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Energia y Sostenibilidad

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    Actualizado: hace 2 horas 57 mins

    Sistema de almacenamiento térmico en material granular bajo la novedosa configuración de lecho confinado

    Vie, 11/25/2022 - 08:03

    Autores: Fernando Hernández Jiménez, Antonio Soria Verdugo, Eduardo Cano Pleite y Luis Miguel García Gutiérrez, ISE-UC3M

    Resumen: Los sistemas de almacenamiento térmico (TES) son fundamentales para el funcionamiento estable de centrales solares termoeléctricas. Entre las diferentes opciones de sistemas TES, los sistemas de almacenamiento de calor sensible destacan debido a la posibilidad de operación a alta temperatura, mejorando así la eficiencia de la conversión del ciclo de potencia. Los sistemas de almacenamiento de calor sensible de alta temperatura suelen emplear materiales de almacenamiento sólidos, destacando entre los mismos el material granular debido a su bajo coste. El uso de un material granular de almacenamiento requiere de la operación del sistema TES en condiciones de lecho fijo para maximizar la exergía del fluido a su salida, que corresponde a la entrada de la turbina del ciclo de potencia. Por consiguiente, se propone el empleo de una configuración novedosa basada en confinar mecánicamente el material granular para prevenir su fluidización y su consecuente mezclado, maximizando, independientemente de su velocidad, la exergía del fluido a la salida del sistema de almacenamiento durante un proceso de descarga.

    Abstract: Thermal storage systems (TES) are critical for the stable operation of solar thermal power plants. Among the different TES system options, sensitive heat storage systems stand out due to the possibility of high-temperature operation, thus improving the efficiency of power cycle conversion. High-temperature sensitive heat storage systems often employ solid storage materials, highlighting granular material due to its low cost. The use of a granular storage material requires the operation of the TES system under fixed bed conditions to maximize the exergy of the fluid at its outlet, which corresponds to the turbine input of the power cycle. Therefore, it is proposed to use a novel configuration based on mechanically confining the granular material to prevent its fluidization and consequent mixing, maximizing, regardless of its speed, the exergy of the fluid at the exit of the storage system during a discharge process.

    El aumento de población, especialmente en zonas urbanas, junto con el aumento de la calidad de vida, han inducido un considerable incremento del consumo energético en las últimas décadas. En los países desarrollados, la mayor parte del consumo de energía primaria está aún basado en combustibles fósiles, con una contribución notable de la energía nuclear en la producción de electricidad, con el consiguiente daño al medio ambiente. En la actualidad existe una gran concienciación social con la protección del medio ambiente y la mitigación del cambio climático, fruto de la cual la mayoría de los países industrializados han firmado varios acuerdos relativos a la reducción de emisiones contaminantes y al uso de fuentes de energía renovables. Entre las diferentes energías renovables disponibles para la generación de electricidad a gran escala, la energía solar termoeléctrica tiene un gran potencial, especialmente en lugares con un recurso solar abundante como España.

    La producción de electricidad en centrales solares termoeléctricas requiere de la concentración de la irradiación solar mediante reflectores para generar un foco térmico en plantas de energía solar concentrada (CSP). Sin embargo, el carácter inherentemente no estacionario de la radiación solar complica su funcionamiento, de modo que parte de la energía térmica obtenida de la radiación solar debe almacenarse para permitir un funcionamiento uniforme del ciclo de potencia a plena carga, es decir, en sus condiciones óptimas de trabajo. El almacenamiento de energía térmica (TES) permite la operación estable del ciclo de potencia mientras se carga el sistema de almacenamiento en las horas centrales del día, cuando la radiación solar es abundante. Asimismo, la energía almacenada puede emplearse cuando la radiación solar se reduce al caer el Sol, para continuar operando el ciclo de potencia a plena carga hasta agotar la energía del sistema TES. Teniendo esto en cuenta, el sistema de almacenamiento de energía térmica es un subsistema crucial de la planta, que contribuye a aumentar la disponibilidad y la eficiencia en la conversión de las plantas solares termoeléctricas.

    Los sistemas de almacenamiento de energía térmica pueden clasificarse en función de la forma de almacenamiento en: i) sistemas de almacenamiento de calor sensible, ii) sistemas de almacenamiento de calor latente y iii) sistemas de almacenamiento termoquímicos. El almacenamiento de calor sensible consiste en almacenar energía en forma de un aumento de temperatura en una sustancia, mientras que el sistema de almacenamiento de calor latente aprovecha la energía de cambio de fase del material de almacenamiento. En contraste, los sistemas termoquímicos almacenan energía por medio de una reacción química reversible, que es endotérmica en una dirección y exotérmica en la dirección contraria. Entre las diferentes alternativas para los sistemas TES, el almacenamiento de calor sensible es la más madura y, por lo tanto, la tecnología más utilizada a gran escala. Los materiales utilizados en los sistemas de almacenamiento de calor sensible pueden ser líquidos o sólidos. Entre los líquidos, las sales fundidas son ampliamente utilizadas para almacenar calor sensible debido a sus propiedades favorables de transferencia de calor. No obstante, el uso de sales fundidas también tiene algunos inconvenientes, como la limitación de la temperatura máxima de operación debido a la descomposición de las sales fundidas a alta temperatura. Con respecto a los sólidos como material base para el almacenamiento de calor sensible, la temperatura de funcionamiento puede elevarse hasta las temperaturas empleadas típicamente en ciclos de gas, lo que es beneficioso para el rendimiento del ciclo de potencia al que está conectada la salida del sistema TES. Entre las distintas alternativas de materiales sólidos empleados en sistemas TES, los materiales granulares como arena o rocas son ampliamente empleados debido a su bajo coste. Además, la alta temperatura alcanzable por los sistemas TES de calor sensible que utilizan sólidos como material de almacenamiento térmico permite el uso de fluidos de trabajo como el aire o el CO2 supercrítico, para los que se pueden diseñar ciclos de potencia mejorados, pudiendo conseguir así una mayor eficiencia de conversión.

    Dependiendo del tamaño del material granular sólido del sistema TES y de la velocidad del fluido de trabajo, se pueden dar varias configuraciones de operación. Para velocidades del fluido (U) inferiores a la velocidad de mínima fluidización (Umf) del material granular, el fluido percolará entre los sólidos en los procesos de carga y descarga, permaneciendo los sólidos estáticos en el proceso. Por lo tanto, los procesos de carga y descarga en este caso se producirán secuencialmente, contando con un alto grado de segregación térmica en el sistema TES, que contará con una zona de temperatura alta (TA) y otra de baja (TB) separados por una termoclina que se desplaza y crece a medida que el proceso de carga o descarga progresa, como puede verse en la Figura 1. Sin embargo, velocidades del fluido por encima de la velocidad de mínima fluidización producen la fluidización de los sólidos, generándose burbujas de fluido en el interior del lecho que contribuyen a producir altas tasas de mezclado de los sólidos que ocasionan la homogeneización de la temperatura en todo el sistema. Por lo tanto, la temperatura del sistema TES presentará un valor intermedio (Ti) entre la temperatura alta y la baja, tal como se observa en la Figura 1. Un trabajo previo realizado mediante simulaciones CFD del proceso de descarga de un sistema TES con material granular y empleando CO2 supercrítico como fluido de trabajo [1] demostró que, para aplicaciones de recuperación de energía de un sistema TES, la configuración de lecho fijo es más ventajosa que el régimen de lecho fluidizado, desde un punto de vista exergético, para maximizar la eficiencia del ciclo termodinámico y, por lo tanto, también la eficiencia global de la planta de energía solar. Sin embargo, el régimen de lecho fijo limita la velocidad del fluido por debajo de la velocidad de mínima fluidización de las partículas sólidas que conforman el material granular, limitando de este modo el gasto másico de fluido. Por lo tanto, se propone un diseño novedoso para operar el lecho de partículas sólidas en un régimen de lecho fijo incluso a altas velocidades del fluido. La solución propuesta consiste en confinar el material granular mecánicamente entre dos distribuidores que permiten la circulación del fluido evitando el movimiento de los sólidos, la fluidización de las partículas y por tanto el mezclado característico de los lechos fluidizados. De este modo, el lecho confinado podría operar a alta velocidad con segregación térmica en el interior del lecho, contando con la zona de alta y baja temperatura separadas por la termoclina, tal como se observa en la Figura 1, lo que permitiría maximizar la exergía del fluido de trabajo a la salida del sistema TES.


    Figura 1: Configuraciones de funcionamiento del sistema TES basado en material granular.

    La novedosa configuración del lecho confinado maximiza la exergía del fluido que circula desde la salida del sistema TES al ciclo de potencia. No obstante, el uso de dos distribuidores y la alta velocidad del fluido percolando entre el material sólido confinado pueden resultar en excesivas pérdidas de carga. Es por ello que el sistema de lecho confinado se ha optimizado combinando un análisis exergético del sistema con aspectos económicos mediante modelos analíticos. El modelo presenta la configuración óptima en base a la velocidad del fluido, el tamaño de partícula del material granular, el tiempo de descarga del sistema de almacenamiento y las dimensiones del sistema TES [2]. Un modelo a escala laboratorio del lecho confinado se ha construido en la Universidad Carlos III de Madrid, donde se ensayará el proceso de descarga del sistema TES basado en material granular confinado, comparándose los resultados con modelos analíticos de la evolución de la termoclina. La Figura 2 muestra un esquema de la instalación y de la estimación de la distribución de temperatura en el sistema TES obtenida del modelo analítico. El aporte térmico del sistema experimental para la carga del mismo se llevará a cabo por medio de resistencias cerámicas controladas mediante un sistema PID. El confinamiento del sistema se realiza mecánicamente mediante un segundo distribuidor de aire situado en la parte superior del sistema. El proceso de descarga tendrá lugar introduciendo aire a temperatura ambiente en dirección ascendente una vez el lecho confinado se encuentra a la temperatura deseada. Un total de 20 termopares situados en el lecho confinado distribuidos a lo largo de la altura del mismo, con una distancia de 5 cm entre ellos, permiten caracterizar la evolución de la termoclina durante el proceso de descarga. Además, permiten monitorizar la temperatura del fluido a la entrada y salida del sistema TES, midiendo también el flujo de aire suministrado y la pérdida de carga del mismo.


    Figura 2: Sistema experimental de lecho confinado y estimación del modelo analítico para un caso concreto.

    Referencias

    [1] Exergy recovery from solar heated particles to supercritical CO2, F. Hernández-Jiménez, A. Soria-Verdugo, A. Acosta-Iborra, D. Santana. Applied Thermal Engineering, Volume 146, 2019, Pages 469-481,

    [2] Thermo-economic optimization of a novel confined thermal energy storage system based on granular material. E: Cano_Pleite, F. Hernández-Jiménez, L.M. Garcia-Gutierrez, A. Soria-Verdugo. Submitted to Applied Thermal Engineering.

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    Fernando Hernández Jiménez, investigador del grupo UC3M-ISE del programa ACES2030-CM
    Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía.

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    Propuesta de un receptor solar para gases presurizados y fluidos supercríticos

    Mar, 11/15/2022 - 06:05

    Autora: María José Montes (UNED)

    Resumen: Este trabajo presenta un diseño novedoso de receptor solar central en microcanales, para gases presurizados y fluidos supercríticos, que combina dos conceptos: en primer lugar, la configuración de los paneles absorbedores, que es radial y convergente en el eje de la torre; en segundo lugar, la estructura compacta presenta una compacidad gradual, disminuyendo el diámetro hidráulico conforme el fluido se calienta.

    Abstract: This work presents a novel microchannel central solar receiver design for pressurised gases and supercritical fluids, which combines two concepts: firstly, the arrangement of the absorber panels, which is radial and converging on the tower axis; secondly, the compact structure presents a gradual compactness with a decreasing hydraulic diameter as the fluid is heated.

    El programa Gen3 para plantas termosolares [1] identifica tres tecnologías de receptor central, todas ellas acopladas a un ciclo de potencia de CO2 supercrítico (SCO2), que tienen el objetivo común de aumentar el rendimiento global de la instalación, disminuyendo el coste de la electricidad producida. Dependiendo del tipo de fluido térmico en el receptor, se distinguen tres líneas de investigación: sales fundidas, partículas y gases. Este trabajo se centra precisamente en la última línea, proponiendo un nuevo diseño de receptor solar en microcanales, para gases presurizados y fluidos supercríticos [2].

