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Energia y Sostenibilidad

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

    Vie, 04/15/2016 - 06:07

    Autora: Lucía Arribas-Instituto IMDEA Energía

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

    Los temas que se trataran se enmarcan en:

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

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

    Más información:

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

     

    Optimizando el concepto de biorrefinería

    Mar, 04/12/2016 - 09:26

    Autores:  Esperanza Montero y Diego Iribarren-Instituto IMDEA Energía

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

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

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

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

    Vie, 04/08/2016 - 03:49

    Autor: José Antonio Calles (URJC)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Mar, 04/05/2016 - 10:04

    Autora: Gisela Orcajo Rincón

    Grupo de Ingeniería Química y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos

     

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

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

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

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

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

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

    Lun, 03/21/2016 - 10:04

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

     

     

    Nuevos diseños en tecnologías solares de concentración

    Mié, 03/16/2016 - 04:16

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Fuentes:

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

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

    Dom, 03/13/2016 - 10:27

    Autor: Salvador Luque-Instituto IMDEA Energía

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

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

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

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

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

     

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

     

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

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

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

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

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

     

    Más información:

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

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

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


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

    Desarrollo de combustibles sintéticos para automoción

    Jue, 03/10/2016 - 10:19

    Autor: José L.G. Fierro, Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC, Cantoblanco, 28049 Madrid

    La compañía automovilística Audi está implicada en el desarrollo de combustibles sintéticos con emisiones neutras de CO2. La firma ha puesto en marcha recientemente una planta piloto de producción de e-diesel en Dresde para demostrar la viabilidad de la industrialización de sus combustibles ecológicos. La planta, que opera según el principio “power-to-liquid” (de energía a líquido), requiere dióxido de carbono, agua y electricidad como materias primas. El dióxido de carbono se extrae directamente del aire y en un proceso independiente, una unidad de electrolisis alimentada con electricidad obtenida de forma sostenible produce hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se hace reaccionar con el dióxido de carbono en dos procesos químicos que se llevan a cabo a una temperatura de 220 ºC bajo presión de 25 bar. El producto obtenido es una mezcla de hidrocarburos, denominada “Blue Crude” (petróleo azul), del cual casi el 80 % puede transformarse a su vez en diésel sintético (e-diesel), libre de azufre y compuestos aromáticos, y con un índice de cetano elevado.

    Las compañías automovilísticas  vienen mostrando gran interés en el desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación de combustible con una baja huella de carbono, alternativos a los combustibles fósiles actuales. Los automóviles eléctricos, híbridos y alimentados con gas son algunos de los ejemplos que ya están funcionando en la actualidad. Un ejemplo significativo es la firma Audi que lleva algunos años inmersa en el desarrollo de una tecnología nueva en la que se parte de microalgas para producir combustibles sintéticos. Las investigaciones que han llevado a cabo demuestran que estos combustibles se comportan de igual manera que los combustibles convencionales.

    En concreto, e-diésel y e-etanol, son los dos combustibles sintéticos que ha desarrollado la compañía. De estos biocombustibles, el e-etanol es el que se lleva probando en producción desde hace más de dos años en las instalaciones que tiene la marca en Estados Unidos y cabe esperar que el e-diésel seguirá el mismo camino de producción que el e-etanol. Los estudios de Audi demuestran que en el momento de la inyección los biocombustibles se comportan igual que los convencionales y, por sus características químicas, generan menos contaminantes durante la combustión. Para probar su eficiencia y el comportamiento, los técnicos trabajan en una cámara de pruebas especial, en la que simulan las condiciones de un motor de combustión. En la cámara de combustión de estos motores se alcanzan presiones internas de hasta 15 bar y temperaturas de 350 ºC. El proceso de combustión se sigue mediante una cámara de alta velocidad que capta, fotograma a fotograma, los procesos de inyección y de combustión cada 50 milisegundos.

    Una línea estratégica de Audi ha sido su asociación con la empresa francesa de biotecnología Global Bioenergies para incrementar el potencial de fabricación de combustibles renovables. El objetivo de esta asociación ha sido el desarrollo de una técnica que utiliza bacterias modificadas genéticamente para convertir materia orgánica derivada de la biomasa en iso-octano, uno de los principales componentes de la gasolina. Mediante esta tecnología, las bacterias e-coli modificadas  producen en primer lugar isobutano, y después en una segunda etapa el isobutano se convierte en iso-octano mediante un coctel de levaduras. El iso-octano es  el hidrocarburo primordial de las gasolinas de automoción. Aunque todavía está lejos de ser rentable, o de poder ofrecer precios competitivos a los derivados del petróleo, este combustible fabricado biotecnológicamente tiene la ventaja de que puede utilizarse en los automóviles actuales sin necesidad de ninguna modificación. Según Global Bioenergies, ya está en marcha la construcción de dos plantas que permitirán producir unos 100.000 litros al año. Una cifra minúscula comparada con la extracción de petróleo de pozos, pero que puede ayudar a mejorar la técnica y acercarla a la viabilidad comercial.  

    Otra línea estratégica de Audi es la fabricación de diésel sintético (e-diesel). Para ello, Audi se asoció con la empresa de biotecnología Joule (Bedford, Massachusetts). Básicamente el concepto utilizado por Joule  consiste en la modificación genética de los microorganismos que realizan la función clorofílica, de tal modo que  estos sintetizan directamente alcanos, cuya longitud de cadena es esencialmente la misma de los componentes del combustible diésel derivado del petróleo, o incluso etanol. En ambos casos los microorganismos sintetizan alcanos o etanol consumiendo solamente dióxido de carbono y luz solar. En la etapa final de estos  procesos biotecnológicos, el extracto se decanta para separarlos alcanos del agua o se destila  para separar el etanol.

    La colaboración entre las empresas que participan en el desarrollo de los combustibles sintéticos y con la elaboración de balances LCA (Life Cycle Assessment), ayudan a los ingenieros a desarrollar combustibles aptos para el mercado, cuya producción podría dar comienzo en los próximos años.

    M.S Ferry, J. Hasty and N.A. Cookson, Synthetic biology approaches to biofuel production, Biofuels (2012) 3(1), 9–12.

    http://dx.doi.org/10.1155/2010/541698

    Pilas de combustible con membranas poliméricas híbridas para aplicaciones a alta temperatura

    Lun, 03/07/2016 - 05:02

    Autores: R. Escudero-Cid y P. Ocón- Universidad Autónoma de Madrid

    Las membranas poliméricas utilizadas en las pilas de combustible de intercambio protónico ofrecen alta conductividad iónica, buen aislamiento eléctrico, adecuada impermeabilidad gaseosa y una alta estabilidad química y electroquímica. El Nafion® es el material más usado para este tipo de membranas, está formado por un polímero perfluorinado y presenta muy buenas conductividades iónicas del orden de 0.1 S/cm a 50 °C (con alta humectación). Este material presenta el problema de que deben estar hidratado para mantener su conductividad iónica, por lo que trabajar a temperaturas cercanas a los 100 °C no es viable ya que se compromete mucho la conductividad iónica.

    En estos dispositivos se necesita disponer de corrientes reactivas de hidrógeno puro, ya que trazas de CO que acompañan al hidrógeno como impureza envenenan al catalizador de Pt utilizado en los electrodos del dispositivo. Una de las soluciones a dicho problema se plantea sustituyendo las membranas de  Nafion®, por materiales de la familia de los polibenzimidazoles (PBI), las cuales presentan mayor estabilidad térmica. Por tanto, al trabajar con PBI se podrían alcanzar mayores temperaturas de operación (100 – 200 °C) en PEMFC, consiguiendo mejorar  las cinéticas de las reacciones involucradas en la pila de combustible y así utilizar catalizadores más baratos que el de Pt. Además, en este caso no sería necesario el uso de hidrógeno de alta pureza, ya que el CO a altas temperaturas se oxida a CO2 más fácilmente, siendo este inerte a los catalizadores, sin producir un alto envenenamiento de los mismos.

