Archivo de mayo, 2010

Pilas de combustible de membrana de intercambio aniónico

Una de las definiciones más aceptadas de Desarrollo Sostenible es la de la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo (Comisión Brundtland), que en 1987 lo definió como el desarrollo que asegura las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para enfrentarse a sus propias necesidades. Con el fin de alcanzar un desarrollo sostenible será necesario, entre otras cosas, reducir la dependencia actual de los combustibles fósiles, por varios motivos: por un lado, la escasez de estos debido a que son fuentes de energía no renovables, y por otro, la distribución heterogénea de las Reservas Probadas. Estos motivos entre otros hace necesaria la búsqueda de fuentes alternativas de energía.

Autores: [P. Hernández-Fernández, P. Ocón-Universidad Autónoma de Madrid]

Otro problema que se deriva del uso de combustibles fósiles son las emisiones incontroladas y crecientes de gases de efecto invernadero, especialmente CO2, las cuales tienen un gran impacto ambiental. Con el fin de controlar dicho efecto se formuló en 1997 el Protocolo de Kioto, el cual pretende reducir globalmente las emisiones de efecto invernadero en un 5.2% respecto a las de 1990 (año de referencia) para el periodo 2008-2012. En este sentido, la Unión Europea deberá reducir sus emisiones globales un 8% respecto a las de 1990, y España podrá aumentarlas como máximo un 15%. En el año 2002 España superó esos requerimientos en más de un 20%, y en el año 2009 se emitió un 52% más respecto al año base. En este marco, se plantea el objetivo de utilizar fuentes de energía alternativas con el fin de disminuir tanto las emisiones contaminantes como la dependencia de los recursos energéticos tradicionales. En este sentido, el uso de hidrógeno generado de forma limpia y económica se plantea como una opción atractiva para solventar parte de las necesidades energéticas de la sociedad (Tecnología del Hidrógeno).

La manera de obtener energía de forma eficiente a partir del H2 es mediante el uso de dispositivos denominados Pilas de Combustible. En particular, las de Membrana Polimérica (PEM) son candidatas ideales para aplicaciones tanto el transporte, como en sistemas estacionarios y dispositivos portátiles. Precisamente, el sector transporte constituye uno de los campos de actividad económica de la Unión Europea, representando además el 28% de las emisiones de CO2, el 35% del consumo energético y el 70% del consumo de petróleo. No obstante, para que este mercado sea económicamente viable, es necesario introducir una serie de mejoras tecnológicas entre las que destacan el aumento de la densidad de potencia mediante el uso de nuevas membranas, y la disminución de la carga del metal noble (Pt) del electrocatalizador. En la actualidad se propone reducir el contenido en Pt por debajo de 0.3 mg/cm2 para el año 2015. Para esa cantidad de carga la actividad deberá ser próxima a 1 W/cm2, es decir, la carga total máxima no debe superar los 0.3 g/KW.

Las pilas de combustible tipo PEM emplean como electrolito sólido membranas de intercambio protónico (polímeros perfluorosulfónicos ácidos) y requieren de catalizadores con un elevado contenido en Pt, especialmente en el cátodo, ya que la cinética de la reducción de O2 es seis órdenes de magnitud más lenta comparada con la del H2 en condiciones reales de trabajo. Uno de los principales problemas que presentan las pilas de combustible tipo PEM es la baja tolerancia al CO que presentan los catalizadores que las forman, el CO se quimiadsorbe fuertemente al Pt en las condiciones de operación de estos dispositivos disminuyendo el rendimiento enormente. Esto supone que el H2 que llega a la pila debe tener un contenido en CO muy bajo (< 10 ppm). A pesar de esto y de la gran madurez tecnológica que presentan, por ejemplo, las pilas de combustible alcalinas (AFC), las pilas tipo PEM han alcanzado una gran popularidad debido, entre otros factores, a la flexibilidad en el uso de un electrolito sólido y a que no hay pérdidas de electrolito. Sin embargo, comparando las pilas tipo PEM con las AFC, las segundas pueden sobrepasar teóricamente a las primeras, alcanzando mayores densidades de corriente. Las pilas AFC tienen muchas ventajas respecto a las PEMFC. Entre éstas pueden destacarse: i) la naturaleza menos corrosiva del medio alcalino comparado con el ácido de las PEM, lo cual asegura una mayor duración del dispositivo; ii) la cinética de la reducción de oxígeno queda favorecida en medio básico, lo cual permite el uso de metales no nobles tipo Ni en la formulación de catalizadores catódicos, con la consecuente disminución del coste. El mayor problema que presentan las pilas AFC proviene del electrolito que emplean, KOH generalmente confinado en una matriz de asbestos. Este puede carbonatarse debido a pequeñas cantidades de CO2 presentes en la alimentación provocando una disminución del contenido en –OH, lo cual empeora la cinética de las reacciones electródicas; un aumento de la viscosidad del electrolito, disminuyendo así la velocidad de difusión; la precipitación de los carbonatos en los electrodos porosos, reduciéndose el transporte de masa; una disminución de la solubilidad del O2 y la reducción de la conductividad del electrolito.