    El nuevo diseño de receptor que se propone está basado en dos conceptos. En primer lugar, los paneles absorbedores adoptan una configuración radial, convergiendo en el eje de la torre. Esta configuración, conocida como STAR (Solar Thermal Advanced Receiver) ya ha sido propuesta para receptores tubulares [3]; la novedad de este diseño radica en que, en este caso, los paneles son estructuras compactas, que soportan mejor los altos flujos de radiación sin deformaciones. En segundo lugar, la estructura de cada panel absorbedor presenta una compacidad gradual, reduciéndose el diámetro hidráulico en cada paso respecto al paso anterior, según el fluido se va calentado. En la figura 1 se muestra un esquema del diseño de receptor propuesto.

    La configuración radial presenta tres características que la hacen particularmente adecuada para gases y fluidos supercríticos. La primera característica es la reducción de las pérdidas térmicas al exterior en comparación con un receptor externo convencional, al reducirse el factor de visión gracias a la pseudo-cavidad prismática formada entre dos paneles convergentes adyacentes; esta reducción es muy interesante si además se tiene en cuenta que la temperatura de trabajo es elevada (700 ºC – 1000 ºC), como es habitual cuando se trabaja con gases, ya que no presentan restricciones en lo que a temperatura máxima se refiere. La segunda característica hace referencia a que la configuración radial permite que la radiación solar incida sobre ambas superficies expuestas del panel absorbedor, reduciendo el gradiente térmico a través del espesor del panel; esta disminución es importante, ya que el material empleado para la estructura compacta es un acero de conductividad térmica limitada (alrededor de 20 W/m/ºC), lo que provoca que la diferencia de temperatura entre filas de canales paralelos sea elevada. Por último, la tercera característica es el aumento de la superficie expuesta a la radiación solar en la configuración radial, comparada con un receptor externo convencional con la misma altura de panel y el mismo diámetro de torre; este aumento es necesario si se trabaja con gases y fluidos supercríticos, ya que aumenta la superficie de intercambio de calor, solventando en parte las características térmicas limitadas de estos fluidos.


    Figura 1. Esquema del receptor solar central en microcanales analizado en este trabajo.

    Respecto a la compacidad gradual, lo que permite es mejorar la transmisión de calor de los paneles absorbedores en aquellas zonas en las que está más comprometida la refrigeración adecuada del panel, bien porque el flujo de radiación solar concentrada sea mayor, bien porque las características térmicas del fluido empeoren al irse calentando. En concreto, en la figura 1, el receptor está formado por 6 paneles absorbedores convergentes. Cada panel absorbedor presenta dos pasos, y el fluido entra por la parte inferior del panel y próxima al diámetro de la torre; recorre el primer paso en dirección vertical, invierte el sentido para recorrer verticalmente el segundo paso, y salir por la parte inferior próxima al eje de la torre. Como se observa en esa misma figura 1, el segundo paso presenta más compacidad (canales más estrechos) que el primer paso, lo que permite aumentar la turbulencia y mejorar la transmisión de calor en el segundo paso, que es precisamente el que está sometido a un mayor flujo de radiación solar y está refrigerado por un fluido a mayor temperatura que en el primer paso. Al realizarse esta disminución del diámetro en sólo uno de los pasos, la pérdida de presión asociada es comparativamente menor que si esta reducción afectase a los dos pasos.

    Referencias

    [1] Mehos, M. et al., 2017. Concentrating Solar Power Gen3 Demonstration Roadmap (No. NREL/TP–5500-67464, 1338899). https://doi.org/10.2172/1338899

    [2] Ho, C.K. et al., 2014. United States Patent Application 14535100, Bladed Solar Thermal Receivers for Concentrating Solar Power, Sandia Corporation.

    [3] Montes, M.J. et al., 2021, Receptor solar constituido por paneles absorbedores basados en estructuras compactas. Spanish Patent Application No. 202131189.

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    María José Montes, Investigadora principal del grupo UNED-STEM del programa ACES2030-CMmjmontes@ind.uned.es

    Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía.

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    Sinergia entre fotocatálisis y química de flujo: fácil y rápida preparación de derivados de α-aminoamidas

    Mar, 11/08/2022 - 12:35

    Autores: Ricardo I. Rodríguez, Marina Sicignano, Montaña J. García, Rodrigo G. Enríquez, Silvia Cabrera y José Alemán

    Resumen: los aminoácidos y las aminoamidas son estructuras que tienen una gran importancia desde el punto de vista biológico, y también desde el sintético. En este trabajo, los autores muestran su preparación mediante fotoquímica de flujo, lo que provee una nueva metodología muy eficiente, ya que utiliza la luz como método alternativo para su síntesis. Adicionalmente, la reacción es extremadamente eficiente, y en tan solo 5 minutos, se pueden obtener un gran número de aminoamidas con gran pureza, y una gran variedad estructural.

    Abstract: Aminoacids and aminoamides are reiterative molecular subunits in transcendental molecules, which contain attractive functionalities for (bio)synthetic purposes. Herein, their preparation by harnessing flow photocatalysis is described, which provides significant improvements over other catalytic methods in terms of efficiency while outperforming an analogous batch setup. A reaction time of five minutes, operational simplicity and absence of purification steps for the isolation of final products evidence an enhanced performance.

    Se ha desarrollado una nueva metodología para la generación de derivados de α-aminoamidas de una forma rápida, eficaz y respetuosa con el medio ambiente mediante la aplicación de química de flujo bajo condiciones fotocatalíticas.

    Hoy en día, el desarrollo de nuevas metodologías que nos permitan sintetizar productos de una forma eficaz, con altos rendimientos, en gran escala y en tiempos cortos de reacción es un área de gran interés debido a los grandes beneficios que supondrán dichos métodos a nivel industrial. Además, con el fin de establecer procesos más respetuosos con el medio ambiente, es deseable emplear disolventes “verdes”, es decir, menos tóxicos y más seguros, y el uso de catalizadores que no contengan metales. Como solución a algunos de estos problemas, una de las ramas de la catálisis que se está desarrollando en los últimos años es la fotocatálisis, que utiliza la luz como fuente de energía. Sin embargo, esta área presenta como inconveniente principal la poca escalabilidad de los procesos fotoquímicos. Es ahí cuando surge la idea de combinar la fotocatálisis y química de flujo, ya que esta última puede mejorar sustancialmente las reacciones fotocatalíticas. Teniendo en cuenta todas estas cuestiones, recientemente hemos desarrollado una nueva metodología, en la cual, la generación de dos radicales (centrados en N y en C, respectivamente) mediante un proceso TTET (Triplet Triplet Energy Transfer) bajo condiciones de flujo fotocatalíticas, ha permitido el desarrollo de una gran librería de compuestos con elevado interés biológico como son los derivados de α-aminoamidas en tan solo 5 minutos de reacción.

    Tradicionalmente, las rutas sintéticas descritas en la bibliografía para la obtención de α-aminoamidas requerían del uso de reactivos peligrosos o poco efectivos que además generaban, productos secundarios no deseados, por lo que las purificaciones eran complejas y las reacciones no se podían escalar. Un enfoque basado en la fotocatálisis nos ha permitido realizar de manera directa la obtención de estos compuestos de manera versátil y novedosa. En este trabajo, hemos podido solventar todos los problemas sintéticos que existían previamente en la síntesis de α-aminoamidas a través de la sinergia de la fotocatálisis y química de flujo. Los ésteres de oxima, tras su fotosensibilización mediante TTET y posterior extrusión de CO2, generan un radical alquílico centrado en C y un radical iminio centrado en N los cuales interaccionan regioselectivamente con el doble enlace de la carboxamida. Además, un gran avance es la reducción de los tiempos de reacción, de 16 horas a 5 minutos gracias a la sinergia de ambas metodologías. El uso de un disolvente orgánico considerado respetuoso con el medioambiente, la reducida generación de residuos y la elevada economía atómica hacen que esta metodología pueda ser considerada como sostenible. Además, este método puede ser aplicado en presencia de múltiples grupos funcionales, permite la introducción de nuevos grupos funcionales en la molécula y la derivatización de moléculas bioactivas. Finalmente, y gracias a las ventajas de la química de flujo, se ha desarrollado un sistema en línea donde es posible aislar el compuesto final en forma de sal sin necesidad de purificación. Esto hace que nuestro método sea considerado como versátil, eficaz y verde. Por último, hemos propuesto un mecanismo en base a experimentos realizados y apoyado en otros procesos descritos en la literatura.

    En definitiva, los autores han desarrollado una nueva aproximación sintética, donde los ésteres de oxima ha supuesto un gran avance, permitiendo la bifuncionalización de dobles enlaces provenientes de carboxamidas insaturadas. Así, han establecido una metodología que presenta una gran versatilidad y tolerancia a diferentes grupos funcionales, lo que nos ha permitido extender el protocolo en moléculas que presentan amidas, cetonas, ésteres, derivados heteroaromáticos, etc. Los derivados de las aminoamidas pueden ser, a su vez, sintetizados, hidrolizados y purificados en una sola operación gracias a la aplicación de la fotocatálisis en flujo, aislándolos con excelentes rendimientos y gran pureza.

    Referencia bibliográfica:

    R. I. Rodríguez, M. Sicignano, M. J. García, R G. Enríquez, S. Cabrera y J. Alemán. Taming photocatalysis in flow: easy and speedy preparation of α-aminoamide derivatives. Green Chem., 2022, 24, 6613.

    Contacto

    José Alemán, Responsable del Grupo FRONCAT e Investigador responsable del Grupo FRUAM del Programa FotoArt-CM – jose.aleman@uam.eswww.uam.es/jose.aleman
    Coordina FotoArt-CM: Víctor A. de la Peña O´Shea, Instituto IMDEA Energía.

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    “Liberando” el momento orbital de átomos de Co en superficie mediante coordinación organometálica

    Mar, 10/18/2022 - 06:15

    Autor: José Ignacio Martínez, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)

    Aunque los átomos de metales de transición aislados presentan momentos magnéticos orbitales altos, cuando se colocan en sólidos, el entorno cristalino conduce a su extinción parcial o total. Un momento orbital “quencheado” se asocia con una anisotropía magnética baja que reduce la estabilidad magnética del nanomaterial. Una posible ruta para “liberar” el momento orbital es la reducción del número de coordinación en sistemas de baja dimensionalidad. Investigadores liderados por el Dr. David Écija (IMDEA Nanociencia) y el Dr. Carlos Martí-Gastaldo (ICMol) han diseñado una red orgánica de cobalto preparada mediante síntesis en superficie sobre un sustrato de Au(111), que manifiesta un alto momento magnético orbital sin precedentes.

    Figura 1. (Izquierda) Imagen STM de la red Co-HOTP sobre Au(111). (Derecha) Estado fundamental más favorable en configuración antiferromagnética con espín en el plano mediante simulaciones teóricas.

    Las estructuras organometálicas son sistemas con una gran versatilidad, lo que las convierte en candidatas ideales para diseñar a-la-carta las propiedades fundamentales de los materiales. Cuando estos sistemas se preparan en superficies, pueden surgir nuevas propiedades cuánticas debido a su baja dimensionalidad: con espesores incluso de un átomo. En el caso de las estructuras 2D de metales de transición, la reducción del número de coordinación en una superficie puede conducir a la relajación del momento orbital y al consiguiente aumento de la anisotropía magnética. Una alta anisotropía magnética es esencial para el desarrollo de aplicaciones magnéticas como almacenamiento de datos y dispositivos espintrónicos. Además, en el caso de redes preparadas con moléculas conjugadas π-d, se produce un aumento del acoplamiento entre los átomos metálicos que puede dar lugar a estados fundamentales antiferromagnéticos. Los materiales antiferromagnéticos presentan algunas ventajas para aplicaciones prácticas en comparación con los materiales ferromagnéticos, como una mayor robustez y una dinámica más rápida. En un estudio reciente publicado en la prestigiosa revista Journal of American Chemical Society [JACS 2022, 144(35), 16034-16041] se recogen los principales resultados obtenidos sobre la síntesis y la caracterización de una novedosa red metalorgánica 2D que consta de moléculas de 2,3,6,7,10,11-hexahidroxitrifenileno (H6HOTP) coordinadas con átomos de cobalto en una superficie Au(111) tras la activación de los grupos funcionales hidroxilo. Los experimentos de microscopía túnel (STM) revelan una nanoarquitectura sin precedentes, muy distinta de la observada en química en disolución. Los cálculos teóricos revelan que el sistema tiene un estado fundamental antiferromagnético. Los experimentos de espectroscopia de absorción de rayos X (XAS) y dicroísmo magnético circular de rayos X (XMCD) realizados en la línea de luz BOREAS del sincrotrón ALBA demuestran que la red Co-HOTP presenta un gran momento orbital no extinguido y una alta anisotropía magnética. Por otro lado, las curvas de magnetización son compatibles con el antiferromagnetismo, tal como lo predicen los cálculos teóricos. Estos resultados abren nuevas vías para el desarrollo de sistemas antiferromagnéticos de baja dimensionalidad con potencial aplicación en espintrónica y dispositivos de memoria. Este trabajo es una colaboración entre investigadores de IMDEA Nanociencia, ICMol, ALBA Synchrotron (BOREAS beamline), ICMM-CSIC y la Freie Universität Berlin, liderado por el Dr. David Écija y el Dr. Carlos Martí-Gastaldo.