    Para trabajar con PBI es necesario doparlo con H3PO4 (u otros dopantes), con el fin de mejorar su conductividad iónica. El PBI convenientemente dopado retiene el ácido mediante interacciones que realizan los grupos amino de su estructura con dicho ácido. El PBI no alcanza los valores de conductividad iónica que se consiguen con el Nafion®, y además la conductividad del PBI disminuye con el tiempo al ir perdiendo su dopaje. Además de utilizar el PBI, es interesante el uso de otros materiales de la familia de los polibenzimidazoles que presenten propiedades similares al PBI, como el ABPBI (poli(2,5-benzimidazol)).

    Para disminuir la pérdida de dopaje, una solución es la introducción de líquidos iónicos (ILs) en las membranas de PBI. De este modo se consigue aumentar las interacciones que mantienen retenido al dopante (H3PO4). Los líquidos iónicos son sales fundidas a temperatura ambiente, no son volátiles, están formados por cationes orgánicos y aniones orgánicos/inorgánicos. Son interesantes en aplicaciones electroquímicas centradas en la conductividad protónica, ya que asegura una conductividad protónica anhídrica y una suficiente estabilidad térmica.

    Al formar membranas híbridas de PBI-IL decrece las propiedades mecánicas respecto a la membrana de PBI, pero presenta una alta conductividad protónica a altas temperaturas. El problema de las membranas híbridas es que, el IL acaba saliendo de la estructura de la membrana. Una solución a este problema es utilizar una nueva familia de materiales de líquidos iónicos poliméricos (PILs) (siendo el objetivo que se plantea en este Proyecto), formados mediante una cadena repetitiva de un mismo monómero de IL, presentando características típicas de los líquidos iónicos y nuevas propiedades intrínsecas propias de un polímero.

    Las membranas híbridas hechas con PIL presentan mejor homogeneidad, retención de dopaje y propiedades físicas y electroquímicas que las membranas híbridas hechas con IL. 

    El Hierro, primer sistema aislado del mundo totalmente capaz de autoabastecerse con renovables

    Jue, 03/03/2016 - 05:19

    Fuente: Energías renovables

    http://www.energias-renovables.com/articulo/el-hierro-primer-sistema-totalmente-aislado-capaz-20160201

    La Central Hidroeólica de Gorona del Viento El Hierro anunció ayer que genera “la totalidad de la energía que demanda la isla desde las 05.30 horas de esta mañana [la del domingo] únicamente con fuentes renovables” (en la imagen, vista aérea del depósito superior de la central hidroeólica de El Hierro, que aprovecha el perfil orográfico de un cráter natural conocido como La Caldera y que tiene capacidad para recoger 380.000 metros cúbicos de agua). [Para ver cómo funciona].

    La presidenta de la empresa, también presidenta del Cabildo herreño, Belén Allende, informa ayer del cumplimiento de un nuevo registro máximo “con el innovador sistema de producción energética de la isla del Meridiano, que gracias a la combinación de un parque eólico y un sistema de generación hidráulica, consigue mantener estable el abastecimiento eléctrico con fuentes limpias”. Según Allende, “desde las 05.30 horas de esta mañana [la del domingo], estamos abasteciendo el 100% de la demanda eléctrica de El Hierro, que ronda los cinco megavatios; la parada de los motores diésel en la Central Elécrica de Llanos Blancos, supone la importante cifra de ahorro de 1,5 toneladas por hora”. La presidenta recuerda, además, que este registro -informa Gorona del Viento- supone un trascendental avance que afecta positivamente a El Hierro y al desarrollo de las renovables en general. “La innovación tecnológica de la Central Hidroeólica -ha explicado- radica en la posibilidad de generar de forma masiva con fuentes limpias, superando el hándicap que, hasta ahora, presentaban energías tan variables como la eólica, con limitaciones para su integración a gran escala, sobre todo en redes aisladas”.

    Agosto
    A diferencia del pasado 9 de agosto, cuando la isla se mantuvo algo más de dos horas con la generación de Gorona del Viento -explican desde el Cabildo-, hoy se ha batido una nueva marca máxima, “tanto en número de horas como en potencia eólica inyectada a la red, que cada vez es mayor, manteniendo el circuito hidráulico casi únicamente como almacenamiento y regulación”. La presidenta explica que se trata de un sistema pionero que, de manera paulatina, irá avanzando hasta conseguir una mayor generación con renovables durante el mayor tiempo posible. “Si técnicamente es imposible abastecer una insular sólo con energía eólica, en El Hierro logramos el 100% gracias a que los excedentes eólicos son consumidos por el sistema de bombeo para almacenar agua en el Depósito Superior, y la escasez de viento se suple con la producción de las turbinas mediante la caída de agua previamente acumulada en el mencionado depósito”.

    Previsiones
    Con las condiciones meteorológicas de esta mañana -explican desde Gorona-, el Parque Eólico “tiene la posibilidad de producir en torno a los 10 MW, casi la totalidad de la potencia instalada, 11,5″. El consejero de Gorona del Viento, Juan Pedro Sánchez, mantiene que las previsiones para el día de hoy [por el domingo] son buenas y, “en caso de producirse un descenso del viento, el agua acumulada en el Depósito Superior nos da la posibilidad de responder con hidráulica de manera inmediata y seguir aportando la totalidad de la electricidad que necesita El Hierro”.

    “No obstante -matiza-, recordamos que se trata de un proyecto pionero que aún está en su primera fase experimental y corresponde al Operador de Sistemas velar por la garantía de suministro de la isla. Por tanto, estamos a expensas de la confianza que la Central Hidroeólica vaya ganando a medida que cumple con escenarios como el de hoy, para lograr la optimización del sistema y confiamos en que los resultados satisfactorios que hemos conseguido durante estos primeros meses nos permitan caminar hacia un 100% lo más constante posible”, afirma Sánchez.

    Impacto mundial
    Con la Central Hidroeólica -informa Gorona- se ha conseguido que El Hierro sea “el primer sistema totalmente aislado, capaz de abastecerse con renovables, tanto con los periodos en los que se ha alcanzado el 100%, como con las continuas puntas que rondan el 70% y 80% de generación con fuentes limpias y que también representan un hito a nivel mundial”. Según el Cabildo herreño, “esto ha tenido un efecto positivo en la imagen de la isla en el exterior, dándose a conocer en lugares y círculos en los que antes no se había oído hablar de este pequeño territorio, y que ha venido dado por el interés de los medios de comunicación por el proyecto y la imagen verde que exporta la isla, además de la atracción que representa para técnicos, responsables gubernamentales y todos aquellos que trabajan en pro de las renovables y la sostenibilidad”.

    “No podemos cuantificar los beneficios de la Central Hidroeólica sólo en criterios de generación energética, beneficios medioambientales o económicos derivados de la venta de energía. No dejando de ser sumamente importantes los anteriores, tenemos que seguir trabajando en aprovechar otros réditos que Gorona del Viento tiene para El Hierro, como es el caso del turismo”, afirma Belén Allende.

    “Hechos como el de hoy hacen que la isla sea noticia, que cada vez sea mayor el número de personas que elijan El Hierro para disfrutar de sus vacaciones por su sello verde y respetuoso con el medio ambiente; que aumente el número de visitas internacionales programadas en las agendas y el número de estudiantes que este año quieren desplazarse a la isla del Medidiano para hacer prácticas en Gorona del Viento haya superado nuestras expectativas”, concluye Allende.