La tendencia actual se basa en el desarrollo de Membranas de Intercambio Aniónico (AAEM), ya que el uso de pilas de combustible con este tipo de membranas aunaría las ventajas de trabajar en medio básico (cinéticas más rápidas, ambiente menos corrosivo) con las derivadas del uso de electrolitos sólidos (ausencia de perdidas de electrolito, fácil manipulación). Además, el problema de la carbonatación se evitaría, ya que al no haber catión móvil como en el caso de las pilas AFC (K+), no se produciría la precipitación de dichas especies. Por otro lado, el balance de agua se simplifica, ya que el agua que se produce en el ánodo se consume en el cátodo, en contrapartida con las pilas PEMFC de intercambio protónico.

Más información.

E. Antolini, E.R. González. J. Power Sources 195 (2010) 3431.

J.R. Varcoe, R.C.T. Slade. Fuel Cells 5 (2005) 187.

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Influencia de las prácticas agrícolas en la eficiencia energética de la producción de alimentos y biocombustibles.

Aunque en los últimos años la obtención de bioetanol a partir de cereales ha dejado de considerarse una opción sostenible debido a la competencia con su uso alimentario, un estudio reciente de la Universidad Estatal de Michigan[1] demuestra además que es más rentable energéticamente dedicar estas cosechas al consumo humano, mientras que otros cultivos herbáceos como la alfalfa podrían ser más eficientes para obtener bioenergía.

Autor: [Juan M. Coronado-IMDEA Energía]

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Dicho estudio compara diferentes modos de cultivar maíz, soja y trigo en rotación (convencional, sin labrado de la tierra, con uso reducido de fertilizantes y cultivos ecológicos), y la producción en continuo de una planta forrajera, la alfalfa, en un terreno situado al norte de la zona del Medio Oeste norteamericano. Los datos del rendimiento por hectárea de las cosechas en parcelas sometidas a los tratamientos agrícolas seleccionados durante el periodo 1989-2007 han sido empleados para obtener el balance energético, una vez descontados los consumos debidos a las labores agrícolas y al uso de fertilizantes. Los cálculos resultantes indican que el método menos eficiente para el cultivo de cereales es el sistema actual de agricultura industrial, que implica un laboreo intenso con maquinaria pesada. En contraste, los campos no arados pero fertilizados con abonos sintéticos permiten obtener un 40% más de bioenergía. Sin embargo, globalmente el cultivo de alfalfa para la producción de bioetanol (asumiendo un factor de conversión de 0.36 L etanol Kg-1 de celulosa) es el que presenta un mejor balance energético. Estos resultados se traducen en que la energía que puede adquirir una persona al consumir maíz como alimento (15 MJ/Kg) es notablemente superior a la energía contenida en el alcohol producido a partir de esa misma cantidad de cereal (8MJ/Kg). Más sorprende todavía es la comparación entre la energía resultante de transformar la alfalfa en biocombustibles a partir de la fermentación de la celulosa (72 MJ/Kg) con la que se obtendría si consumiéramos la carne obtenida a partir del ganado alimentado con la misma alfalfa (21 MJ/Kg), ya que este último caso es un 60 % inferior. Este estudio muestra también que la eficiencia energética se puede maximizar diversificando los usos de la biomasa producida. De esta manera, en el caso de la agricultura biológica un sistema híbrido de producción que aprovechara el 100% del grano de cereal para el consumo humano  y el 50% de los residuos agrícolas para producir biocombustibles, incrementaría el rendimiento energético hasta en un 48% con respecto a un uso exclusivamente alimentario de la cosecha.

Estas investigaciones aportan una nueva perspectiva al debate sobre la competencia que la generación de combustibles renovables puede ejercer en la producción de alimentos. En este sentido, la utilización de cultivos herbáceos, y unas prácticas agrícolas menos agresivas podrían favorecer un uso más eficiente de la biomasa, y limitar el impacto que la generación de bioenergía pudiera tener en las ya dramáticas carencias nutricionales de una gran parte de la humanidad. No obstante, estas deseables trasformaciones en el esquema de producción del bioetanol no serán posibles sin incentivos económicos y mejoras técnicas que faciliten la conversión eficiente de biomasa celulósica en combustibles.


[1] Ilya Gelfand,Sieglinde S. Snapp,G . Philip Robertson, Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 4006–4011. DOI 10.1021/es903385g

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Baterías de flujo como alternativa para el almacenamiento de energía en generación distribuída

Las tecnologías electroquímicas, y en concreto las baterías de flujo, son probablemente las alternativas más prometedoras para el almacenamiento de energía en generación distribuída, lo que las hace muy adecuadas como sistemas de almacenamiento de energía por ejemplo en el contexto del proyecto SOLGEMAC, cuyo objetivo es abordar el desarrollo de nuevos sistemas de aprovechamiento térmico y químico de la energía solar concentrada de forma más eficiente, gestionable y modular.