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    José Ignacio Martínez, Investigador del grupo ESISNA del programa FotoArt-CM.
    Coordina FotoArt-CM: Víctor A. de la Peña O´Shea, Instituto IMDEA Energía.

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    Estudios de degradación térmica de ácidos grasos como parte de la metodología para la validación de PCMs para almacenamiento térmico

    Mar, 10/11/2022 - 05:18

    Autora: Rocío Bayón, CIEMAT

     

     

    Para que un determinado material sea considerado como medio de almacenamiento, no sólo debe tener unas propiedades termofísicas adecuadas en el rango de temperaturas de la aplicación, sino que, además, dichas propiedades no tendrían que variar de forma significativa a lo largo de la vida de servicio del sistema. Por tanto, la estabilidad a largo plazo de los medios de almacenamiento térmico es una cuestión prioritaria que debería ser analizada en profundidad a la hora de desarrollar cualquier tipo de sistema de almacenamiento pues de ella depende que dicho sistema funcione de forma adecuada a lo largo de su vida útil y por lo tanto sea viable desde el punto de vista técnico y económico. Sin embargo y a pesar de la gran cantidad de potenciales aplicaciones, la implantación comercial de los sistemas de almacenamiento en calor latente es difícil debido a la falta de PCMs validados, pues a día de hoy no se cuenta con una metodología que permita asegurar su funcionamiento óptimo durante toda la vida útil de dichos sistemas. En este contexto, en la Unidad de Almacenamiento Térmico del CIEMAT surge la iniciativa de desarrollar una metodología que permita la validación de medios de almacenamiento, centrando la atención en los PCMs. De hecho, el desarrollo de esta metodología es una de las actividades que se han venido llevando a cabo por parte de esta Unidad dentro del Proyecto ACES2030.

    Así, en la reciente edición del Congreso Eurosun22 que tuvo lugar en la ciudad alemana de Kassel a finales de septiembre (https://www.eurosun2022.org/), la Unidad de Almacenamiento Térmico del CIEMAT presentó dos posters con sus correspondientes artículos donde se presentan resultados relacionados con el desarrollo y la implementación de dicha metodología. En concreto ambos muestran los resultados de los estudios de degradación de distintos ácidos grasos teniendo en cuenta que la evaporación es uno de los principales mecanismos responsables de dicha degradación. En uno de ellos (Kinetic Analysis Of TGA Measurements When Evaporation Is A Degradation Process In PCM) se presenta de forma más detallada cómo abordar el análisis cinético de las medidas de termogravimetría (TGA) cuando la evaporación es uno de los procesos de degradación más importantes o incluso el predominante, cuando un PCM se encuentra en estado líquido y sometido a temperaturas muy superiores a su punto de fusión. En el caso del otro poster (Study of Thermal Degradation of Adipic Acid as PCM Under Stress Conditions: A Kinetic Analysis), se presentan estudios de degradación del ácido adípico que en principio es un PCM con un gran potencial de aplicaciones pues tiene una temperatura de cambio de fase en torno a los 150 ºC y una entalpía de 240 kJ/kg, pero que, sin embargo, sufre una evaporación importante a temperaturas muy cercanas a su punto de fusión.

    Del primer trabajo se puede concluir que las condiciones de experimentales de las medidas TGA, tales como dimensiones del crisol y caudal de gas de purga, influyen de forma notable en los resultados de los cálculos cinéticos obtenidos a partir de dichas medidas, sobre todo cuando la evaporación es un proceso de degradación importante o predominante. Por tanto, el análisis cinético debe hacerse teniendo en cuenta dicha evaporación porque si no la extrapolación del comportamiento del PCM a largo plazo puede conducir a resultados y conclusiones erróneos (Figura 1-izquierda).

    En el segundo trabajo, la degradación del ácido adípico no solo se estudió mediante TGA sino también haciendo ensayos isotermos dentro de un horno tubular con el fin de tener unas condiciones experimentales más parecidas a las condiciones reales de servicio de un PCM. Ambos tipos de ensayos se analizaron teniendo en cuenta que la evaporación es el principal mecanismo de degradación cuando este PCM está fundido. De los resultados obtenidos en ambos casos se puede concluir que el ácido adípico se evapora rápidamente tras el proceso de fusión y por tanto no es viable su utilización como PCM, al menos en sistemas de almacenamiento que no sean herméticos (Figura 1-derecha).

    Figura 1. Velocidad de evaporación del ácido adípico: comparación de las curvas TGA para distintas velocidades de calentamiento con la curva de velocidad calculada teóricamente (izquierda). Predicción de la pérdida de masa de ácido adípico a lo largo de un año cuando permanece fundido a temperatura constante (Tfus+8 ºC +18 ºC and +23 ºC) (derecha).

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    Rocío Bayón, Investigadora del grupo CIEMAT-ATYCOS del Programa ACES2030-CM
    Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía

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    Una nueva ayuda de 5.200 millones de euros es aprobada por la Comisión Europea para impulsar el uso del hidrógeno: Hy2Use, otro gran paso hacia una transición energética limpia

    Lun, 10/03/2022 - 07:45

    Autores: Alejandro Pérez, María Orfila, María Linares, Raúl Molina, Raúl Sanz, Javier Marugán, Juan Ángel Botas
    Grupo de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad Rey Juan Carlos
    C/ Tulipán, s/n, 28933, Móstoles, Madrid

    En la actualidad, está en boca de todos el constante aumento del precio de la electricidad y de los combustibles convencionales, así como la incertidumbre asociada al suministro de gas natural por la dependencia geopolítica de este recurso. Todo esto se traduce en una situación de crisis energética que nos afecta a todos. Pero no hay que pensar sólo en la componente económica, también estamos viviendo y sufriendo los efectos medioambientales asociados al uso de recursos energéticos fósiles, siendo un ejemplo claro de estas consecuencias la subida de la temperatura media del Océano Atlántico que hace que se formen tormentas tropicales en zonas diferentes a las habituales, además de estar experimentando otra serie de fenómenos naturales poco usuales o adelantados con respecto a su periodo estacional habitual.

    Parece evidente que esta situación crítica deriva del sistema energético propuesto en las últimas décadas. Por este motivo, se ha producido un importante cambio de rumbo en los últimos años y ya los Estados Miembros de la Unión Europea firmaron un acuerdo en 2018 por el que se comprometieron a que para el año 2030 el 32 % de la energía final consumida fuera de origen renovable. Esto implica duplicar el uso de fuentes de energía renovables, lo que resultaría “sencillo” si se pone el foco en la generación de electricidad, pero ¿qué ocurre con el sector del transporte o las aplicaciones térmicas? En estos casos la electrificación renovable es complicada en el corto y medio plazo por lo que hay que pensar en otras alternativas, y es aquí donde toma gran fuerza e importancia el uso de hidrógeno como vector energético. Su poder calorífico es muy elevado: 1 kg de hidrógeno equivale aproximadamente a 3 kg de gasolina o diésel, o a 2,6 kg de gas natural. Además, cuando éste se quema produce agua como único producto de combustión, que podría ser almacenada y reutilizada para la obtención de más hidrógeno. Entonces, ¿por qué no se está usando ya?

    Uno de los principales problemas es la forma de producirlo. Tal y como se aprecia en la Figura 1 la obtención de hidrógeno puede ser muy variada, empleando combustibles fósiles, energía nuclear, o fuentes renovables. Sin embargo, para cumplir los objetivos fijados para el año 2030, e incluso para 2050, es necesario aumentar la cantidad de hidrógeno que se obtiene a partir de fuentes renovables, por lo que se precisan nuevos avances tecnológicos en esta línea de producción.

    Además, su almacenamiento y transporte resulta difícil debido a su baja densidad. Esto hace que otro aspecto fundamental para la incorporación del hidrógeno al sistema energético sea el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento, o mejora de las prestaciones de los actuales, así como una gran inversión en las infraestructuras correspondientes.

    Figura 1. Diferentes fuentes de obtención del hidrógeno utilizadas en la actualidad

    Debido a esto, el hidrógeno ha sido uno de los “Trending Topic” más destacados y comentados en los últimos meses pero, no resulta suficiente el estudio y desarrollo de procesos renovables para la producción hidrógeno, también es necesaria una gran inversión para la implementación de la tecnología necesaria para su uso con fines energéticos. Debido a esto, la Comisión Europea ha aprobado recientemente la financiación de la línea IPCEI “Hy2Use” para fomentar la investigación dirigida a la construcción de infraestructuras destinadas a la producción, almacenamiento y transporte de hidrógeno, así como su aplicación industrial con fines energéticos. Así, 13 Estados Miembros: Austria, Bélgica, Dinamarca, Eslovaquia, España, Finlandia, Francia, Grecia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal y Suecia (Figura 2) aportarán hasta 5.200 millones de euros en concepto de financiación pública. Con esto se prevé que haya otros 7.000 millones de euros adicionales en inversiones privadas, de forma que empresas relacionadas con actividades en los diferentes Estados Miembros participen en esta línea.

    Es importante destacar que existen grandes iniciativas privadas que apoyan la innovación puntera y la construcción de infraestructuras a gran escala. Sin embargo, la Unión Europea ha detectado que estas iniciativas no se ejecutan debido a los riesgos económicos que entrañan estos proyectos. Por este motivo, los IPCEI permitirán a los Estados Miembros superar las deficiencias que existen en la actualidad en el mercado. Al mismo tiempo, garantizarán que la economía de la Unión Europea se beneficie de las inversiones privadas, limitando las posibles distorsiones de la competencia. Por otro lado, con estos proyectos IPCEI la Comisión establece una ruta clara, con un objetivo común al apoyar una estrategia clave para el futuro de Europa. Además, se incentiva a las empresas para dar el salto y ejecutar la inversión.

    Con “Hy2Use” se fomentarán los siguientes aspectos del empleo del hidrógeno:

    1. Construcción de infraestructuras para la producción, almacenamiento y transporte de hidrógeno.
    2. Desarrollo de procesos sostenibles para la integración del hidrógeno en procesos industriales convencionales que favorezcan la descarbonización.

    De este modo, se espera que “Hy2Use” fomente el uso de este combustible limpio reduciendo la dependencia del gas natural y de los demás combustibles fósiles, aumentando la penetración de las energías renovables en todos los sectores y ayudando a realizar la cada vez más necesaria transición del sector energético hacia una economía neutra en carbono.

    Figura 2. Países involucrados y estructura global de Hy2Use [1]

    Bibliografía

    [1] Comunicado de prensa de la Comisión Europea del 21 de septiembre de 2022: Ayudas estatales (europa.eu)

    Contacto

    Juan Ángel Botas, Investigador Responsable del grupo URJC-SOLAR del Programa ACES2030-CM.
    Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía.

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    La tecnología de nanotubos revolucionará la manufactura

    Vie, 09/23/2022 - 04:15

    Autores: Juan José Vilatela García, Andrew Johnston. IMDEA Materiales

    Los avances en la tecnología de fibra de nanotubos de carbono (CNT) del Instituto de Investigación Avanzada de Madrid (IMDEA) formaran parte de una revolución en la manufactura en los próximos cinco años, con capacidad para conducir a una reducción masiva de las emisiones de CO2. Como paso en esta dirección, recientemente se ha publicado una nueva investigación en la prestigiosa revista Science Advances que detalla un desarrollo significativo en el campo de las fibras de ultra alto rendimiento.

    Los CNT se consideran el bloque de construcción definitivo para tales fibras, y las nanoestructuras multidimensionales propuestas por el equipo de IMDEA Materiales crearían un material de una resistencia y una conductividad térmica y eléctrica sin precedentes. La investigación, que fue el resultado de un esfuerzo internacional conjunto con investigadores de España, Estados Unidos y Corea del Sur, encontró que las nanoestructuras multidimensionales propuestas superarían muchos de los límites asociados con las fibras sintéticas convencionales. La tecnología CNT tiene una amplia gama de aplicaciones, incluidos los sectores de automoción, aeronáutica, telecomunicaciones y la transferencia de datos.