    Un proyecto de treinta años
    Tras treinta años de investigación y desarrollo, la Central Hidroeólica de El Hierro fue inaugurada el 26 de junio de 2014. Gorona del Viento es una empresa que está participada por el Cabildo de El Hierro (66%), Endesa (23%), el Instituto Tecnológico de Canarias (7%) y el Gobierno regional (3%). Su objeto es el siguiente: “análisis, desarrollo, promoción, construcción operación y mantenimiento de la central hidroeólica de producción de energía eléctrica en El Hierro, mediante la utilización de la diversidad de energías renovables existentes, y su posterior entrega a la compañía distribuidora para el suministro final a todos los habitantes de la isla de El Hierro” (según el último censo publicado por el Instituto Nacional de Estadística, El Hierro tiene una población de 10.675 personas). Endesa asegura que instalaciones de estas características se pueden reproducir en mil islas de todo el mundo

    Cursos sobre sostenibilidad y medioambiente en Madrid y Huelva

    Lun, 02/29/2016 - 11:23

    Autor: Pedro Avila-CSIC

    La UNED ha organizado tres cursos sobre  Sostenibilidad y Medio Ambiente, dirigidos a alumnos Graduados o Estudiantes de Grado en Química, Ambientales, Ingeniería Química, Economía y titulaciones relacionadas, que se celebrarán Durante los meses de marzo y abril

    El primero, titulado: “Retos para la sostenibilidad. Desafíos y herramientas para un desarrollo sostenible” se celebrará en el Centro Asociado de Madrid, C. Z. Escuelas Pías (C/ Tribulete 14), entre los días 9 y 11 de marzo de 2016. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en: https://extension.uned.es/actividad/idactividad/11411

    Títulos  ponencias:

    1.- “La sostenibilidad en la normativa ambiental”

    2.- “Delitos ambientales”

    3.- “Evaluación ambiental”

    4.- “Mitigación y seguimiento ambiental”

    5.- “Cambio climático: riesgos, escenarios y política”

    6.- “Investigación en la detección de transiciones catastróficas”

    7.- “Adaptación a riesgos ambientales”

    8.- “Geopolítica de la energía”

    9.- “Biocombustibles”

    10.-“Sostenibilidad en empresas químicas y del petróleo”

    11.-“Fuentes de energía presentes y futuras”

    12.-“Integración ambiental de infraestructuras”

    13.-“Movilidad urbana sostenible”

    14.-“Autopistas del mar”

    15.-“Mejora de la calidad del aire”

    16.-“Del residuo al producto. Ácido levulínico como fuente de recursos”

    17.-“Nuevas tendencias y retos en la descontaminación de aguas.”

    Además, como parte del curso, se hará una visita al Laboratorio Municipal de Salud Pública de Madrid Salud. Explicación de indicadores de gestión y control de calidad.

     

    El segundo curso, que lleva por título: “Prevención ambiental y sostenibilidad – Retos para un desarrollo sostenible.” se celebrará del 6 al 8 de abril de 2016 en el Salón de actos de la Fundación Caja Rural del Sur, en Huelva. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en: https://extension.uned.es/actividad/idactividad/10523

    Finalmente, entre los días 27 y 29 de abril de 2016, en el Centro Asociado de Madrid, C. Z. Escuelas Pías (C/ Tribulete 14), se celebrará el curso titulado: “Nuevas tendencias y retos de los procesos químicos en el siglo XXI (Tercera Edición)”. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en:

    http://extension.uned.es/actividad/11397

    Para mayor información sobre cualquiera de los cursos se puede contactar con la profesora Rosa María Aranda, rmartin@ccia.uned.es

     

    La importancia del microorganismo en la producción de bioetanol: Mejora de levaduras frente a estrés mecánico

    Lun, 02/29/2016 - 04:51

    Autor: José M. Salor-IMDEA Energía

    Debido a la crisis energética y al aumento de los gases causantes del efecto invernadero, la sustitución de combustibles fósiles por otras formas mucho menos contaminantes es uno de los campos de investigación más en auge en los últimos años. En ese contexto la producción de bioetanol, como sustitutivo de la gasolina, es una de las opciones más prometedoras. En la actualidad, la producción de bioetanol a escala industrial se basa principalmente en la utilización de materiales azucarados (caña de azúcar, remolacha, etc.) o ricos en almidón (maíz, trigo, cebada, etc.). Estas materias primas son también utilizadas para alimentación animal y uso humano, y parecen no ser suficientes para la creciente demanda de biocombustibles. Es por ello que los materiales lignocelulósicos son alternativas interesantes, puesto que no compiten con cultivos alimentarios y están ampliamente distribuidos.

     Desde hace varias décadas se han realizado avances significativos en la producción de este etanol lignocelulósico. Sin embargo, todavía no se ha conseguido que el proceso sea económicamente rentable y competitivo a nivel industrial. Para alcanzar la comercialización es necesario obtener mayores concentraciones de etanol con el objetivo de reducir el coste de la destilación, lo que se podría conseguir aumentado la concentración de sustrato en todo el proceso. Al realizarse el proceso a altas cargas de sustrato,  se podría producir estrés mecánico e inducir variaciones en la pared celular  las levaduras encargadas de la fermentación.  A pesar de la importancia de la pared celular de los microorganismos, dicha estructura sólo se conoce parcialmente y nunca se ha estudiado su papel en la producción de bioetanol.

    Con el propósito de entender el efecto que altas cargas de sustrato ejerce sobre las levaduras se creó el proyecto “Lignoyeast”, en el cual trabajan los miembros de La Unidad de Procesos Biotecnológicos para la Producción de Energía de la Fundación IMDEA. Este proyecto consiste en la obtención de levaduras capaces de fermentar estos materiales lignocelulósicos de manera óptima para la producción industrial de biocombustibles. Para ello,   se estudia el efecto que tiene el estrés mecánico sobre la tolerancia a los productos inhibidores además de desarrollar y aplicar una estrategia de ingeniería evolutiva sobre estas levaduras para mejorar su capacidad fermentativa en estas condiciones.

    Estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR): Biorrefinerías del siglo XXI

    Vie, 02/19/2016 - 04:07

    En la actualidad diferentes grupos de investigación trabajan en proyectos innovadores para la valorización integral de los lodos de depuradora basados en el concepto de biorrefinería.

    [Autor: Juan Antonio Melero Hernández. Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos]

    Avanzando hacia una economía circular, nos encontramos con el desarrollo de las EDAR del futuro, concebidas como biorrefinerías que incorporan, entre otras mejoras, sistemas que ayudan a conseguir el máximo aprovechamiento de los recursos contenidos en los lodos. La escasez de los recursos fósiles y su elevado impacto ambiental como consecuencia de las emisiones de CO2 a la atmósfera está originando en la actualidad la búsqueda de alternativas energéticas más sostenibles y renovables. En este sentido la valorización energética de residuos de bajo coste es una alternativa muy interesante. Diferentes grupos de investigación estudían la obtención de bio-energía a partir de los lodos de depuradora.

    Pero, ¿cómo obtenemos energía de estos lodos de depuradora?

    Una de las alternativas más convencionales es la digestióna anaerobia en el que microorganismos metanogénicos convierten la materia orgánica biodegradable en biogás (mezcla de CH4 y CO2 principalmente). Sin embargo, diferentes grupos de investigación y empresas  están desarrollando tecnologías para mejorar el aprovechamiento energético de estos residuos (en general buscando una mayor producción de CH4 y reduciendo la cantidad de digestato). Entre los pre-tratamientos que se están estudiando se incluyen tratamientos térmicos, químicos y mecánicos (Jain y col., 2015). También se ha publicado los interesantes resultados obtenidos con la sonicación de los lodos previa a su digestión anaerobia. La acción de los ultrasonidos rompe los flóculos biológicos y digrega las particulas de elevado tamaño favoreciendo el proceso de metanizacion (Mao y col., 2015). Actualmente, nuestro grupo de investigación estudia el uso de hierro metálico (Fe0) para favorecer la digestión anaerobia de los lodos y en combinación con oxidantes (H2O2) y  ultrasonidos para la generación de radicales hidroxilo que favorezcan la cinética de digestión del lodo y su metanización.

