05/13/2016 - 04:23

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

    Autor: Juan M. Coronado-Instituto IMDEA Energía

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

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

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

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

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

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

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

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

    Referencias

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

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

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

    Mié, 05/11/2016 - 04:44

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

     

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

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

    ¿Groucho Marx tenía razón? Plantas termosolares de menor dimensión

    Lun, 05/09/2016 - 03:48

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

     Autora: Elena Díaz-Instituto IMDEA Energía

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

     

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Más información:

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

    Alemania pone en marcha las ayudas a los vehículos eléctricos

    Jue, 05/05/2016 - 04:24

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

    Publicado el 02/05/2016

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

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

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

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

    Volkswagen e-Golf y e-Up!

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

    Lo comparamos con el plan MOVEA español

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

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

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

    La necesidad de las ayudas

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

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

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

     

    Fusión nuclear: situación del proyecto ITER

    Mar, 05/03/2016 - 06:26

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

    Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos

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

    Objetivos

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

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

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

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

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

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

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

    4) Probar la producción in situ de tritio

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

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

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

    Fases del proyecto

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

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

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

    ¿Y después del ITER?

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

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

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

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

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

    Construcción del ITER

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

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

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

    ¿Retrasos en el proyecto?

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

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    Instituto Chileno de Permacultura