    Y lejos de ser simplemente teórico, el equipo de IMDEA confía en que el uso a gran escala de los CNT está a la vuelta de la esquina. Estamos muy cerca de la industrialización de esta nueva clase de materiales: ahora tenemos las moléculas correctas, los métodos correctos para ensamblarlas y la comprensión de cómo producir materiales que superan a las fibras de carbono tradicionales. Eso se refleja, no solo en el hecho de que son más fuertes y rígidos, sino que tienen conductividades eléctricas y térmicas muy altas, algo que las fibras de carbono realmente no tienen. Este material comenzará a reemplazar, no solo a las fibras de carbono estructurales, sino también a los metales.

    El trabajo en CNT ha sido un foco del grupo de investigación del grupo de IMDEA Materiales desde 2011, pero los avances más recientes se produjeron después de poder combinar ese conocimiento con nuevos materiales producidos en los países socios Corea y EE. UU. La adopción de la tecnología CNT también podría ser un elemento clave para combatir el aumento de los niveles de CO2 dado su potencial para reemplazar el cobre, el acero, el aluminio e incluso el hormigón, cuyos procesos productivos tienen asociadas emisiones de CO2 anuales por encima de los millones de toneladas.

    Referencias

    Dongju Lee, Seo Gyun Kim, Seungki Hong, Cristina Madrona, Yuna Oh, Min Park, Natsumi Komatsu, Lauren W. Taylor, Bongjin Chung, Jungwon Kim, Jun Yeon Hwang, Jaesang Yu, Dong Su Lee, Hyeon Su Jeong, Nam Ho You, Nam Dong Kim, Dae-Yoon Kim, Heon Sang Lee, Kun-Hong Lee, Junichiro Kono, Geoff Wehmeyer, Matteo Pasquali, Juan J. Vilatela, Seongwoo Ryu, Bon-Cheol Ku. – Ultrahigh strength, modulus, and conductivity of graphitic fibers by macromolecular coalescence. Science Sdvances 8 (16), 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abn0939

    Matteo Pasquali, Carl Mesters; Opinion: We can use carbon to decarbonize—and get hydrogen for free. Proceedings of the National Academy of Sciences 118(31):e2112089118    DOI: 10.1073/pnas.2112089118

    Contacto

    Juan José Vilatela, Responsable de Grupo de Nanocompuestos Multifuncionales de IMDEA Materiales e Investigador Responsable del grupo FIMDEAM del Programa FotoArt-CM.
    Coordina FotoArt-CM: Víctor A. de la Peña O´Shea, Instituto IMDEA Energía.

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    Escalabilidad de las hojas artificiales para transformación de CO2 y agua en gas de síntesis

    Vie, 09/09/2022 - 04:46

    Autor: Marcos Pita Martínez, Instituto de Catálisis y Petroleoquímica de Madrid, CSIC

    Desde hace varias décadas la investigación de nuevas formas de aprovechar la energía solar para conseguir nuevos combustibles ha crecido exponencialmente, siendo espoleada por la necesidad de reintroducir el dióxido de carbono en la economía circular y reducirlo para evitar el efecto invernadero de este gas. A pesar de la multitud de materiales propuestos y los avances que se han producido, un paso clave para llevar estos hallazgos a su aplicación práctica requiere del estudio de escalado y mejora de las prestaciones que se esperan de los dispositivos de trabajo que, si bien son prometedores desde el punto de vista experimental a nivel de laboratorio, pueden encontrar dificultades a la hora de su aplicación fuera del mismo. En este sentido, para mejorar las prestaciones que dan los muy conocidos fotocatalizadores como el vanadato de bismuto o las perovskitas de haluros, es necesaria su implementación en materiales más adecuados que los típicos de laboratorio.

    El grupo británico de la Universidad de Cambridge liderado por el austríaco Prof. Erwyn Reisner ha realizado avances significativos en esta dirección, al estudiar cómo adaptar sus fotocatalizadores usados sobre materiales de laboratorio y depositados sobre soportes de vidrio para poder funcionar sobre soportes más ligeros y flexibles, tanto que pudieran flotar sobre superficies acuosas naturales como ríos, lagos o puertos marítimos [1]. Esto lo han logrado substituyendo el soporte del material donde depositar las capas de sus fotoelectrodos sobre PET (polietilentereftalato), un plástico de múltiples usos industriales, y usar técnicas litográficas propias de la industria de fabricación de teléfonos móviles para añadir los fotoelectrodos. De esta manera se pueden diseñar celdas fotoelectroquímicas autónomas tan ligeras que flotan sobre el agua y son capaces de producir, a partir de CO2 y agua, una mezcla adecuada de H2 y CO para servir como gas de síntesis, manteniendo una actividad comparable a la de los materiales de laboratorio y capacidad de trabajo por gramo de material.

    La diversificación y el avance en el desarrollo de aplicaciones ya demostradas en el laboratorio es un paso necesario para cubrir las necesidades demandadas frente al cambio climático y el exceso de efecto invernadero causado por el dióxido de carbono, necesitando de la combinación de todas las estrategias posibles en esta dirección.

    Referencias

    [1] Virgil Andrei et al. Floating perovskite-BiVO4 devices for scalable solar fuel production. Nature 2022, 608, 518-522.

    Contacto

    Marcos Pita, investigador del grupo FCF del programa FotoArt-CM
    Coordina FotoArt-CM: Víctor A. de la Peña O´Shea, Instituto IMDEA Energía.

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    Investigadores de EEUU han diseñado un nuevo proceso productivo de “amoniaco verde”

    Vie, 09/02/2022 - 05:42

    Autores: Dr. Alberto de la Calle (Investigador Titular de ASU Lightworks®, Arizona, EE.UU.) y Dr. Alicia Bayon (Investigadora del ICP-CSIC)

    El amoníaco (NH3) es el segundo químico industrial más producido en el mundo, siendo un componente esencial en la producción de fertilizantes. Su producción anual ronda los 180 millones de toneladas métricas y casi el 90% de esta producción se destina a satisfacer la demanda mundial de producción agrícola. El amoníaco también se ve cada vez más como un combustible verde y, en algunos sectores difíciles de descarbonizar como el transporte marítimo, ofrece muchas ventajas sobre el hidrógeno verde como combustible alternativo. Pero la forma en que se produce el amoníaco actualmente es insostenible. El proceso Haber-Bosch es el más utilizado para la producción de amoniaco. En él, el amoníaco se sintetiza a partir de hidrógeno (H2) y nitrógeno (N2) mediante una reacción catalítica exotérmica a alta presión (150-300 bar) y a 350-500 °C. En este proceso, las materias primas esenciales (H2 y N2) se obtienen a partir de hidrocarburos: el H2 generalmente se deriva del metano (CH4) a través del reformado con vapor, y el N2 se obtiene del aire después de la eliminación del oxígeno (O2) a través de la combustión de CH4. Además, se queman combustibles fósiles adicionales para producir el calor y la energía mecánica necesarios en el proceso, lo que aumenta aún más las emisiones de dióxido de carbono (CO2). A nivel mundial, se genera una media de casi tres toneladas de CO2 por cada tonelada de amoniaco producida.

    Pero, ¿y si el amoníaco pudiera fabricarse de manera sostenible a partir de fuentes de energía renovables? ¿Y cómo podría este nuevo proceso aprovechar el calor solar además de la electricidad? Para diseñar procesos tan fundamentalmente nuevos, es necesario invertir una gran cantidad de financiación en I+D a nivel internacional. Sin embargo, hasta la fecha, la mayoría de los investigadores han buscado vías para convertir el proceso Haber-Bosch en verde (sin combustible fósil) o azul (combustible fósil, con captura y almacenamiento de carbono). Estos métodos aún manejan presiones muy altas para producir el amoníaco lo que dificulta su integración con fuentes de energía renovables e intermitentes.

    Entre las instituciones de investigación que trabajan en la producción de amoníaco verde, el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE por sus siglas en inglés) ha financiado un proyecto multi-institucional que propone un proceso alternativo al Haber-Bosch. En este proyecto trabajan los Laboratorios Nacionales Sandia, el Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad Estatal de Arizona (ASU) y proponen utilizar energía solar concentrada como única fuente de energía en la producción de amoniaco. En este proceso sostenible para la producción de amoníaco se separan el nitrógeno del aire usando calor de energía solar de concentración en lugar de los combustibles fósiles y reduciendo la presión necesaria para la síntesis del NH3. Esta tecnología encadena dos ciclos termoquímicos que se dividen a su vez en dos etapas más como se puede ver en la Figura 1. El primer ciclo sirve para separar el nitrógeno del aire con un oxido metálico en dos etapas. En la primera etapa se reduce térmicamente el óxido metálico, liberando parte del oxígeno contenido en su estructura. Esta reacción de reducción es endotérmica y el calor de la radiación solar concentrada proporciona la energía suficiente para que la reacción tenga lugar. En la segunda etapa, el óxido metálico reducido se re-oxida en aire, consumiendo el O2, lo que da como resultado una corriente de N2 de alta pureza. Una vez que se completa la reacción, el óxido de metal vuelve al primer paso, cerrando el ciclo.

    Figura 1: Esquema de las etapas del proceso de producción de amoniaco mediante ciclos termoquímicos. Etapa 1 – reducción solar del óxido metálico; Etapa 2 – separación del nitrógeno del aire y reoxidación del óxido metálico; Etapa 3 – síntesis de amoníaco por reacción de gas H2 con un nitruro metálico*; y Etapa 4: renitrurar el nitruro ahora deficiente en nitrógeno con el nitrógeno producido. *Tenga en cuenta que de arriba a abajo el orden de los pasos es: 1, 2, 4 y 3.

    El segundo ciclo produce amoníaco con un nitruro metálico en dos pasos. El primer paso es la reacción de síntesis de amoníaco (Etapa 4). En este paso, se reduce un nitruro metálico (se elimina el nitrógeno) con H2, lo que produce directamente NH3. En el segundo paso (Etapa 3), el nitruro metálico deficiente en nitrógeno se vuelve a nitrurar con el N2 purificado del primer ciclo, regenerando el nitruro. Una vez que se completa la reacción, el nitruro regenerado se puede volver a reducir, cerrando el ciclo, donde la entrada de reactivos sería aire e hidrógeno y la salida sería amoniaco y oxígeno. La investigación de un nitruro de trabajo efectivo para este proceso está actualmente en curso.

    Se pretende obtener un proceso que sustituya al Haber-Bosch. Las altas presiones de Haber-Bosch incrementan el coste de todos los componentes del proceso: reactor, intercambiadores de calor, tuberías y etapas de compresión. Además, el coste derivado de la energía requerida en la compresión es significativo, representando alrededor del 20% del consumo total. Si se puede producir amoníaco a presiones mucho más bajas, se evitan muchos costos y emisiones de CO2.

    Por otro lado, estas reacciones requerirían temperaturas más altas que el proceso de Haber-Bosch, que solo requiere entre 350 y 500 °C y el equipo de ASU todavía está trabajando en la selección de materiales para este ciclo termoquímico. El objetivo es alcanzar una temperatura cercana a los 500 °C tanto para la síntesis de amoníaco como para las reacciones de renitruración y un objetivo de presión máxima de 30 bares. Un sistema de recuperación de calor bien diseñado puede satisfacer toda la demanda de calor reutilizando el rechazo de calor en el subproceso de producción de nitrógeno.

    Las reacciones propuestas en este proyecto (reducción de óxido de metal, producción de nitrógeno, síntesis de amoníaco y renitruración) se encuentran en una etapa temprana de madurez técnica, y el equipo de ASU ha comenzado ahora el modelado del sistema y el análisis termodinámico y técnico-económico detallado para encontrar las condiciones óptimas de funcionamiento o el tamaño. El proyecto se ha extendido hasta finales de este 2022 y será entonces cuando veamos sus primeros resultados tanto experimentales como económicos.

    Contacto

    Alicia Bayón, Investigadora del grupo CSIC-ECI del Programa ACES2030-CM
    Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía

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    Nuevo hito hacia la producción de queroseno mediante agua, CO2 y energía solar

    Mié, 08/03/2022 - 11:21

    El desarrollo de tecnologías solares para producir combustibles de aviación se ha convertido en un reto energético mundial, pero sus logros se han limitado hasta el momento a estudios a escala de laboratorio.