    Empresas, como Veolia, ha desarrollado soluciones tecnológicas para lograr este objetivo, destaca el proceso Exelys™ de hidrólisis térmica en continuo que permite optimizar la digestión anaerobia convencional, maximizando la producción de biogás y reduciendo la cantidad de lodos a gestionar. Existen además numerosas propuestas tecnológicas para optimizar la digestión anaerobia mediante la mejora de la hidráulica del proceso, destacando en este campo la familia de tecnologías BIOPAQ™ desarrolladas por Paques. Este desarrollo industrial ha permitido que la digestión anaerobia sea actualmente una tecnología madura, con más de 10.000 grandes plantas instaladas a nivel mundial. La proyección futura es muy optimista y, según la iniciativa global metano (Global Methane Initiative, GMI), promovida por la Agencia de Protección del Medioambiente (EPA), el número de plantas instaladas sólo en Asia y África superará las 500.000 para el año 2050.

    El alcance de la digestión anaerobia se ha expandido gracias a la posibilidad de combinación de etapas en serie. Así, una primera etapa trabajando a pH ácido y temperaturas elevadas (entre 45-65 ºC), así como a tiempos de residencia relativamente cortos, puede servir como pre-tratamiento de residuos poco biodegradables y, además, co-generación de bio-hidrógeno que puede valorizarse energéticamente (Lv y col., 2010). En una segunda etapa, empleando fotofermentación, la eficiencia de generación de hidrógeno puede multiplicarse por un factor entre 1.4 y 3 lo que, a su vez, permite incrementar la cantidad de materia orgánica que sirve como sustrato para una posterior digestión anaerobia convencional, incrementando así la cantidad de metano generado (Shi y col, 2015).

    Asimismo, en paralelo es importante la recuperación de nutrientes, una solución que aúna la eficiencia económica, técnica y medioambiental gracias a la recuperación de fósforo y nitrógenos de las aguas residuales. A las tradicionales tecnologías de recuperación de fósforo empleadas en la actualidad en plantas de tratamiento de aguas, denominadas plantas de eliminación biologica avanzada de fósforo (EBPR), se han ido adaptando soluciones recientes muy innovadoras que incluyen además la recuperación de C, N, P y K promoviendo la asimilación, en lugar de la oxidación, de la materia orgánica y los nutrientes como biomasa. Éstos puden ser recuperados posteriormente mediante digestión anaerobia en la que se liberan los nutrientes como sales inorgánicas y el C como metano.

    Por otro lado, otra vía de aprovechamineto de los lodos de depuradora con fines energéticos ha sido la producción de biodiesel a partir de los lípidos y ácidos grados libres extraidos de esta materia prima residual. Incluso, para mejorar la eficacia del proceso, se han desarrollado trabajos que describen el procesado in-situ de los lípidos y ácidos grasos libres para la producción de biodiesel sin la necesidad de una etapa previa de extracción. El grupo de investigación de la URJC ha desarrollado tecnologías catalíticas basadas en catalizadores heterógenos ácidos que han permitido obtener un rendimiento global a esteres metílicos del 15 % en peso referido a lodo seco cuando se parte de lodo primario y de un 10 % a partir de lodo secundario (Melero y col., 2015): Además, en la actualidad se estudia el aprovechamiento de la digestión del sólido resultante del que se espera una mejora en su digestabilidad como consecuencia del pre-tratamiento térmico y catalítico llevado a cabo en el lodo para la producción de biodiesel.

    Y además la historia no acaba aquí, pues en la actualidad se están explorando la producción de materiales de interés a partir de los lodos de depuradora: la recuperación de fibras de celulosa así como la producción de biopláticos y biopolimeros (Van Loodsdrecht, 2014). Éstos procesos permiten, gracias a los conocimientos adquiridos en sistemas biotecnológicos avanzados, la generación de compuestos de alto valor añadido que permiten no sólo economizar el tratamiento de resíduos y aguas residuales, sino teóricamente convertirlo en un proceso de biomanufactura industrial (Mo y col., 2013).

    La integración de estos procesos (biorrefinería) permitirá una valorización viable de los lodos de depuradora y con un máximo aprovechamiento no sólo energético sino para la recuperación de nutrientes y otros compuestos de interés. Además esta propuesta puede favorecer la construcción de EDAR de menor tamaño y que puedan ser viables económicamente y dando servicio a pequeñas areas urbanas, todo ello dentro del marco global de la bioeconomía descentralizada, la cual ha tenido un impacto muy positivo en la última reunión del Convenio Marco de las Naciones Unidas relativo al Cambio Climático, celebrada hace unos meses en París.

    Referencias

    Jain S., Jain S., Wolf, I., Lee J., Tong Y. (2015). A comprehensive review on operating parameters and different pretreatment methodologies for anaerobic digestion of municipal solid waste. Renewable Sustainable Energy Review, 52, 142-154.

    Lv, W., Schanbacher, F. L., Yu, Z. (2010). Putting microbes to work in sequence: recent advances in temperature-phased anaerobic digestion processes. Bioresource Technology, 101(24), 9409-9414.

    Mao C., Feng Y., Wang X., Ren G. (2015) Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable Sustainable Energy Review, 45, 540-555.

    Melero, J.A., Sánchez-Vázquez, R., Vasiliadou, I. A., Martínez, F., Bautista, L.F., Iglesias, J. (2015) Municipal sewage sludge to biodiesel by simulatenous extraction and conversion of lipids. Energy Conversion Management 103, 111-118

    Mo, W., & Zhang, Q. (2013). Energy–nutrients–water nexus: integrated resource recovery in municipal wastewater treatment plants. Journal of Environmental Management127, 255-267.

    Shi, X. Y., Li, W. W., & Yu, H. Q. (2015). Microbial hydrogen production from phenol in a two-step biological process. International Journal of Hydrogen Energy40(37), 12627-12633.

    Van Loosdrecht, M., Brdjanovic, D. (2014). Anticipating the next century of wastewater treatment. Science, ,344 1452-1453.

     

    Las centrales termosolares: clave para un mix energético renovable

    Mar, 02/16/2016 - 08:10

    [Autora: Esther E. Rojas, PSA-Ciemat]

    La gestionabilidad de las tecnologías de generación de electricidad de origen renovable se ha convertido, junto con su coste, en el punto crítico para la incorporación de dichas tecnologías en los mixes energéticos actuales.  Ambos puntos, gestionabilidad y coste, se conjugan para dar un determinado valor a cierta tecnología renovable. La gestionabilidad se consigue gracias a sistemas de almacenamiento de energía de gran capacidad, es decir, sistemas capaces de almacenar suficiente energía como para que la producción eléctrica se mantenga durante 6, 7, e incluso 15 horas a pesar de que el recurso renovable no esté disponible.

    Y esta gestionabilidad, a fecha de hoy, solo la tienen de forma comercial las centrales termosolares. Las centrales termosolares convierten en electricidad la energía térmica obtenida a partir de la radiación solar concentrada a través de un bloque de potencia que consta de un ciclo termodinámico y a un generador eléctrico o turbina y que es muy similar al que utilizan las centrales convencionales térmicas y nucleares. Los sistemas de gran capacidad de almacenamiento comerciales que incorporan estas centrales utilizan una mezcla de sales de nitrato (conocida como ‘sal solar’) en estado líquido como sustancia de almacenamiento y que gracias a un aumento de su temperatura en 100 o 300ºC almacenan la energía térmica procedente del campo solar. Las sales de nitrato son sustancias naturales cuya extracción y procesamiento no implica impactos medioambientales relevantes, a diferencia de los materiales de base necesarios en las baterías eléctricas.

    Las 50 centrales termosolares en funcionamiento a día de hoy en España suman una potencia total de 2.300 MWe. De ellas 21 tienen almacenamiento de gran capacidad. El 80% de las centrales de captadores cilindroparabólicos instaladas España tienen sistemas con 7.5 horas de almacenamiento, todas con una potencia eléctrica nominal cercana a los 50 MWe por limitaciones gubernamentales.  Estas centrales son capaces de producir electricidad a potencia nominal durante 7.5 horas sin radiación solar alguna. Otro tipo de centrales termosolares son las de receptor central o de torre. La central Gemasolar, ubicada en Fuentes de Andalucía (Sevilla) lleva en funcionamiento desde 2011, tiene una potencia nominal de 19 MWe y una capacidad de almacenamiento de 15 horas que le permite funcionar en condiciones nominales durante 24 horas diarias.

