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    1. Autor: Alfonso Vidal-CIEMAT

      Resumen

      A pesar de que el calor de proceso es reconocido como la aplicación con mayor potencial entre las aplicaciones de calefacción y refrigeración solar, el calor solar para procesos industriales (SHIP) todavía presenta una modesta participación de alrededor de 88 MWth de capacidad instalada (0,3% del total de la capacidad solar térmica instalada).

      En este contexto, el proyecto INSHIP (Integrating National Research Agendas on Solar Heat for Industrial Processes) tiene por objeto la definición de un ECRIA (European Common Research and Innovation Agenda) que reúne a los principales institutos de investigación europeos con actividades reconocidas en el ámbito del SHIP.

      El uso de la energía solar concentrada en sustitución de los combustibles fósiles para impulsar la calcinación endotérmica del CO3Ca a más de 1300 K tiene el potencial de reducir las emisiones de CO2 en un 20% en una planta de cal de última generación y hasta un 40% en una planta de cemento convencional.

      En este sentido, la actividad 4.2 del proyecto INSHIP liderada por CIEMAT se centra en la integración de este proceso en una planta de torre central, la selección del tipo de reactor más adecuado y finalmente la evaluación del rendimiento térmico del receptor en condiciones reales.

      Abstract

      Despite process heat is recognized as the application with highest potential among solar heating and cooling applications, Solar Heat for Industrial Processes (SHIP) still presents a modest share of about 0.3% of total installed solar thermal capacity. In this context, the project INSHIP (Integrating National Research Agendas on Solar Heat for Industrial Processes) aims at the definition of an ECRIA (European Common Research and Innovation Agenda) engaging major European research institutes with recognized activities on SHIP

      Cement is the third-largest energy consumer in the industry sector, accounting for 7% of total final industrial energy use, but due to important process emissions, cement has the second-largest share of CO2 emissions from industry at 27%, i.e. 6.5% of total energy-related CO2 emissions.

      The use of concentrated solar energy in place of fossil fuels for driving the endothermic calcination reaction CaCO3 = CaO + CO2 at above 1300 K has the potential of reducing CO2 emissions by 20% in a state-of-the-art lime plant and up to 40% in a conventional cement plant.

      The activity 4.2 of the INSHIP project led by CIEMAT focuses on the integration of a cement process in a central tower plant, selection of the most suitable reactor configuration and finally the evaluation of the thermal performance of the receiver under real conditions.

      A pesar de que el calor de proceso es reconocido como la aplicación con mayor potencial entre las aplicaciones de calefacción y refrigeración solar, el calor solar para procesos industriales (SHIP) todavía presenta una modesta participación de alrededor de 88 MWth de capacidad instalada (0,3% del total de la capacidad solar térmica instalada). A nivel regional, la contribución del calor de proceso en el consumo total de energía final representa valores en torno al 30% en Asia y América Latina, alrededor del 20% en Europa, Eurasia y Australia no pertenecientes a la OCDE o alrededor del 15% en Europa, África y América de la OCDE.

      La gama actual de costes de producción de calor muestra que el calor de proceso impulsado por energías renovables (ER) ya es económicamente competitivo cuando se consideran la biomasa o los recursos geotérmicos. La energía solar térmica se acerca actualmente a la competitividad sólo en aplicaciones de baja temperatura.

      En este contexto, el proyecto INSHIP (Integrating National Research Agendas on Solar Heat for Industrial Processes) tiene por objeto la definición de un ECRIA (European Common Research and Innovation Agenda) que reúne a los principales institutos de investigación europeos con actividades reconocidas en el ámbito del SHIP.

      El paquete 4 del proyecto tiene como objetivo identificar aquellos procesos industriales con una demanda importante de calor a alta temperatura y altas emisiones, de cara a una posible integración de energía solar concentrada. 