    Un reciente artículo publicado en la revista Joule informa por primera vez la producción termoquímica de queroseno utilizando energía solar, agua y CO2, en un sistema experimental integral de producción del combustible en un campo solar de receptor central ubicado en el Instituto IMDEA Energía en Móstoles, España. Este trabajo, realizado en el marco del proyecto Horizonte 2020 de la UE SUN-to-LIQUID, supone un avance en el nivel de desarrollo tecnológico de la producción de combustibles solares al demostrar la viabilidad técnica de toda la cadena del proceso de conversión desde la radiación solar hasta el combustible líquido.

    La descomposición simultánea de H2O y CO2 mediante un ciclo termoquímico de oxidación/reducción empleando ceria da lugar a una mezcla sintética de H2 y CO (llamada gas de síntesis) con total selectividad, que se procesa posteriormente para obtener queroseno. El reactor solar de 50 kW consiste en una cavidad receptora que contiene una estructura porosa reticulada expuesta directamente a una concentración media de flujo solar de 2.500 kW/m2. Se confirma una eficiencia de conversión de energía solar a gas de síntesis del 4,1%, sin aplicar la recuperación de calor.

    Se trata de una demostración tecnológica pionera que representa un hito en el camino hacia la producción sostenible de combustibles de aviación, sector que en la actualidad depende en gran medida del queroseno de origen fósil y es responsable de grandes cantidades de emisiones de gases de efecto invernadero.

    Junto a IMDEA Energía, el consorcio SUN-to-LIQUID reúne centros de investigación y empresas trabajando en la producción termoquímica de combustibles solares, como Bauhaus Luftfahrt e.V., ETH Zúrich, DLR, Abengoa, ARTTIC y HyGear.

    Más información: https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.06.012

    Contacto

    Manuel Romero Álvarez, Investigador Responsable de IMDEA Energía en el proyecto SUN-to-LIQUID y coordinador del programa ACES2030-CM.

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    Descarbonización de la industria pesada

    Mié, 07/06/2022 - 04:11

    Autores: Jesús Gómez-Hernández, Sebastián Taramona, Javier Villa Briongos, Domingo Santana

    En 2021, el calor del proceso en la industria representó aproximadamente el 25 % del consumo mundial de energía [1]. La mayor parte de este calor provino de combustibles fósiles: en la UE, por ejemplo, el gas, el petróleo y el carbón proporcionan el 42 %, el 12 % y el 8 % del calor, respectivamente. Actualmente, solo el 13 % del calor de proceso en la UE proviene de fuentes renovables, y el 11 % de éste lo proporciona la biomasa. La electricidad proporciona el 12 % del calor de proceso de la UE; parte de este puede ser renovable, dependiendo de la combinación local de generación de energía. Debido a que una fracción tan baja del calor de proceso global es proporcionada por fuentes de energía renovables, las emisiones de carbono son muy altas, estimadas en 7,5 Gt a nivel mundial en 2016, aproximadamente una quinta parte de todas las emisiones globales de CO2 [2].

    Desde la Universidad Carlos III de Madrid se está trabajando en el suministro de calor de proceso a temperaturas en el rango de 150 – 300 °C para la industria asfáltica y minera. A continuación, se resumen los proyectos asociados a esta línea. En concreto, los principales hitos conseguidos en el proyecto INTECSOLARIS, finalizado en marzo 2022, y los objetivos propuestos en proyecto SHHIP-CO2, que comenzará en septiembre 2022.

    Integración de nuevas tecnologías solares en procesos industriales (INTECSOLARIS)

    Este proyecto ha sido financiado por la Comunidad de Madrid. El principal objetivo del proyecto INTECSOLARIS ha sido desarrollar una tecnología termosolar de concentración técnica y económicamente viable que minimice consumos de agua de limpieza del campo solar, para integrarla con procesos térmicos industriales a alta temperatura (T > 150 °C) de materiales pesados y difíciles de transportar. Esta tecnología incluye un nuevo sistema de medición del grado de ensuciamiento de los heliostatos y un nuevo concepto de tecnología termosolar (LBD) para maximizar la futura integración del desarrollo en la industria, minimizando la dependencia en combustibles fósiles y las emisiones de efecto invernadero.

    El campo solar representa un 40-50% de los costes de inversión de una planta termosolar. Su correcto funcionamiento depende de la reflectividad de los heliostatos. El IP J. Gómez posee los conocimientos necesarios para determinar el efecto del ensuciamiento sobre el rendimiento global de la planta termosolar y el consecuente aumento de costes. Sin embargo, ITF no es capaz de desarrollar una estrategia óptima de mantenimiento del campo solar que sea técnicamente viable. Hasta ahora, los heliostatos se limpian sin medidas del grado de ensuciamiento, traduciéndose en un alto impacto medioambiental por el consumo de agua. Es decir, altos costes económicos ya que la tecnología termosolar se suele situar en lugares áridos y secos. Los conocimientos del IP P. Contreras son fundamentales para diseñar una instrumentación electrónica robusta, de bajo peso y a distancia capaz de determinar el grado de ensuciamiento de los heliostatos. Así, las mediciones de esta tecnología electrónica permitirían optimizar las estrategias de operación y apuntamiento del campo de heliostatos con el fin de minimizar.

    Además, se afronta el reto de sustituir la tecnología actual de horno rotatorio por un nuevo diseño de receptor solar para integrar esta tecnología renovable en el procesado térmico de agregados en plantas asfálticas HMA. Para minimizar los costes (es decir, el área de heliostatos), es necesario reducir la longitud del receptor. Esto es sólo posible teniendo medidas fiables de la temperatura de los agregados de HMA. Sin embargo, los variables y desconocidos valores de emisividad de los agregados de HMA impiden el empleo de las actuales cámaras termográficas para medir su temperatura. La utilización de un termopar no es viable ya que los agregados están en movimiento. Por ello, se debe medir de forma no intrusiva la temperatura de los productos tratados térmicamente para determinar su óptimo funcionamiento. Esto sólo es posible mediante el desarrollo de sensores de fibra óptica para diseñar el receptor solar en función de las necesidades térmicas de los agregados de HMA.

    Figura 1. Resumen gráfico de INTECSOLARIS. Planta termosolar tipo Fresnel de Dhursar (Desierto del Thar, India) de 125MWe de potencia eléctrica, 2.190.640 m2 de área de apertura, coste total de 342 Millones de $US y un coste estimado del campo solar del 40% del total. La limpieza del campo solar se realiza sin mediciones de la reflectividad.

    Integración de la energía solar en la industria pesada para mitigar las emisiones de CO2 (SHHIP-CO2)

    Este proyecto está financiado por la convocatoria «Proyectos de Generación de Conocimiento» del Programa Estatal para Impulsar la Investigación Científico-Técnica y su Transferencia del Plan Estatal de Investigación Científica, Técnica y de Innovación 2021-2023.

    El objetivo de este proyecto es estudiar nuevos receptores solares para mejorar la penetración de la energía solar en aplicaciones de la industria pesada. Este proyecto desarrollará receptores solares para el secado y calentamiento de las partículas empleadas en la producción de asfalto y en el procesamiento de yeso de fuentes naturales. Los procesos considerados en ambas industrias requieren alta energía a altas temperaturas (T > 150 °C) para secar y calentar las partículas, las cuales actualmente son procesadas térmicamente en hornos rotatorios a gas. Esto se debe al contenido inicial de agua tanto de las partículas de asfalto como de yeso (5 – 8 %, respectivamente), que pueden distribuirse en la superficie de las partículas o en su interior, dificultando su secado. La carga ambiental de ambas industrias está marcada por el bajo contenido de humedad a la salida (0 %), los altos caudales másicos y las altas temperaturas necesarias. En este sentido, la industria del asfalto consume 85 kWh/ton y emite 18 kg CO2/ton de asfalto producido, en los que el 97 % de la energía total se consume en el secado y calentamiento de las partículas de asfalto. El horno rotatorio utilizado en la industria del yeso para secado y calentamiento consume 375 kWh/ton y emite 44 kg CO2/ton. Como se puede apreciar, el impacto de la integración solar para reducir la huella de carbono y la dependencia de combustibles fósiles en ambas industrias pesadas es alto.

    España, como séptimo productor de yeso del mundo (segundo de Europa), produjo 7.000 millones de toneladas de yeso en 2019, mostrando una producción media de 11 t/h por planta. Además, España produjo en 2019 18,8 millones de toneladas de mezcla asfáltica en caliente, mostrando una producción media de 65-75 ton/h por planta. Los precios bajos en ambas industrias dependen principalmente de los precios del gas y, en el futuro, también pueden depender del costo de las emisiones de CO2. Por lo tanto, se necesitan nuevos procesos renovables para garantizar bajos costos para estos productos básicos.

    Los receptores solares a desarrollar transportarán los materiales pesados ​​durante su procesamiento térmico a altas temperaturas. Estos receptores, basados ​​en tecnologías de cinta transportadora y lecho vibratorio, se combinarán con una nueva tecnología solar concentrada, el campo solar Linear Fresnel de haz descendente lineal (BDLFR), que ha sido patentado por ambos investigadores principales (PI). El campo solar BDLFR ha sido desarrollado para el procesamiento de materiales pesados ​​a temperaturas de T = 150 – 300 °C mediante la irradiación lineal y directa de energía solar concentrada. Para ello, el campo solar BDLFR consta de dos etapas de reflexión. Primero, los reflectores lineales de Fresnel dirigen la radiación solar a una segunda etapa de espejos planos. Aprovechando la óptica beam-down, estos espejos secundarios se instalan elevados del suelo, redirigiendo hacia abajo la energía solar concentrada hacia un receptor pesado y lineal situado en el suelo. Esta disposición facilita el tratamiento térmico de materiales pesados, como partículas, cuando se necesitan concentraciones solares de 14 – 31 kW/m2 en el receptor.

    Figura 2. Principales parámetros del campo solar BDLFR, en este ejemplo, la concentración solar es C = 17 y la eficiencia óptica es ηSF = 56 % [3].

    Para integrar ambas industrias pesadas, el proyecto generará un conocimiento profundo de los mecanismos de transferencia de calor y masa durante el secado y calentamiento de un lecho de partículas sometido a un flujo de calor solar en su superficie. Se desarrollarán modelos analíticos para la optimización de receptores solares tanto de cinta transportadora como de lecho vibratorio. Se propondrán sistemas de recuperación de calor para ambas industrias. Finalmente, se realizará un análisis de ciclo de vida comparando las tecnologías verdes innovadoras propuestas con las tecnologías convencionales actualmente aplicadas en la industria.

    El equipo de este proyecto de 3 años está formado por 4 Profs. Titulares, 1 Prof. Ayudante Doctor y 2 Profs. Visitantes y 1 estudiante de doctorado (Becario FPU) del Departamento de Térmica y Fluidos de la Universidad Carlos III. Todos los investigadores forman parte del grupo de investigación del ISE, que cuenta con 26 investigadores con experiencia acreditada en tecnología solar y transferencia de calor y masa.

    Referencias

    [1] IEA. Heating. 2022.

    [2] Thiel GP, Stark AK. To decarbonize industry, we must decarbonize heat. Joule 2021;5:531–50. https://doi.org/10.1016/J.JOULE.2020.12.007.

    [3] Taramona, S., González-Gómez, P. A., Briongos, J. V., & Gómez-Hernández, J. (2022). Designing a flat beam-down linear Fresnel reflector. Renewable Energy, Vol. 187, 484-499.

    Contacto

    Domingo J. Santana, Investigador Responsable del grupo UC3M-ISE del Programa ACES2030-CM dsantana@ing.uc3m.es
    Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía

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    Alquilación tipo Minisci de N-Heteroarenos con Haluros de Alquilo bajo condiciones Electroquímicas

    Lun, 06/27/2022 - 04:48

    Autores: Roberto del Río-Rodríguez, Lorena Fragoso-Jarillo, Alberto F. Garrido-Castro, M. Carmen Maestro, Jose A. Fernández-Salas y José Alemán

    Resumen: En los últimos años, la electroquímica está experimentando un importante auge como herramienta sintética en química orgánica al demostrar la capacidad de promover procesos redox en condiciones suaves y respetuosas con el medio ambiente, evitando el uso de cantidades estequiométricas de oxidantes y reductores al requerir simplemente corriente eléctrica como fuente de electrones. En este sentido, hemos enfocado nuestra investigación en el desarrollo de nuevas metodologías electroquímicas que involucran el control y adición de radicales libres. En concreto, hemos descrito una metodología de alquilación de tipo Minisci a N-heteroarenos general, fácil y respetuosa con el medio ambiente, en condiciones electroquímicas simples y directas, utilizando haluros de alquilo que representan reactivos muy deseables ya que son precursores de radicales altamente disponibles a nivel comercial. Hemos demostrado que los radicales alquílicos primarios, secundarios y terciarios se generan y acoplan de manera eficiente con una gran variedad de N-heteroarenos. El método presenta una tolerancia de grupos funcionales muy alta, incluidos varios productos naturales heterocíclicos, lo que destaca la robustez de la metodología. Esta aplicabilidad se ha probado además en la síntesis de varios intermedios de compuestos biológicamente activos. Además, hemos propuesto un mecanismo basado en diferentes pruebas y evidencias electroquímicas.