    Gracias a los sistemas de almacenamiento de gran capacidad de estas centrales termosolares,  la curva de producción agregada de las mismas se acopla perfectamente a la curva de demanda eléctrica nacional (datos obtenidos de Red Eléctrica). Basta echar un vistazo a un día cualquiera para ver gráficamente el perfecto acoplamiento de las dos curvas.

     

     Comparación de la curva de producción horaria de las centrales termosolares con la de demanda eléctrica española para un día de verano de 2014.

    Resaltar que los sistemas de almacenamiento térmico de gran capacidad instalados en las centrales termosolares no sufren degradación alguna de su rendimiento con sucesivos ciclos, a diferencia de las baterías eléctricas. La planta Andasol I lleva en funcionamiento desde finales de 2008, habiéndose realizado más de 2000 ciclos de carga/descarga diaria, sin que ello haya supuesto ninguna alteración y disminución de su rendimiento de producción eléctrica.

    La actual disponibilidad de sistemas de almacenamiento de gran capacidad hace de la energía solar térmica de concentración una tecnología clave e ineludible en el concepto de un mix energético que pueda ser calificado globalmente como renovable. Existen tecnologías renovables, desarrolladas y disponibles comercialmente a costes directos más atractivos que la termosolar, pero cuyo valor (gestionabilidad y coste) está por debajo de la termosolar al  carecer actualmente de adecuados sistemas de almacenamientos de gran capacidad, por lo que su implementación no puede sino ser limitada. La complementariedad de estas tecnologías con la termosolar puede ser considerada la solución a la siempre reclamada no gestionabilidad de las tecnologías renovables y la forma de romper el círculo vicioso sobre la necesidad de mantener y promover tecnologías convencionales que apoyen e hibriden con tecnologías renovables. Recordemos, como hacía L. Crespo en el 3er Congreso IPES, la frase de  Antonio Machado “Todo necio confunde valor con precio” y situemos la termosolar donde le corresponde en el contexto energético actual.

    Los biocarburantes españoles, obligados a acreditar que son sostenibles

    Lun, 02/15/2016 - 04:02

    Los biocarburantes españoles, obligados a acreditar que son sostenibles Desde el 1 de enero se debe acreditar la sostenibilidad de cada litro puesto en el mercado en España para que compute en la obligación nacional de incorporación de biocarburantes en el transporte. Deben acreditar el cumplimiento de los criterios de sostenibilidad “mediante una declaración responsable, pudiendo dichos sujetos estar acogidos a un régimen voluntario reconocido por la Comisión Europea”. “De otra forma, el biocarburante no será certificable”

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

    A partir del 1 enero de 2016 se debe acreditar la sostenibilidad que deben cumplir los biocarburantes para que su consumo pueda contabilizarse en la obligación nacional de incorporación de biocarburantes en el transporte. La Directiva de la Unión Europea en materia de energía procedente de fuentes renovables estableció requisitos específicos para la verificación de los biocombustibles y con ello garantizar su sostenibilidad.

    Estos criterios de sostenibilidad consisten principalmente en que los biocarburantes deben permitir una reducción mínima de emisiones de gases de efecto invernadero del 35%, respecto a los combustibles fósiles a los que sustituyen. Asimismo, no deben estar producidos a partir de materias primas procedentes de tierras con elevado valor en cuanto a la biodiversidad (por ejemplo, áreas protegidas), ni con elevadas reservas de carbono (tales como determinados bosques). Además, las materias primas cultivadas en la UE han de respetar las buenas prácticas agrarias y medioambientales.

    Hasta ahora en España los sujetos obligados deben informar a la CNMC sobre ciertas características de sostenibilidad de las partidas –tipo de biocarburante, tipo de materia prima, país de origen del biocarburante y de la materia prima- no siendo obligatorio aportar información sobre los criterios de sostenibilidad.

    Desde el 1 de enero de 2016 será preciso que los sujetos obligados acrediten el cumplimiento de los criterios de sostenibilidad (criterio de reducción de emisiones y criterios de uso de la tierra) mediante una declaración responsable, pudiendo dichos sujetos estar acogidos a un régimen voluntario reconocido por la Comisión Europea. De otra forma, el biocarburante no será certificable.

    Jornada SIMBIOCAT III: “Aplicaciones de la catálisis en el área de la energía”

    Vie, 02/12/2016 - 04:09

    [Autora: Raquel Portela-ICP-CSIC]

    El próximo día 23 de febrero de 2016 se celebrará en las instalaciones del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) la tercera edición de las jornadas SimbioCAT – Simbiosis entre la Academia y la Industria, “de la investigación a la aplicación industrial”. El lema de SIMBIOCAT III es “Aplicaciones de la catálisis en el área de la energía”. La jornada va dirigida exclusivamente a empresas del sector energético, para las cuales la asistencia es gratuita previa inscripción, ya que las plazas son limitadas (confirmar asistencia con sus datos a la Dra. Sara Junco: s.junco@csic.es)

    El Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, perteneciente al CSIC, viene organizando en los últimos años estas jornadas, orientadas a empresas e investigadores con proyectos afines, en colaboración con el Parque Científico de Madrid. El objetivo es que las empresas del sector conozcan las líneas de I+D y las actividades que se realizan en el instituto para fomentar la colaboración. Para ello, durante el encuentro se habilitan salas de reunión por si surgieran propuestas de trabajo que debatir entre los investigadores y los asistentes. La primera jornada de estas características, SimbioCAT I, se realizó en 2011 y estuvo dedicada a “Biocombustibles, bio-refinerias y valorización de los subproductos”, mientras que SimbioCAT II, en 2013, se centró en “Biocatálisis, transformaciones enzimáticas y biomateriales”. El programa de esta jornada es el siguiente:

    Fecha: 23 de febrero de 2016

    Lugar: ICP-CSIC, c/ Marie Curie, 2. Campus Mixto UAM/CSIC, Cantoblanco, Madrid.

    9:45 Bienvenida: Dr. Jose Carlos Conesa, Director del ICP-CSIC.

    10:00 Ponencias de investigadores del ICP: Combustibles

    • Dr. Francisco Plou y Miguel A. Galeote: “Degradación enzimática de lignocelulosa para la producción de bioetanol de segunda generación”
    • Dra. Cristina Otero y Dr. Roberto Fernández-Lafuente: “Mejora de la producción de biodiésel basada en nuevos conceptos de biocatálisis”
    • Dr. Enrique Sastre: “Transformación de metanol en hidrocarburos”
    • Dr. José M. Campos “Biocombustibles de segunda generación”
    • Dr. Sergio Rojas, “Combustibles sintéticos”

     11:15 Café

     11:30 Ponencias de investigadores del ICP: Hidrógeno y pilas de combustible

    • Dr. Miguel Á. Bañares, “Materiales ligeros para almacenamiento de hidrógeno”
    • Dr. Rufino Navarro, “Aplicaciones y usos del hidrógeno”
    • Dr. Miguel Peña, “Pilas de combustible”.
    • Dr. Arturo Martínez y Dr. Marcos Fernández, “Catalizadores nanoestructurados para energía”
    • Dr. Antonio López de Lacey, “Acoplamiento de bioelectrocatalizadores a electrodos con aplicaciones energéticas”

     12:30 Ponencias empresas y centros tecnológicos

    • D. José J. Brey, de ABENGOA HIDRÓGENO
    • D. Fernando Grau, de AIR LIQUIDE

     13:15 Herramientas de financiación CDTI para proyectos de I+D en empresa

    • D. Gabriel Barthelemy, del CDTI

     13:45 Comida

     14:45 Ponencias empresas y centros tecnológicos

    • Maja Jousif Gagovic, ALBUFERA ENERGY STORAGE
    • Dña. Lourdes Rodríguez, Centro Nacional del Hidrógeno
    • D. Fernando Palacín, Fundación del Hidrógeno de Aragón

     15:45 Preguntas

     16:00 Cierre de la jornada y reuniones

    La energía solar termoeléctrica: Objetivo mundial 2030

    Mié, 02/10/2016 - 14:04

    [Autora: Noemí Arconada, Instituto IMDEA Energía]

    El pasado 4 de febrero, Marruecos inauguró una megaplanta de energía termosolar denominada Noor I. Esta planta ha sido construida por firmas españolas, Acciona, Sener, TSK y Aries quienes han ejecutado la obra en Ouarzazate, ciudad considerada la puerta del desierto y situada al sur del país.