      La industria del cemento es el tercer consumidor de energía del sector industrial, con un 7% del total del consumo final de energía industrial, pero debido a las importantes emisiones de los procesos, el cemento tiene la segunda mayor parte de las emisiones de CO2 de la industria, con un 27%, es decir, un 6,5% del total de las emisiones de CO2 relacionadas con la energía. Se prevé que esta cuota se duplique en 2050 bajo el 2DS, situando al subsector del cemento en el primer lugar.

      El uso de la energía solar concentrada en sustitución de los combustibles fósiles para impulsar la calcinación endotérmica [1] a más de 1300 K tiene el potencial de reducir las emisiones de CO2 en un 20% en una planta de cal de última generación y hasta un 40% en una planta de cemento convencional.

      En este sentido, la actividad 4.2 del proyecto INSHIP liderada por CIEMAT se centra en la integración de este proceso en una planta de torre central, la selección del tipo de reactor más adecuado y finalmente la evaluación del rendimiento térmico del receptor en condiciones reales.

      Para este tipo de proceso se ha seleccionado la geometría de cavidad,  esta geometría ha sido ampliamente utilizada como concepto de reactor solar dado que ha demostrado tener mayores eficiencias que los receptores externos (1,2). El uso de geometrías de cavidad facilita la reducción de las pérdidas térmicas, minimizando las pérdidas convectivas y radiativas totales, lo que conduce a una mejora de la eficiencia óptica.

      Estas configuraciones son adecuadas para aplicaciones de concentración solar ya que suelen mostrar una baja respuesta a los cambios en las condiciones de funcionamiento, lo que evita cambios bruscos de temperatura en presencia de pequeños transitorios, lo que resulta especialmente útil cuando se aplica calor solar a una planta química en la que los cambios de temperatura en un proceso pueden producir problemas en el control de la planta.

      Un prototipo de receptor de 100 kW se está ensayando en la torre CRS de la Plataforma Solar de Almería en condiciones reales para confirmar este tipo de comportamiento.

      [1] Harris, J.A., Lenz, T.G.,. Thermal performance of solar concentrator/ cavity receiver systems. Solar Energy 34 (2), (1985). 135–142.

      [2] Clausing, A.M. An analysis of convective losses from cavity solar central receivers. Solar Energy 27 (4), (1981) .295–300.

      Contacto

      Alfonso Vidal, Investigador del Grupo CIEMAT-ATYCOS del Programa ACES2030-CM.- alfonso.vidal@ciemat.es

      Coordina ACES2030-CM Manuel Romero del Instituto IMDEA Energía.

      Lunes, Octubre 7, 2019 - 08:59
    2. FUENTE: FAO News
      FAO has launched an emergency project under its Technical Cooperation Programme to help countries in Latin America and the Caribbean fight the spread of Fusarium wilt (TR4), a fungal plant disease that can wipe out the banana crops upon which the livelihoods of millions of people depend.
      Jueves, Octubre 3, 2019 - 06:00
    3. FUENTE: FAO News
      The FAO Food Price Index, which tracks monthly changes in the international prices of commonly-traded food commodities, averaged 170 points in September, virtually unchanged from August and 3.3 percent higher than in the same month in 2018.
      Jueves, Octubre 3, 2019 - 05:00
    4. FUENTE: FAO News
      Burundian forestry activist Leonidas Nzigiyimpa was awarded the 2019 Wangari Maathai ‘Forest Champion' Award in recognition of his passionate commitment and outstanding contribution to improving forests and the lives of indigenous peoples, women and youth in his country.
      Lunes, Septiembre 30, 2019 - 19:00
    5. Autores: Irene Palacio y José Ángel Martín Gago. Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)

      En el 2004 el grafeno irrumpe en el panorama científico con la promesa de ser uno de los principales materiales del futuro tecnológico debido a sus excelentes propiedades tanto electrónicas como mecánicas, ópticas…. Es por ello, que desde entonces una gran parte de la comunidad científica ha realizado un gran esfuerzo en el estudio y desarrollo de este material y sus posibles aplicaciones. De hecho, la Comunidad Europea  financia con 1 Billón de euros un proyecto coordinado con diferentes laboratorios europeos sobre grafeno conocido como Graphene Flagship desde el año 2013 y con duración hasta el 2023.