    Abstract: Herein, we report, a general, facile and environmentally friendly Minisci-type alkylation of N-heteroarenes under simple and straightforward electrochemical conditions using widely available alkyl halides as radical precursors. Primary, secondary and tertiary alkyl radicals have shown to be efficiently generated and coupled with a large variety of N-heteroarenes. The method presents a very high functional group tolerance, including various heterocyclic-based natural products, which highlights the robustness of the methodology. This applicability has been further proved in the synthesis of various interesting biologically valuable building blocks. In addition, we have proposed a mechanism based on different proofs and electrochemical evidence.

    Hemos desarrollado una metodología que ha permitido incorporar haluros de alquilo en el portafolio de precursores radicálicos de la reacción de Minisci usando condiciones electroquímicas muy suaves.

    Los heterociclos con átomos de nitrógeno en su estructura han atraído la atención de los químicos orgánicos a lo largo de los años, ya que son intermediarios versátiles en síntesis orgánica y estructuras predominantes en productos naturales y sintéticos con un amplio espectro de propiedades biológicas. De hecho, más del 85% de todos los compuestos biológicamente activos son heterociclos, lo que destaca su importancia en química orgánica y química médica. Debido a su relevancia, el desarrollo de funcionalizaciones sencillas de estructuras heterocíclicas ha sido un punto focal en la investigación en química orgánica, con especial énfasis en estrategias capaces de reemplazar enlaces C-H con nuevas funcionalidades en un solo paso de reacción y de manera selectiva. En este contexto, la reacción de Minisci es una poderosa y atractiva herramienta sintética para la modificación directa y rápida de unidades heteroaromáticas. Además, en los últimos tiempos a parte de la necesidad de desarrollar nuevos métodos sintéticos cada vez más eficientes, se ha añadido la gran necesidad de desarrollar nuevos “procesos verdes” en síntesis orgánica con el fin de alcanzar metodologías sostenibles. Así, la electroquímica está empezando a ser considerada una herramienta sintética apreciada por presentar una gran variedad de beneficios, ofrecer condiciones de reacción suaves y dar acceso a métodos eficientes desde el punto de vista atómico que permiten llevar a cabo oxidaciones o reducciones, que además pueden lograrse de manera selectiva y precisa utilizando electrones como reactivos mediante la aplicación de una corriente eléctrica.

    En este trabajo, describimos una alquilación de tipo Minisci usando haluros de alquilo en condiciones electroquímicas simples, suaves y fáciles de manejar. Los radicales alifáticos generados electroquímicamente interactúan eficientemente con heteroarenos basados en átomos de nitrógeno en presencia de un ácido de Brønsted como único promotor. Así, hemos desarrollado una metodología electroquímica que presenta una gran versatilidad y tolerancia a diferentes grupos funcionales, lo que nos ha permitido extender el protocolo en presencia de grupos funcionales versátiles desde el punto de vista sintético como: bromuros, derivados de ácidos carboxílicos, cetonas, etc. Como consecuencia de la alta tolerancia obtenida, hemos demostrado cómo la metodología de alquilación electroquímica tipo Minisci puede usarse de manera eficiente para la funcionalización directa y selectiva de productos naturales y para llevar a cabo el paso sintético clave en la síntesis formal de compuestos biológicamente activos.


    Referencia bibliográfica

    R. del Río-Rodríguez, L. Fragoso-Jarillo,   A. F. Garrido-Castro,    M. Carmen Maestro,    J. A. Fernández-Salas,  J. Alemán. General electrochemical Minisci alkylation of N-heteroarenes with alkyl halides. Chem. Sci., 2022, 13, 6512.

    Contacto

    José Alemán, Responsable del Grupo FRONCAT e Investigador responsable del Grupo FRUAM del Programa FotoArt-CM – jose.aleman@uam.eswww.uam.es/jose.aleman

    Coordina FotoArt-CM: Víctor A. de la Peña O´Shea, Instituto IMDEA Energía.

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    Diseño de Receptores de Torre Central para el Proyecto Integración Avanzada de Ciclos Combinados en Centrales Termosolares (AvanCCSol)

    Mar, 06/21/2022 - 06:12

    Autores: Rubén Barbero y Guillermo Ortega (UNED)

    Resumen: España es el país con la mayor potencia de concentración solar (CSP) instalada y, aunque en los últimos años se detuvo su crecimiento, debido a la moratoria de las Energías Renovables de 2012, se espera que la nueva hoja de ruta planteada por la UE para convertir al territorio en neutro en carbono [1] provoque un relanzamiento de la instalación de plantas CSP. De hecho, el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 [2] plantea como escenario objetivo la introducción de 5 GW hasta 2030. En paralelo se plantea un aumento importante del número de plantas fotovoltaicas y de generación eólica, lo que implicará la necesidad de introducir plantas de energía renovable capaces de adaptarse a la demanda no cubierta por estas últimas y con costes nivelados de la electricidad (LCOE) reducidos. En este sentido el proyecto Integración Avanzada de Ciclos Combinados en Centrales Termosolares (AvanCCSol) plantea el estudio y desarrollo de cuatro tecnologías solares con sus correspondientes cuatro ciclos termodinámicos avanzados.

    Abstract: Spain is currently the country with the largest installed concentrated solar power (CSP) and, although its growth has stopped in recent years due to the moratorium on Renewable Energies in 2012, it is expected that the new roadmap proposed by the EU to convert the territory into carbon neutral [1] makes that the installation of CSP plants is launched again. In fact, the National Integrated Energy and Climate Plan 2021-2030 [2] proposes the introduction of 5 GW by 2030 as a target scenario. In parallel, a significant increase of photovoltaic and wind generation plants is proposed, which will imply the need to introduce renewable energy plants with increased dispatchablity and reduced Levelized Costs of Electricity (LCOE). Aligned with this framework, the Advanced Integration of Combined Cycles in Solar Thermal Power Plants (AvanCCSol) project plans the design and study of four solar technologies with their corresponding four advanced thermodynamic cycles.

    El proyecto AvanCCSol busca el avance global tanto en plantas CSP como en plantas híbridas, introduciendo sinergias que conduzcan a mayores eficiencias y un menor LCOE. Además, se incluyen nuevos procedimientos para la gestión de la energía con el fin de mejorar su factor de capacidad y su rentabilidad. Se ha planteado el desarrollo de 4 tecnologías solares con sus 4 ciclos termodinámicos avanzados, constituyendo plantas híbridas con un gran aporte solar y una gestión eficaz de las fuentes.

    El proyecto AvanCCSol dedica una parte importante de los recursos al desarrollo de los colectores solares que formarían parte de dichas plantas. En concreto, uno de ellos consiste en un receptor de torre central (CTR) trabajando hasta las temperaturas de los diseños comerciales (565 ºC) y otro operando a temperaturas superiores (700 ºC), en línea con el programa Solar Power Gen3 Demonstration Roadmap [3], en el que se han identificado los receptores de torre central como la tecnología que logrará una reducción importante de los costes de generación debido al aumento de la temperatura de trabajo. Existen tres líneas de trabajo dentro de dicho programa, en función del estado del fluido transferencia: gas, líquido o sólido; asignando probabilidades de éxito similares para todas ellas, aunque con una ligera ventaja para el caso de receptores de partículas. En este proyecto se trabaja sobre dos de ellas:

    • Receptores con fluido de transferencia líquido: sales fundidas para temperaturas comerciales o incluso superiores (hasta 700 ºC), o metales líquidos, hasta temperaturas próximas a los 1000ºC.
    • Receptores con partículas para temperaturas de trabajo en el entorno de los 1000 ºC.

    Por supuesto, el diseño de estos nuevos colectores requerirá el desarrollo de componentes específicos donde actualmente no existen soluciones industriales. En este ámbito, el proyecto tratará de contribuir a superar algunas de las barreras existentes hoy en día.

    Esta entrada, en particular, se centra en el diseño de receptores centrales abiertos para trabajar a temperaturas comerciales (565 ºC) y hasta 700 ºC, para lo que se plantea el uso de sales y/o metales fundidos. Para ello se ha desarrollado una metodología de optimización del diseño de receptor basada en el uso combinado de dos herramientas desarrolladas dentro del grupo:

    • Una orientada al diseño óptico del campo de heliostatos, que permite el cálculo la potencia concentrada en el receptor por unidad de área y la optimización de dicho campo, así como su apuntamiento [4-5].
    • Otra orientada al cálculo del rendimiento térmico en receptores solares basada en el modelo desarrollado en [6].

    En una primera etapa se ha establecido una estrategia de apuntamiento que permitirá el análisis paramétrico de los distintos diseños con un apuntamiento óptico, de manera óptima, para cada instante de operación. A partir de ahí se analizarán parámetros como la altura y diámetro del receptor, el diámetro de los tubos o el circuito de circulación del fluido, entre otros.

    Para ello se ha probado con aproximaciones a distribuciones normales con distintas desviaciones (σ), tal y como se puede observar en la Figura 1.

    Figura 1. Distribuciones de potencia en receptor para distintas estrategias de apuntamiento

    Estos diseños tendrán una serie de restricciones en su operación que han sido implementadas en el modelo de cálculo de rendimiento térmico:

    • Tensiones térmicas debido al gradiente de temperaturas circunferencial y radial.
    • Corrosión en la superficie interior de los tubos. Ambos basados en el método expuesto en [7].
    • Pérdida de carga y estabilidad del flujo en el interior de los tubos.

    En la Figura 2 se muestran parte de resultados obtenidos. Se puede observar que el rendimiento térmico aumenta según se uniformiza la distribución. Este efecto se incrementa para bajas irradiaciones solares (DNI). Por otro lado, para distribuciones más uniformes, pueden aumentar los errores de apuntamiento, con lo que habrá una distribución de la concentración óptima.

    Figura 2. Rendimiento térmico del receptor en función de la DNI y para distintas estrategias de apuntamiento

    Estos resultados y otros, obtenidos en esta primera fase, serán presentados en el próximo XII Congreso Nacional y III Internacional de Ingeniería Termodinámica. Esta metodología permitirá el replanteamiento de los diseños comerciales actuales y el diseño óptimo a temperaturas superiores.   

    Agradecimientos

    Este trabajo ha sido apoyado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España a través del proyecto PID2019-110283RB-C31; y ha sido realizado dentro del Proyecto ACES2030-CM, financiado por el programa  regional de investigación y desarrollo en tecnología 2018 de la Comunidad de Madrid (ref. P2018/EMT-4319)

    Referencias

    [1] Comunicación de la Comisión, COM/2018/773 final, “Un planeta limpio para todos. La visión estratégica europea a largo plazo de una economía próspera, moderna, competitiva y climáticamente neutra”

    [2] Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030, MITECO (2020).

    [3] M. Mehos, C. Turchi, J. Vidal et al., 2017. Concentrating Solar Power Gen3 Demonstration Roadmap (No. NREL/TP–5500-67464, 1338899).

    [4] G. Ortega, A. Rovira, A new method for the selection of candidates for shading and blocking in central receiver systems, Renew. Energy 152 (2020) 961-973.

    [5] G. Ortega, A. Rovira, Proposal and analysis of different methodologies for the shading and blocking efficiency in central receivers systems, Sol. Energy 144 (2017) 475-488.

    [6]  R Barbero, A. Rovira, M. J. Montes, J. M. Martínez Val, (2016). A new approach for the prediction of thermal efficiency in solar receivers. Energy Conversion and Management

    [7]  Alberto Sánchez-González, María Reyes Rodríguez-Sánchez, Domingo Santana (2019). Allowable solar flux densities for molten-salt receivers: Input to the aiming strategy. Results in Engineering.