    Noor I, considerada como un éxito de la marca España y de la cooperación hispano-marroquí, ocupa 480 hectáreas, tiene una capacidad de 160 megavatios y suministrará energía a 135.000 hogares. Esta es la primera de cuatro fases de un complejo que se prevé operativo para 2018 convirtiéndose en una de las mayores plantas termosolares del mundo con más de 3.000 hectáreas y 580 megavatios de potencia.

    Esta apuesta de la Agencia Marroquí de Energía Solar, forma parte de un plan marroquí cuyo objetivo es producir 2000 megavatios de electricidad a partir del sol en 2020 con una inversión total de 9.000 millones de dólares.

     

     Figura 1. Imagenes aéreas de la central térmica solar de Ouarzazate, en Marruecos.

    Aprovechando esta inauguración, Greenpeace Internacional, SolarPACES y Estela (Asociación Europea de la Industria Solar Termoeléctrica) han publicado conjuntamente un informe sobre “Energía Solar Termoeléctrica, Perspectiva Mundial 2016” que pone de manifiesto el enorme potencial de la energía solar termoeléctrica en los próximos años.

    Los autores consideran esencial que la Unión Europea, Estados Unidos, Australia y otras regiones actúen para eliminar las barreras que hoy impiden que los proyectos de energía solar termoeléctrica alcancen su máximo potencial siendo necesario que los responsables energéticos de los países del cinturón solar distingan entre “valor” y “precio” a la hora de incorporar nueva capacidad de generación”.




    Dicho estudio analiza varios escenarios a futuro de crecimiento de esta tecnología. Mientras en 2006 la capacidad instalada era de solo 0,5 GW, en 2015 es de casi 5 GW con un volumen anual del mercado de 3.000 millones de dólares y el sector prevé capacidades instaladas de dos dígitos en los próximos cinco años. En condiciones favorables para la energía solar termoeléctrica, los escenarios muestran que esta tecnología podría dar empleo hasta a 2,7 millones de personas en 2030, podría suministrar el 6% de la demanda de electricidad global para 2030 y alcanzar el 12% en 2050. Además la energía solar termoeléctrica podría reducir en más de 37 millones de toneladas las emisiones mundiales de CO2, una cantidad equivalente a cuatro años de emisiones de gases de efecto invernadero de China. Citando textualmente las palabras de Emily Rochon responsable de Greenpeace Internacional, “la energía termoeléctrica puede impulsar las economías locales, proporcionar un suministro de energía fiable y lo más importante, reducir las emisiones de CO2”.

    Tal y como reconocieron los líderes mundiales responsables del Acuerdo de París en diciembre de 2015, el reloj climático no se detiene, es necesario reducir drásticamente las emisiones de forma urgente y la energía solar termoeléctrica debe ser parte de ese proceso. Luis Crespo, presidente de la asociación Estela reconoce que la importancia de la energía solar termoeléctrica radica en su capacidad para aprovechar el sol y proporcionar energía durante las veinticuatro horas del día. Crespo afirma que la energía solar termoeléctrica es clave para lograr un mundo impulsado 100% por energías renovables para el año 2050, algo esencial para salvar el clima y alcanzar un futuro de energía libre de emisiones a nivel mundial.

    En España, la energía termosolar ha superado en 2015 todos los registros de demanda y capacidad, hasta alcanzar una potencia generada de 5.113 GWh frente a los 89 GWh registrados en 2014. Para 2016, se espera mantener este proceso de consolidación y crecimiento. De momento, las empresas españolas continúan tomando un papel clave en las energías renovables a nivel mundial, ya que el consorcio formado por la empresa Saudí Acwa Power y la española Sener (responsable de la ingeniería) han ganado la licitación para la construcción de la segunda y la tercera fase de la megaplanta solar marroquí. El conocimiento y la experiencia de técnicos y expertos españoles en energías renovables han ganado un importante reconocimiento a nivel mundial en los últimos años, lo que está suponiendo un alivio para las empresas españolas que sufren los efectos de la crisis.

    Referencias:

    El CO2 capturado de la atmósfera puede ser transformado en combustible

    Vie, 02/05/2016 - 09:59

     Investigadores han demostrado por primera vez que el CO2 capturado del aire puede ser convertido directamente en metanol (CH3OH) mediante el uso de un catalizador homogéneo altamente activo y selectivo. El beneficio del proceso es doble: por un lado se elimina el CO2 de la atmósfera y por otra el metanol puede ser usado como combustible alternativo a la gasolina.

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

    El incremento en la demanda de energía procedente de fuentes fósiles ha dado lugar a un aumento en la concentración de CO2 en la atmósfera con las consiguientes consecuencias climáticas que se están observando. La eliminación del CO2 de fuentes industriales o de la atmósfera  junto con los recortes en el uso de recursos energéticos fósiles son esenciales para estabilizar y en la medida de lo posible descender la concentración global de CO2 en la atmósfera. La captura y secuestro de CO2 ha sido propuesta como una posible solución a este problema pero también otra alternativa deseable sería la de la captura y reciclado del CO2, sintetizando a partir de él productos de valor energético o químico. Muchos compuestos con interés energético y químico pueden ser sintetizados a partir de la hidrogenación  del CO2 (con hidrógeno generado a partir de fuentes renovables) como por ejemplo metano, metanol o ácido acético. Dentro de esos productos, el metanol es uno de los más atractivos ya que  puede ser utilizado como combustible en motores de combustión y en pilas de combustible y también como compuesto base de la industria química para la síntesis de etileno y propileno que son la base de la síntesis de plásticos y otros polímeros.  En la actualidad la industria química produce más de 70  millones de toneladas  de metanol y su producción se hace a partir de la hidrogenación de CO2 y CO (producidos a partir de metano fundamentalmente) utilizando catalizadores heterogéneos basados en cobre que operan a elevada presión  (25-50 bar) y temperatura (>200ºC).

    Recientemente se han estudiado nuevos procesos de producción de metanol basados en la disolución de CO2 en un disolvente que contiene un catalizador que realiza la hidrogenación del CO2 hacia metanol en fase homogénea[i].  Este tipo de procesos utilizan catalizadores basados en rutenio y permiten realizar la síntesis en condiciones menos severas de presión y temperatura que las utilizadas en los procesos industriales de hidrogenación basados en catalizadores heterogéneos de Cu. El gran desafío en el desarrollo de catalizadores para la síntesis de metanol en disolución es encontrar un material estable a la temperatura a la que se lleva a cabo el proceso (150ºC), capaz de activar a la muy estable molécula de CO2 y capaz catalizar la reacción multietapa de hidrogenación de CO2 en metanol. En un reciente trabajo publicado en  Journal of the American Chemical Society[ii] el profesor G. K. Surya Prakash y el premio Nobel George A. Olah han presentado un nuevo catalizador homogéneo muy eficiente basado en Ru, capaz de producir metanol a partir de CO2 capturado de la atmósfera. La captura del CO2 se hace mediante burbujeo del aire en una solución de aminas que fijan el CO2 en forma de carbonatos, bicarbonatos y carbamatos que son transformados con el nuevo catalizador de Ru en metanol. La nueva formulación de catalizador es capaz de transformar el 79% del CO2 atmosférico en metanol a 125-165ºC y una presión de 50 bar. Se obtiene una mezcla de metanol y agua que es separada mediante destilación y el catalizador y el disolvente de aminas pueden ser reusados para subsiguientes ciclos de reacción. Desde un punto de vista más amplio, los autores del trabajo esperan que estos desarrollos puedan contribuir a la futura economía basada en metanol que permita un ciclo antropogénico del carbón basado en el par CO2/metanol en el cual el CO2 es continuamente reciclado mediante su transformación en metanol y subsiguientemente usado como combustible o compuesto químico y transformado en CO2.

