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


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

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

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

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

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

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

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

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

 

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Curso de verano en Santander


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

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

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

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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

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


Autor: Manuel Montiel. Universidad Autónoma de Madrid

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

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

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

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

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

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

 

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

Bibliografía

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

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

 

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


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

Autor: Juan M. Coronado-Instituto IMDEA Energía

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

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

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

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

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

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

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

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

Referencias

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

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

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


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

 

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

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

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¿Groucho Marx tenía razón? Plantas termosolares de menor dimensión


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

 Autora: Elena Díaz-Instituto IMDEA Energía

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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Alemania pone en marcha las ayudas a los vehículos eléctricos


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

Publicado el 02/05/2016

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

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

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

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

Volkswagen e-Golf y e-Up!

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

Lo comparamos con el plan MOVEA español

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

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

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

La necesidad de las ayudas

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

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

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

 

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Fusión nuclear: situación del proyecto ITER


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

Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos

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

Objetivos

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

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

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

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

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

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

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

4) Probar la producción in situ de tritio

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

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

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

Fases del proyecto

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

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

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

¿Y después del ITER?

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

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

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

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

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

Construcción del ITER

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

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

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

¿Retrasos en el proyecto?

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

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Estados Unidos apuesta por la aprobación de 5 biocombustibles de base biológica


La Administración Federal de Aviación (FAA) ha aprobado 5 combustibles de aviación alternativos que pueden llegar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero hasta en un 85% en contraste con los combustibles tradicionales.

Autora: Cristina Álvarez Vaquerizo -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT

Estos biocombustibles aprobados son: Alcohol paraqueroseno parafínico sintético de Jet (ATJ-SPK) creado a partir del isobutanol proveniente de los residuos de cosechas como la de maíz o azúca, Iso-parafinas sintetizadas (SIP) produciendo combustibles de mayor octanaje, esteres de ácidos grasos y de queroseno parafínico sintético (HEFA-SPK) que utiliza grasas y aceites y grasas hidroprocesadas, quereoseno parfínico sintético Fischer-Tropsoh (FT-SPK) y queroseno sintético con aromáticos Fischer-Tropsoh (FT-SKA), ambos a partir de diversas fuentes de biomasas renovables. Los requisitos que deben cumplir todos ellos son que puedan ser utilizados directamente en los motores actuales sin necesidad de transformaciones u otros equipos, el rendimiento sea equivalente a los ofrecidos por los combustibles fósiles y mantengan la seguridad.

Con esta iniciativa la industria de la aviación podrá ayudar al medio ambiente y luchar contra el calentamiento global.

Fuente: www.energiasrenovables.com

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