    Contacto

    Rubén Barbero, Investigador del grupo UNED-STEM en ACES2030-CM – rbarbero@ind.uned.es

    Guillermo Ortega, Investigador del grupo UNED-STEM en ACES2030-CM – guillermo@didp.uhu.es

    Antonio Rovira, Catedrático UNED. Coordinador AvanCCSol  – rovira@ind.uned.es

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    El primer experimento con luz eléctrica en España

    Lun, 07/24/2017 - 04:10

    Autor: R. Escudero-Cid (Universidad Autónoma de Madrid)

    En la noche del 2 de abril de 1851, el científico gallego Antonio Casares Rodríguez, procedió a la iluminación mediante un arco voltaico de un edificio público por primera vez en España en Santiago de Compostela, en el claustro del antiguo edificio central de la Universidad (hoy Facultad de Geografía e Historia) [1]. La realización de esta demostración pública en esta ciudad supuso un gran efecto desde el punto de vista educativo y divulgativo permitiendo a la sociedad compostelana de aquella época ser partícipe de un hito histórico y un gran acercamiento a la ciencia.

     La preparación científica y tecnológica no eran inaccesibles a otros científicos españoles de la época, pero los conocimientos específicos, los elementos materiales y la determinación que se precisaban reunir para llevar adelante el experimento no estaban al alcance de muchos. Pero estamos hablando de un científico que lideró otros eventos de gran trascendencia [2, 3].

    El experimento se llevó a cabo esa noche de abril de 1851 [4] en el claustro del edificio central de la Universidad de Santiago de Compostela iluminando la Minerva de la Universidad y la torre de la Iglesia de la Compañía. El montaje consistía en pilas Bunsen en serie como fuentes de energía conectadas a un regulador Deleuil con dos electrodos de grafito encargados de generar el arco voltaico.

    El experimento diseñado por Casares contaba con 50 pilas tipo Bunsen como fuentes de energía para conseguir la electricidad necesaria para la activación y el mantenimiento del arco voltaico. Estos dispositivos fueron inventados en 1940 por Robert Wilhem Bunsen a partir de una célula previa ideada por el científico galés William Robert Grove, el que posteriormente sería uno de los iniciadores de las pilas de combustible. La idea original de Grove consistía en un sistema compuesto por un ánodo de zinc en ácido sulfúrico diluido y un cátodo de platino sumergido en ácido nítrico concentrado y ambos separados por una olla de cerámica porosa. Robert Bunsen modificó el cátodo de platino por una pieza de grafito, material más barato, dando lugar a una reacción con un potencial algo menor. Las reacciones químicas llevadas a cabo por este dispositivo son:

     

    dando lugar a un potencial teórico de 1.72 V, inferior al de las celdas de Grove de 1.9 V.

    Otro de los elementos importantes del experimento de Casares fue el regulador Deleuil. Este equipo es el encargado de ir posicionando los electrodos de grafito encargados de la formación del arco voltaico tras el desgaste que sufren. En este caso consta de un electrodo fijo y otro montado sobre un sistema móvil regulado por un electroimán en serie con el propio arco. Este sistema también constaba de un espejo parabólico metálico que permitía concentrar la luz y proyectarla sobre un edificio, como se hizo aquella noche.

    Por último, el elemento más importante para la generación de luz es el arco voltaico, que se obtiene tras la ionización del aire entre ambos electrodos de grafito. A pesar de su uso, el arco eléctrico no es apropiado como sistema de iluminación general porque, independientemente de cuestiones tecnológicas (como el sistema de producción eléctrica) y del coste económico, su brillo era excesivo, resultando insoportable incluso a una gran distancia. También ha de tenerse en cuenta que no fue hasta más de 25 años después cuando se inventó la lámpara incandescente que sería utilizada para la implantación generalizada de la iluminación eléctrica en ciudades a finales del siglo XIX.

     

    Ilustración de un diseño similar al utilizado por Antonio Casares en su experimento [5].

    Mediante el uso de estos equipamientos se procedió a iluminar la noche compostelana provocando gran expectación entre todos los presentes. Fue tanta la importancia del evento que un año más tarde, la noche del 24 de julio de 1852, previa a la celebración del día de Santiago, se repitió el experimento en una de las fachadas de la catedral, congregando a la mayor parte de la población de la ciudad. Sería entonces cuando un bibliotecario de la Universidad de Santiago dijera las palabras “a noite está varrida da terra” (la noche está barrida de la tierra), que pasaron a la posteridad gracias al relato de A. Cotarelo Valledor [6].

    Referencias

    [1] A. Díaz Pazos, Boletín das Ciencias (ENCIGA)75 (2012) 139.

    [2] R. Cid, Anales de Química109 (2013) 27.

    [3] R. Cid, Revista Española de Física28 (2014) 59.

    [4] J. C. Alayo, J. Sánchez Millán, Técnica e ingeniería en España, VI. El Ochocientos. De los lenguajes al patrimonio, IFC – Real Academia de Ingeniería, Zaragoza, 2011.

    [5] A. P. Deschanel, Elementary Treatise on Natural Philosophy, Part 3: Electricity and Magnetism, D. Appleton and Co., New York, 1878.

    [6] A. Cotarelo Valledor, La chispa mágica, El Eco de Santiago, Santiago de Compostela, 1923.

    Aplicación de la computación fluidodinámica en tecnologías de concentración solar térmica como ejemplo de ingeniería verde

    Vie, 07/21/2017 - 04:03

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

    Actualmente, uno de los grandes retos es acelerar el desarrollo de tecnologías energéticas avanzadas para obtener una energía respetuosa con el medioambiente, frenar el cambio climático y lograr un desarrollo sostenible. En este contexto, la “ingeniería verde” considera que la protección de la salud y del medioambiente genera un gran impacto y rentabilidad cuando se aplica en el diseño y en la fase de desarrollo de un proceso o producto. Otros conceptos relacionados con ingeniería verde son ingeniería ambiental o sostenible. Por ello, en este ámbito, el término “verde” se refiere a procesos y a generación de productos que minimizan la contaminación, promueven la sostenibilidad y protegen la salud sin que implique sacrificar la viabilidad económica y eficiencia del proceso. Más ampliamente, este término ha sido asociado al desarrollo sostenible, en el que procesos y productos pueden realizarse indefinidamente con un consumo de recursos controlado y una degradación medioambiental mínima [1][2].

    De esta forma, los procesos y productos procedentes de la ingeniería verde están basados en los siguientes principios [3]:

    • Uso integral del análisis de sistemas e implementación de herramientas de evaluación de impacto ambiental.
    • Conservación y mejora de los ecosistemas naturales, junto con la protección de la salud y el bienestar.
    • Empleo del análisis del ciclo de vida que permite medir el flujo de energía, de materiales y emisiones tóxicas involucradas durante el proceso o la fabricación de un producto.
    • Asegurar que los materiales y energías entrantes y salientes del proceso son respetuosos con la salud y el medioambiente.
    • Evitar el agotamiento de los recursos naturales.
    • Eliminar la generación de residuos y la emisión de los gases de efecto invernadero.Además, es necesario tener en cuenta que la ingeniería verde desarrolla y aplica soluciones tecnológicas adaptadas a la zona donde la instalación es ubicada. Estas soluciones deben implicar la mejora y obtención de una tecnología innovadora que logre alcanzar la sostenibilidad. En este sentido, la aplicación de este tipo de ingeniería se puede agrupar principalmente en cinco categorías [4]: generación de energía renovable, calidad energética, control ambiental, optimización de máquinas y procesos, y  desarrollo y prueba de productos verdes y tecnologías.

      La categoría de generación de energía renovable cubre un amplio rango de tecnologías, tales como eólica, solar (fotovoltaica y térmica), de biocombustibles, hidráulica, mareomotriz y geotérmica. La investigación y desarrollo en estas áreas se está expandiendo e impulsando por los objetivos ambientales anteriormente definidos y por la creciente legislación gubernamental relativa al desarrollo sostenible. Hoy en día más de 50 países, con una gran variedad de políticas, geografías y condiciones económicas, poseen un amplio conjunto de objetivos con el fin de cubrir gran parte de su demanda energética con sistemas de generación a partir de fuentes renovables [2][3].

      Las tecnologías de concentración solar térmica se pueden considerar como un ejemplo de ingeniería verde debido a que utilizan una fuente de energía renovable como alternativa a los combustibles fósiles, contribuyendo positivamente al desarrollo sostenible y permitiendo realizar procesos que eviten la generación de gases de efecto invernadero. En este ámbito, la implementación del llamado “diseño verde” debe ofrecer un sistema viable y rentable a la vez que reduzca la generación de contaminación en la fuente y minimice el riesgo para la salud y medioambiente.

      El sector termosolar es todavía emergente y, en muchos casos, la tecnología y las instalaciones empleadas son experimentales. En este contexto, las tecnologías de concentración solar térmica requieren la integración de un diseño completo y eficiente con el fin de obtener el máximo rendimiento de cada instalación; para lo que es necesario el uso de herramientas de simulación avanzadas que sean capaces de predecir el comportamiento del fluido caloportador en la instalación, así como la definición y optimización de las condiciones de operación con el fin de aumentar la eficiencia del sistema y cumplir con el propósito perseguido por la ingeniería verde.

      La predicción y el análisis del comportamiento térmico y fluido-dinámico de las instalaciones termosolares son la base para mejorar el rendimiento térmico de la planta. Para tal fin se emplea la computación fluidodinámica (CFD) que permite reducir el esfuerzo invertido en la realización del diseño experimental y la adquisición de datos. Esta rama de la mecánica de fluidos complementa el modelado físico y otras técnicas experimentales; puesto que permite suministrar una información detallada de la circulación del fluido en la instalación, incluyendo el estudio de fenómenos complejos como la turbulencia, reacciones químicas, transferencia de calor y materia, y flujo multifásico.

      En la mayoría de los casos, el desarrollo de modelos numéricos implica un menor coste económico y de tiempo, en comparación con el requerido por procedimientos experimentales. Esto permite investigar más opciones de diseño y sistemas bajo condiciones extremas. Además, el modelado CFD ofrece la posibilidad de analizar problemas internos y específicos en el flujo de fluidos que serían muy costosos o imposibles de realizar mediante métodos experimentales; lo que da confianza en la selección del diseño propuesto evitando así el sobredimensionado de la instalación, reduciendo su malfuncionamiento y alargando su periodo de vida. Por ello, la CFD se ha convertido en una herramienta fiable para apoyar a los ingenieros e investigadores en el diseño de equipos industriales e instalaciones innovadoras, eliminando en muchos casos la necesidad de desarrollar el procedimiento experimental de ensayo–error que lleva consigo un consumo de recursos y una generación de residuos que hacen alejarse del objetivo marcado por la ingeniería verde.

      El creciente interés por el “diseño verde” ha llevado a aplicar el modelado CFD en diferentes áreas tales como en el diseño de edificios eficientes energéticamente y en diseño de aerogeneradores. En el sector termosolar, el modelado CFD se está aplicando en el diseño de nuevos conceptos de receptores, en la optimización de diseños existentes, en el análisis térmico de los fluidos de trabajo y, además, en la optimización de las condiciones de operación para distintas instalaciones [5]. Por tanto, la versatilidad de la simulación CFD y la necesidad de desarrollar procesos sostenibles y respetuosos con el medioambiente, hacen que sea una herramienta esencial para plantear nuevos diseños en las tecnologías de concentración solar térmica.

      Fuentes:

    1. Al-Baghdadi MARS (2014) Computational fluid dynamics applications in green design. International Energy and Environment Foundation, Iraq.
    2. Roldán M.I. (2017) Concentrating Solar Thermal Technologies: Analysis and Optimisation by CFD Modelling. Springer International Publishing AG, Switzerland.
    3. US Environmental Protection Agency (2015) https://www.epa.gov/green-engineering.
    4. National Instruments (2008) Ingeniería Verde – Mejorando el Ambiente y la Rentabilidad, Instrumentation 2, vol. 20.
    5. www.psa.es

    La Concentración de Energía Solar: un mercado todavía pequeño pero que aprende rápido

    Mar, 07/18/2017 - 04:40

    Autora: Beatriz Lucio-Instituto IMDEA Energía

    La reducción de costes que se ha dado en los sistemas para obtener electricidad fotovoltaica (PV, en inglés Photovoltaics) en los últimos diez años, ha provocado que se convierta en una de las opciones energéticas más económicas. Concretamente, en 2016 su capacidad global llegó a los 300 GW, con un crecimiento progresivo anual que supera el 30%. Por otro lado, la concentración de energía solar (CSP, en inglés Concentrating Solar Power) es una alternativa menos conocida, cuya implementación en el mercado empezó después que la PV en el año 2007. En 2016 la capacidad de la CSP alcanzó los 5 GW, pero se encuentran menos datos sobre la evolución de costes comparándola con la PV. Esto es debido a que los sistemas fotovoltaicos tienen dos componentes principales, módulo PV y convertidor, que se ofrecen actualmente en el mercado como producto de forma competitiva; mientras que los sistemas de concentración solar son más complejos. La tecnología más común de la CSP basada en colectores cilindro-parabólico consiste en un campo de colectores, un circuito para la transferencia del calor mediante un fluido que puede incluir el almacenamiento de energía y un bloque de potencia que convierte la energía térmica en electricidad. Existen a nivel mundial sólo unos pocos suministradores con la capacidad de asumir el riesgo financiero, donde el saber hacer representa la parte más valiosa de los proyectos. Para la mayoría de las instalaciones hay información disponible sobre las inversiones de forma global o de los ingresos por kWh, lo que hace que sea muy difícil llegar a una conclusión en términos económicos sobre cómo evoluciona el mercado de la CSP [1].