    En próximas etapas, los investigadores planean rebajar la temperatura de operación de los catalizadores desarrollados y mejorar los niveles de eficiencia alcanzados en la producción de metanol.


    [i] Wesselbaum S., Vom Stein T., Klankermayer J., Leitner W. Angew. Chem. Int. Ed. 2012 51 7499

    [ii] Kothandaraman, J. , Goeppert A., Czaun M, Olah G.A., Surya Prakash G.K, Journal of the Americal Chemical Society 2016, 138,778

    Diseñan prototipos de paneles solares que alimentan smartphones y pequeños motores

    Vie, 02/05/2016 - 05:39

    Fuente: Agencia Informativa Conacyt / Ana Luisa Guerrero

    Cargar la batería de un smartphone o encender un ventilador personal sin necesidad de una conexión eléctrica a través de paneles portátiles de celdas solares orgánicas desarrolladas por científicos mexicanos, es ahora posible.

    Tras nueve años de investigaciones y ardua labor en equipo entre diversas instituciones del país, el Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM) del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) ha desarrollado el primer prototipo portátil en el país capaz de absorber la luz del sol, transformarla en electricidad y almacenarla para ser utilizada en aparatos de uso cotidiano, como el teléfono celular o motores eléctricos de mediana potencia.

    Esta aportación mexicana de energía renovable es emergente a nivel mundial, por lo que tiene la oportunidad de ser punta de lanza para la creación de nuevos dispositivos basados en materiales orgánicos que permitan el uso de la energía solar fotovoltaica.

    El panel de área grande, llamado así porque es de varios centímetros (unos 50 cm2), entrega cinco V de voltaje DC y alrededor de 20 mA/cm2 de corriente DC, también está diseñado para almacenar energía eléctrica de un tomacorriente normal cuando esté descargado y la luz solar no sea suficiente, por ejemplo en días nublados o de noche.

    Este avance es resultado de la colaboración académico-científica de un grupo que se ha desarrollado en la materia y que ha sido financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), del Fondo Sectorial entre el Conacyt y la Secretaría de Energía en el rubro de Sustentabilidad Energética, del Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (Cemie-Sol) y del propio CIO.

    Particularmente, este prototipo fue diseñado y elaborado por tres estudiantes que lo realizaron como proyecto de titulación bajo la asesoría de Enrique Pérez Gutiérrez, investigador asociado del GPOM. Se trata de Blanca Gómez, ingeniera en energías renovables por el Instituto Tecnológico Superior de Cintalapa, Chiapas; Francisco Amores, ingeniero en electrónica por el Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas; y Leonardo Saavedra, ingeniero en biotecnología por el Instituto Politécnico Nacional (IPN) campus Guanajuato.

    El doctor Enrique Pérez Gutiérrez explica a la Agencia Informativa Conacyt que en el GPOM del CIO han desarrollado celdas solares con eficiencia de conversión energética de siete por ciento. En este caso se utilizaron seis paneles solares interconectados que fueron depositados en sustratos de vidrio conteniendo un electrodo transparente y otro opaco de una aleación de tres metales; el material orgánico fotoactivo es una mezcla de dos compuestos orgánicos que captan la luz solar y generan electricidad.

    Los jóvenes estudiantes, ahora ingenieros profesionales, diseñaron un circuito electrónico adaptado especialmente para la potencia eléctrica entregada por el panel. La energía eléctrica se almacena en cuatro baterías recargables comerciales que están integradas al prototipo.

    Con estas características técnicas, el panel solar orgánico puede cargar en su totalidad la batería de un smartphone; esto ha sido probado en diferentes modelos y marcas, desde los más sencillos hasta aquellos que requieren más potencia.

    En diciembre de 2015 se logró con éxito esta innovación, por lo que el grupo de investigación trabaja en un proceso de caracterización opto-eléctrico más completo y en la mejora del prototipo con miras a fabricar paneles flexibles y semitransparentes.

    Energías renovables, prioridad nacional

    En los últimos años, México ha emprendido esfuerzos para incrementar la generación de energías renovables y no contaminantes. La Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (LAERFTE) establece que para el 2024 la participación de las fuentes no fósiles en la generación de electricidad debe ser de 35 por ciento.

    De ahí que se haya implementado el Programa Especial para el Aprovechamiento de las Energías Renovables 2014-2018, a fin de promover tecnologías que permitan aprovechar las fuentes renovables de energía que garanticen la seguridad energética y la sustentabilidad ambiental.

    En busca de ese propósito fue que se conformaron los Centros Mexicanos de Innovación en Energía con recursos provenientes del Fondo de Sustentabilidad Energética, para fortalecer, consolidar y vincular las capacidades científicas y tecnológicas en el país, que además coadyuvaran a la formación de recursos humanos especializados.

    De ellos se desprende el Cemie-Sol, un consorcio virtual coordinado por el Instituto de Energías Renovables de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) que agrupa a 57 instituciones de investigación y/o educación superior y a diez empresas para generar sinergias en torno al aprovechamiento de la energía solar.

    Con arranque formal en marzo de 2014, el Cemie-Sol abanderó y apoyó 22 proyectos iniciales, actualmente suman 50; uno de ellos enfocado en el desarrollo de celdas solares orgánicas con participación del GPOM del CIO, que hasta el momento ha generado paneles con una eficiencia energética competitiva a los desarrollos que realizan otros grupos de investigación a nivel mundial.

    Para México, el desarrollo de celdas solares orgánicas e híbridas es fundamental no solo para disminuir el consumo de hidrocarburos y la generación de dióxido de carbono, sino para utilizar el gran potencial energético solar que hasta ahora se desaprovecha.

    El doctor Elder de la Rosa, director del CIO, plantea en una aportación que la irradiación solar promedio en el territorio nacional es de cinco kWh/m2/día, y con dispositivos fotovoltaicos de 10 por ciento de eficiencia de conversión bastaría utilizar el 0.1 por ciento de la superficie de México para obtener 355 TWh/año, que es mayor al consumo total de energía actual del país, que se ha estimado en 271 TWh/año.

    “Si suponemos un incremento en el consumo de energía del tres por ciento anual, tendríamos más de 300 años para explotar al máximo la energía solar disponible. Dicho de otro modo, el sol es sin duda la mayor fuente de energía de que disponemos”, enfatiza.

    Celdas solares orgánicas

    El doctor José Luis Maldonado Rivera, investigador titular del GPOM, refiere que el trabajo teórico y práctico se está realizando en el CIO con técnicas que se han estado implementado en el GPOM, a través de las cuales se ha posibilitado obtener celdas de varios centímetros cuadrados que, a su vez, fueron interconectadas en serie para incrementar el voltaje, y también conectadas en paralelo para aumentar la corriente.

    Resalta que las celdas orgánicas tienen una eficiencia de conversión energética menor a las fabricadas con materiales inorgánicos, como el silicio, y difícilmente podría igualarse, pero se trabaja para hacerlas más eficientes aprovechando sus características, tales como fácil procesamiento, ligereza, bajo costo de elaboración, flexibilidad y potencial transparencia.

    Miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), detalla que los paneles solares funcionan bajo el efecto fotovoltaico que consiste en absorber la luz solar y generar electricidad.

    Se componen de un material activo depositado entre dos electrodos llamados ánodo y cátodo, colocados en un sustrato como vidrio, plástico o acetato. Cuando reciben la luz solar comienza el proceso de absorción de fotones que generan pares de cargas eléctricas de tipo electrón-hueco, que se conocen como excitones, y que por su naturaleza se pueden disociar. En esta fase, los electrones se dirigen al cátodo y los huecos al ánodo, produciéndose una diferencia de potencial y una corriente eléctrica.

    Prototipo del CIO

    La innovación desarrollada en el CIO es una muestra clara del potencial de México en tecnologías basadas en materiales orgánicos, considera Maldonado Rivera, quien asegura que se trata del primer panel y prototipo desarrollado en nuestro país producto de la colaboración académica y científica.