      La síntesis de grafeno sobre metales mediante diversas técnicas está ya bastante optimizada, sin embargo, la fuerte interacción entre el grafeno y el sustrato es el principal punto problemático a la hora de la aplicación directa de esté material en la electrónica. Para solventar este problema, diversas soluciones han sido propuestas: desde la síntesis directa en sustratos aislantes, a la transferencia de la lámina de grafeno a otros sustratos más relevantes o el desacoplo de grafeno del sustrato. Es en ésta última propuesta donde el  grupo ESISNA del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) en colaboración con la línea CIRCE del Sincrotrón ALBA de Barcelona y el Centro de Física de Materiales en San Sebastián,  ha desarrollado una nueva metodología para el desacoplo de grafeno de superficies metálicas mediante la fotodisociación de sal (NaCl).

      Concretamente, el trabajo, recientemente publicado en la revista 2D Materials, demuestra cómo desacoplar el grafeno sintetizado sobre un metal de una forma sencilla y reversible. La idea es evaporar una lámina delgada de sal sobre la muestra de grafeno para luego irradiar la muestra con fotones altamente energéticos. Éste haz de fotones, disocia las moléculas de NaCl, y mientras que los iones de cloro se desorben, los de sodio se intercalan a través del grafeno desacoplándolo del sustrato. Además de desacoplarlo, logran dopar el grafeno (tipo n), lo que es una ventaja para ciertas aplicaciones. El proceso es totalmente reversible, pudiéndose recuperar la muestra original y sin dañar de grafeno mediante un calentamiento.

      Esta nueva metodología tiene un gran potencial tecnológico, ya que es simple y eficaz  y se sirve de un elemento, la sal, abundante y barato.

      Esquema  y patrones de difracción demostrando el desacoplo de grafeno de una superficie metálica mediante la fotodisociación de sal, así como la reversibilidad del proceso.

      Publicación: I.  Palacio et al.  2D Materials, 6, 025021 (2019)

      Contacto

      Jose Ángel Martín Gago, Responsable de Grupo ESSISNA del Programa FotoArt-CM. – gago@icmm.csic.es

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

      Lunes, Septiembre 30, 2019 - 04:14
    6. FUENTE: FAO News
      Food security and nutrition must be a priority in Small Island Developing States, where climate change, isolation, insufficient land resources and dietary changes that favor obesity are all particular challenges, FAO Director-General Qu Dongyu said at a high-level meeting.
      Viernes, Septiembre 27, 2019 - 18:00
    7. FUENTE: FAO News
      The Food and Agriculture Organization (FAO) and the United Nations Environment Programme (UNEP) signed a Memorandum of Understanding today, renewing a formal collaboration the two UN agencies began in 1977. It was signed by FAO Director-General Qu Dongyu and UNEP Executive Director Inger Andersen.
      Viernes, Septiembre 27, 2019 - 04:00
    8. FUENTE: FAO News
      Having Member States’ support and buy-in is paramount to FAO successfully rolling out new initiatives, such as the new Hand-in-Hand Initiative, to help accelerate achievement of the Sustainable Development Goals - especially ending poverty and hunger - and not leaving anyone behind.
      Miércoles, Septiembre 25, 2019 - 19:00
    9. FUENTE: FAO News
      Establishing a new business model based on science, data, transparency and accountability and conducive to strong partnerships with the private sector, is a major focus for FAO.
      Miércoles, Septiembre 25, 2019 - 19:00
    10. FUENTE: FAO News
      The United Nations Food and Agriculture Organization (FAO) and the UN Development Programme (UNDP) have signed a new Memorandum of Understanding to strengthen their partnership towards achieving the Sustainable Development Goals.
      Miércoles, Septiembre 25, 2019 - 19:00

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