    Un estudio reciente [2] ha identificado las distintas fases de desarrollo del mercado con todos los proyectos comerciales relacionados con la CSP (tanto sistemas cilindro-parabólico como de tipo torre), realizando una base de datos. En este estudio se demuestra que desde los últimos cinco años hay una clara evidencia de la reducción de costes para la CSP de cilindro-parabólico, aumentando los conocimientos al 25%. Estas cifras son superiores a las esperadas y similares a lo que han evolucionado a lo largo de 35 años los módulos de PV.

    Referencias:

    [1] R. Pitz-Paal. Nat. Energy 2, 17095 (2017).

    [2] J. Lilliestam, M. Labordena, A. Patt, S. PfenningerNat. Energy 2, 17094 (2017).

     

    El desafío solar: fotovoltaica frente a termosolar

    Vie, 07/14/2017 - 07:34

    Sin duda la energía solar jugará un papel cada vez más importante en la producción energética mundial, pero determinar en qué proporción contribuirán cada una de las tecnologías disponibles dependerá no solo de aspectos económicos y de las políticas de apoyo, sino también de la capacidad de explotar sus complementariedades.

    Autor: Juan M. Coronado-Instituto IMDEA Energía

    La energía solar es el recurso renovable más abundante en la tierra y se espera que en el futuro contribuya de forma muy notable al mix energético global. Debido a la reducción masiva de costes experimentada en los últimos años la producción de electricidad mediante sistemas fotovoltaicos (PV) ya representa una de las opciones económicamente más competitivas si se dan las condiciones favorables de la irradiación. Esto ha desencadenado un enorme crecimiento del mercado para sistemas fotovoltaicos en la década pasada, y a finales de 2016 se alcanzó una capacidad global instalada de cerca de 300 GW y con un crecimiento anual de superior al 30%. Por el contrario, la energía solar de concentración (CSP) es una alternativa menos conocida, que, dejando aparte los sistemas de demostración instalados en California entre 1985 y 1991, no inició su despliegue comercial hasta 2007. Las instalaciones CSP alcanzaron una capacidad global de cerca de 5 GW a finales de 2016. Sin embargo, al contrario que en el caso de la PV, existe muy poca información disponible sobre la evolución de los costes. Estas diferencias tienen que ver con el hecho de que los sistemas fotovoltaicos consisten en sólo dos componentes principales, el módulo fotovoltaico y el inversor, ambos disponibles en un mercado muy competitivo y transparente. Por el contrario, CSP es un sistema más complejo: la tecnología más común (basada en receptores cilindroparabólicos) consiste en un campo de concentración de colectores solares, un circuito con el fluido de transferencia de calor, que también puede incluir almacenamiento de energía térmica, y un bloque de potencia que convierte la energía solar de alta temperatura en electricidad.

    Con objeto de comprender mejor la evolución de costes del CSP, Johan Lilliestam y sus colaboradores del ETH Zürich (Suiza) han creado una base de datos de todos los proyectos CSP comerciales del mundo utilizando un amplio conjunto de fuentes y desarrollando aproximaciones razonables para estimar parámetros desconocidos y generar un conjunto completo de datos. Este estudio, recientemente publicado en Nature Energy,[1][2] se presenta claras evidencias de una reducción de costes de sistemas CSP de receptores parabólicos en los últimos cinco años a un ritmo superior al 25%. Este valor es mayor de lo esperado y se encentra en el mismo rango que la cifra promedio para módulos fotovoltaicos  en un periodo más largo (20,9% en los últimos entre 35 años). Los investigadores concluyeron que la continuidad en el desarrollo de proyectos y la colaboración de las industrias de fabricación de componentes, así como las políticas de apoyo por parte de gobiernos y administraciones, especialmente si fomentan la competitividad, son importantes para mantener una tasa de aprendizaje alta que permita seguir en la senda de la reducción de costes de CSP.

    No obstante, a pesar de estas evidentes mejoras en la reducción de costes del CSP, teniendo en cuenta los valores ya muy competitivos de la generación fotovoltaica, cabe preguntarse si continuar apostando por la tecnología CSP es necesario y/o razonable. En este sentido la respuesta no puede basarse únicamente en la medición de precios de la energía por kWh si no que precisa un examen integral del sistema energético. Actualmente la tecnología PV sólo proporciona electricidad durante las horas de luz solar, lo que obliga a operar estos sistemas en combinación con otras tecnologías que aporten la flexibilidad necesaria para equilibrar la producción y la demanda. En este sentido el CSP con almacenamiento térmico integrado es una opción muy atractiva en comparación con sistemas de almacenamiento de electricidad grandes proporciones. Esto es debido a que la incorporación de las baterías para el almacenamiento de electricidad en las instalaciones de PV siempre lleva asociadas inversiones adicionales muy significativas. Por el contrario, los sistemas CSP con almacenamiento térmico integrado son potencialmente más baratos que los que los sistemas de la misma tecnología que no lo incorporan. De esta manera algunas proyecciones indican que a partir del 2025, en las regiones que cuente con recursos solares abundantes, se espera una alta penetración de sistemas complementarios de PV y CSP. En concreto, en los escenarios donde se limitan las emisiones de CO2 o los precios del combustible son altos, combinara las dos tecnologías solares resulta económicamente más atractivo que la integración de elementos de almacenamiento de electricidad, o sistemas de apoyo basados en combustibles fósiles. Estas conclusiones se basan en el supuesto de que se pueden conseguir importantes reducciones de precios en la producción CSP [3], un hecho que ahora puede ser considerado más probable en un futuro próximo a la luz de los hallazgos del grupo de Lilliestam2.

    [1] Robert Pitz-Paal. Nat. Energy. News & Views. 2, 17095 (2017)

    [2] Lilliestam, J., Labordena, M., Patt, A. & Pfenninger, S. Nat. Energy 2, 17094 (2017).

    [3] Mehos, M., Jorgenson, J., Denholm, P. & Turchi, C. Energy Procedia 69, 2060–2071 (2015).

    Sostenibilidad y diversión

    Lun, 07/10/2017 - 03:40

    El colegio CEIPSO Maestro Rodrigo de Aranjuez es el primer centro educativo de España que cuenta con un centro de juegos infantil sostenible. El parque infantil genera energía sostenible a partir del movimiento de los columpios y balancines y además está fabricado con neumáticos.

    Autora: Rebeca Sánchez-Universidad Rey Juan Carlos

    Renault, con la colaboración de su Fundación Renault para la Movilidad Sostenible (FRMS), ha creado un parque infantil como respuesta a los 200.000 neumáticos fuera de uso que se generan en España cada año. Otra de las características importantes de este parque infantil, además de revalorizar un residuo, es que genera energía sostenible. En los columpios y balancines se han instalado dispositivos que transforman la energía cinética en electricidad, con la que se alimenta el sistema de riego y el hilo musical del centro educativo. Además, el parque infantil cuenta con paneles fotovoltaicos (12V) integrados en la arquitectura del parque para completar la generación de energía.

    La puesta en marcha de este original parque se llevó a cabo el pasado mes de junio, coincidiendo con los campamentos de verano, y ha contado con la colaboración de Basurama (expertos en proyectos de reutilización creativa de residuos), y Creática (empresa encargada de dispositivos de recuperación de energía).     

    El centro educativo Maestro Rodrigo ha acogido con tanto entusiasmo el nuevo parque infantil, que ha puesto en marcha una línea educativa en la que utilizan el juego y la diversión como herramienta de concienciación energética entre los más jóvenes. “En las escuelas sostenibles no nos conformamos solamente con transmitir conocimientos e ideas, sino que además las ponemos en práctica”, comenta el director del centro, Javier Pariente, tras recordar que son precisamente los niños “la fuerza de cambio más poderosa de esta sociedad”.

    Fuente: Energynews

    7° Edición del congreso “WORLD HYDROGEN TECHNOLOGY CONVENTION” – WHTC2017

    Mar, 07/04/2017 - 05:29

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

     

    En este mes de julio se reunirá en Praga a comunidad científica de hidrógeno y pilas de combustible, en la séptima edición del congreso “World Hydrogen Technology Convention” – WHTC 2017, organizado por la plataforma tecnológica del hidrógeno checa y bajo el patrocinio de la Asociación Internacional del hidrógeno (“International Association for Hydrogen Energy” -IAHE-). El objetivo de este congreso es el de ofrecer una oportunidad única para compartir los últimos hallazgos y resultados en esta materia entre toda la audiencia académica, científica y empresarial.

    El tema del congreso “El Futuro puede estar más cerca de lo que crees” (“The Future Might Be Closer Than You Think”), habla de la tendencia clara hacia la integración de las energías renovables y la tecnología del hidrógeno como punto clave para la implantación de sistemas 100% renovables. Este congreso es una oportunidad para aprender también acerca de las aplicaciones innovadoras del hidrógeno y las pilas de combustible, exploración de nuevos productos y encuentro de posibles proveedores, clientes y colaboradores. Allí se debatirán 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, habrá sesiones plenarias muy interesantes, donde se analizarán los éxitos, las oportunidades y los desafíos de la economía del hidrógeno.

     

    Celebracion de la 25th European Biomass Conference and Exhibition

    Vie, 06/30/2017 - 08:38

    La conferencia tuvo lugar del 12 al 15 de junio en Estocolmo (Suecia) y en ella se presentaron resultados del proyecto “Diseño y optimización de una biorrefineria sostenible basada en biomasa del olivar y de la industria del aceite de oliva: analisis tecno-económico y ambiental” (BIOROLSOS), financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad, dentro del Plan Nacional I+D+I “Retos de Investigación” 2015-2017, y llevado a cabo en la Unidad de Biocarburantes del CIEMAT.

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

    A lo largo de más de 20 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. Durante la Conferencia celebrada este año, 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. El evento, en el que han participado más de 1.300 personas, 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 Suecia se ha convertido en un país líder.

    La Unidad de Biocarburantes del Ciemat participó en dicha Conferencia presentado 3 posters y una comunicación oral. En el trabajo titulado “Assessing biomass resources from olive oil production in Spain” se mostraron los resultados obtenidos en el análisis a nivel nacional  de la producción de residuos asociados a la industria del aceite de oliva (hojas y orujillo), evaluando los volúmenes y localizaciones de su producción. Igualmente se ha determinado la generación anual a nivel nacional de los residuos asociados al cultivo del olivar. En otro trabajo titulado  “Valorization of extracted olive oil pomace residue through conversion into bioethanol and bioproducts” se expusieron los resultados obtenidos en la utilización del orujillo (residuo obtenido en la extracción del aceite de oliva) como materia prima para la obtención de etanol y bioproductos.

    En la comunicación oral “Techno-Economic Evaluation of a Small Scale Integrated Biorefienery Based on Olive Tree Pruning” se presentó el diseño y la viabilidad tecno-economica de una biorrefinería mediante la aplicación del programa de modelización AspenPlus, utilizando los datos obtenidos a escala de laboratorio por la Unidad de Biocarburantes. En esta biorrefineria se obtendría no solo bioetanol, sino también azúcares, antioxidantes y electricidad.

    Por otro lado y ya utilizando paja de cebada como materia prima se presentó el trabajo “Bioethanol and Xylooligosaccharides Production from Agricultural Residue” en el que se presentaron los resultados obtenidos en la obtención de xilooligosacaridos en el pretratamiento por explosión a vapor de paja de cebada. Estos compuestos podrían ser utilizados como prebióticos en la industria farmacéutica lo que revalorizaría el proceso de producción de etanol a partir de dicha materia prima.

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