    El doctor Pérez Gutiérrez señala que hay grupos de investigación en otros países que han obtenido resultados con aplicaciones similares, pero para México lograr este prototipo implica estar a la par no solo de investigación científica sino de desarrollos tecnológicos.

    “Al día de hoy, a nivel mundial hay pocas empresas o centros de investigación con prototipos como este, entonces lo que ha logrado el grupo y el CIO es colocarnos a la par no solo para entender los procesos físicos que puedan ocurrir con este tipo de materiales, sino a nivel tecnológico para desarrollar este tipo de tecnologías”, abunda.

    Producto de estos trabajos, el centro público de investigación ya ha iniciado trámites de patentes, uno relacionado con los materiales que utilizan, y en el cual ya pasaron el primer filtro, y están a la respuesta del segundo correspondiente a la evaluación.

    Además ha establecido contacto con algunas empresas, particularmente una dedicada a las celdas solares basadas en silicio ubicada en Irapuato, Guanajuato, que está interesada en expandir sus desarrollos a celdas orgánicas.

    Enlace a la noticia: http://invdes.com.mx/medio-ambiente-mobil/10305-disenan-prototipos-de-paneles-solares-que-alimentan-smartphones-y-pequenos-motores

     

    Madrid + Natural: Adaptación al cambio climático basado en la naturaleza

    Mar, 02/02/2016 - 05:00

    [Autora: Raquel Portela, ICP-CSIC]

    En Ayuntamiento de Madrid ha puesto en marcha un plan de regeneración urbana basado en la naturaleza. El proyecto Madrid+Natural identifica múltiples soluciones de “renaturalización” susceptibles de ser aplicadas mediante pequeñas actuaciones con un elevado potencial de replicación, visionando una red urbana donde las intervenciones propuestas contribuyan en su conjunto a la resiliencia de la ciudad frente al cambio climático, generando un entorno más amable para las personas y más resistente frente a los impactos externos. El presupuesto, millonario, contempla intervenciones en múltiples ubicaciones, entre las que destaca la ribera del Manzanares. Las propuestas de actuación se basan en las siguientes ideas:

    Gestión sostenible de las aguas pluviales

    Adaptación de los sistemas de drenaje de espacios urbanos a los fenómenos meteorológicos extremos, de frecuencia creciente, mediante soluciones discretas que emulen la infiltración natural de las aguas pluviales, atenuando su volumen y facilitando la absorción de agua de escorrentía que proviene de superficies duras. Los pavimentos permeables y la vegetación son herramientas de transformación del ámbito urbano, una tecnología simple que puede ser fácilmente implementada en zonas actualmente pavimentadas y que, generalizada a la escala urbana, ayuda a hacer frente a condiciones climáticas extremas, a la vez que mejora significativamente el paisaje urbano. La infiltración al terreno favorece que la humedad del suelo sea acorde al ciclo natural del agua, y por tanto el desarrollo de la vegetación urbana, y atenúa el impacto de precipitaciones intensas en la red de drenaje, racionalizando su dimensionamiento y evitando reestructuraciones de mayor coste.

    De forma complementaria, la recuperación de los trazados originales de los ríos y la reducción de su canalización puede facilitar la recuperación de riberas, y por tanto de su biodiversidad, y el rediseño de cauces y llanuras fluviales mediante la creación de zonas verdes con superficies permeables permite la formación de áreas inundables. Las áreas temporalmente inundables amortiguan el caudal de agua que llega a la red de drenaje en periodos de precipitaciones intensas, evitando así el colapso de estos sistemas de saneamiento y tratamiento de aguas. La presencia de vegetación ribereña también ayuda a mitigar el impacto de las precipitaciones fuertes.

    Renaturalización

    Fomento de políticas orientadas a promover, proteger y restaurar los bosques urbanos, que son de gran valor social y ambiental por múltiples funciones. Por un lado son espacios que permiten interactuar socialmente, practicar actividades deportivas y saludables, y acercarse a la naturaleza, escapando un poco del ambiente urbano. Además, proporcionan sombreado y son beneficiosos para la gestión del agua de lluvia y la calidad del aire. Pueden incluso concebirse como estrategias de recuperación de terrenos degradados o vertederos agotados, en línea con otras de las propuestas que consisten en el reaprovechamiento de espacios y solares  vacíos, degradados o en desuso -originados como consecuencia de cambios demográficos o motivos económicos, por ejemplo- en base a principios de bajo coste y baja demanda de mantenimiento. Estas estrategias incluyen, por un lado, el fomento del apoyo de la comunidad local para la revegetación de solares, el ajardinamiento de infraestructuras y el aumento de la vegetación en las calles mediante procesos participativos, que ayuden a superar los desafíos de su gestión y al mismo tiempo reactiven la interacción social y refuercen el sentido de pertenencia en los barrios, aumentando el bienestar. Por otro lado, es importante la elaboración de directrices sobre espacios verdes para las nuevas urbanizaciones y la incentivación de la mejora voluntaria de las estructuras existentes, involucrando a las empresas e instituciones locales en estrategias resilientes de desarrollo que fortalezcan su responsabilidad social, promoviendo el bienestar de las personas y la adaptación al cambio climático.

    Las directrices de selección de especies vegetales y técnicas de plantación en estos y otros espacios públicos y privados tendrá en cuenta el impacto de las alergias provocadas por algunas especies vegetales sobre la población y se adaptarán a las condiciones ambientales venideras: períodos de sequía más largos, clima más cálido o lluvias poco frecuentes pero más intensas, marcan las predicciones del escenario de cambio climático. El diseño de espacios verdes en base a especies locales aumenta la diversidad de flora y fauna silvestres y contribuye a preservar hábitats naturales.

    Huertos urbanos

    Impulsar la agricultura urbana en todo tipo de superficies, optimizando así el uso de espacios públicos y edificios. Ésta práctica, además de acercar la urbe al campo, puede ayudar a crear un sentido de comunidad y pertenencia, incentivar el consumo de alimentos locales, y tener beneficios educativos y terapéuticos si se incluye en escuelas y residencias de mayores.

    Actuación sobre el microclima

    Diseño de edificios y barrios teniendo en cuenta el potencial de actuación sobre el microclima, especialmente fomentando la humedad y el sombreado estacional. Por un lado, si en el diseño de los espacios urbanos se aumenta el número de fuentes, rociadores u otros elementos de agua se aprovecha su capacidad para reducir las temperaturas y mitigar el efecto “isla de calor”. Imprescindible es el estudio previo de cuál es el uso correcto del agua teniendo en cuenta el consumo de energía, las pérdidas de agua y el mantenimiento para conseguir un efecto positivo en el microclima local con un coste razonable. Por otro lado, las estructuras de sombreado temporales, tanto cubiertas textiles como especies de hoja perenne, contribuyen a mitigar el calor en el verano, principalmente durante las horas más calurosas del día, y maximizan la ganancia de calor solar en invierno, haciendo los espacios públicos más confortables. También aplicar en las cubiertas de edificios pintura blanca reflectante o materiales como la grava reduce significativamente el calentamiento de éstos por radiación solar en los meses de calor, y por tanto el consumo energético y el “efecto isla”. Sin embargo, dado que las cubiertas de los edificios constituyen una gran cantidad de espacio infrautilizado, es muy conveniente también la creación de cubiertas ajardinadas, que facilitan la gestión de las aguas pluviales, mejoran el aislamiento e incrementan la calidad del aire, además de crear hábitats para la biodiversidad. Adicionalmente se pueden emplear las fachadas para hacer jardines verticales, como elementos verdes alternativos que mitiguen la escasez de espacio en superficie, ayudando a mejorar la calidad del aire al tiempo que aislan acústica y térmicamente los edificios. Sin embargo su mantenimiento es costoso, las soluciones económicas requieren una cuidadosa selección de las especies vegetales que las componen.

    Referencias:  

    Páginas


    Instituto Chileno de Permacultura