 Autor: [Raúl Díaz – IMDEA Energía]

 El almacenamiento de energía y la gestión de las redes eléctricas se están convirtiendo en una cuestión fundamental en aquellos países que están poniendo más énfasis en la producción eléctrica a partir de fuentes renovables. La generación eléctrica de origen renovable es intrínsecamente intermitente, por lo tanto a medida que aumenta su contribución a la producción eléctrica total, se hace más necesario disponer de sistemas de almacenamiento masivo de la energía que permitan un mejor ajuste entre la producción y la demanda.

 Entre las numerosas tecnologías de almacenamiento de energía que existen, las baterías son de las más utilizadas para diversas aplicaciones. En concreto, para el almacenamiento masivo estacionario de energía las baterías de flujo están entre los dispositivos potencialmente más adecuados. En este tipo de batería, tal y como se muestra en la Figura 1, las reacciones redox que permiten acumular y liberar energía tienen lugar en el electrolito, que es bombeado al electrodo correspondiente desde un depósito central. Por tanto, la cantidad de energía que almacenan estos dispositivos depende de la cantidad de electrolito que acumulan, mientras que su potencia es función de la velocidad de las reacciones que se producen. La concentración del par redox activo es importante para ambos parámetros.

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Figura 1: Esquema simplificado de una batería de flujo.

 Dado su funcionamiento, las baterías de flujo permiten modular sus voltajes de salida y capacidades de almacenamiento simplemente conectando múltiples celdas y usando depósitos de diferentes tamaños. Esto las hace ideales como potenciales sistemas de almacenamiento de energía de generación distribuída, cuyos requisitos dependen de las necesidades de distribución de cada sistema.

 Entre las baterías de flujo posibles la que se encuentra más desarrollada es la de vanadio, que se basa en las reacciones redox del par V(IV)/V(V) y el par V(III)/V(II). Sin embargo, el coste y problemas medioambientales del vanadio, junto con el necesario uso de una membrana separadora de tipo Nafion® hacen que todavía se requiera bajar sus costes para que sean competitiva. La investigación actual trata tanto de optimizar estas baterías como de buscar baterías de flujo con pares redox alternativos, todo con el objetivo de llegar a tener baterías de flujo que faciliten la pronta implementación de los sistemas de generación distribuida de energía.

 Más información

 C. Ponce de León et al., J. Power Sources 160 (2006), 716-732.

http://thefraserdomain.typepad.com/energy/2006/01/vandium_reflux_.html

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Ciclos Termoquímicos: Una alternativa para la producción sostenible de Hidrógeno

El hidrógeno se postula como uno de los más prometedores vectores energéticos para las próximas décadas, al ser una de sus principales ventajas el hecho de que prácticamente cualquier fuente de energía puede ser convertida en hidrógeno. Alrededor del 40 % de la producción mundial de hidrógeno se utiliza en la industria química, otro 40 % en refinerías y el 20 % restante en una gran variedad de procesos, incluyendo su empleo como vector energético. El hidrógeno utilizado en las refinerías se emplea en el procesado del crudo de petróleo y en la mejora de combustibles para el transporte, lo que podría condicionar un aumento en la demanda de hidrógeno por este sector durante los próximos años, coincidiendo con lo que durante los últimos años se viene denominando como la hipotética “economía del hidrógeno”.

Autores: [Juan Ángel Botas y Carolina Herradón-Departamento de Tecnología Química y Energética. Universidad Rey Juan Carlos]

 El concepto de economía del hidrógeno se lleva tratando durante varias décadas y ha recibido especial atención durante los últimos años. Algunas valoraciones del potencial de una economía del hidrógeno han centrado su atención en su producción, al ser un aspecto crucial en el desarrollo de un sistema viable. Existen diferentes procesos para obtener hidrógeno, entre los que pueden citarse el reformado de gas natural, la gasificación de carbón y la electrolisis de agua. Aunque estos procesos se encuentran comercialmente disponibles, se está investigando en el desarrollo de otros procesos alternativos, cuyo interés reside en su carácter sostenible. Uno de ellos es la descomposición termoquímica de agua.

 La producción de hidrógeno mediante descomposición de agua empleando ciclos termoquímicos consiste en descomponer la molécula de agua en los átomos de hidrógeno y oxígeno de los que está constituida, mediante una serie de reacciones químicas que permiten su liberación en etapas diferenciadas.

 El proceso de descomposición termoquímica de agua requiere emplear sistemas adicionales, implicados generalmente en tres etapas: (i) producción de oxígeno, (ii) producción de hidrógeno, y (iii) regeneración de materiales. Estos sistemas se caracterizan por proporcionar cantidades apreciables de hidrógeno y oxígeno, y por requerir temperaturas inferiores a la necesaria para la disociación térmica del agua. No obstante, los elevados niveles térmicos aún requeridos para estos procesos hacen necesario su integración con otros procesos que proporcionen un foco caliente a la temperatura necesaria.

 Durante los últimos años la producción hidrógeno mediante ciclos termoquímicos ha recibido especial atención debido a la creciente preocupación sobre las fuentes de energía y el impacto ambiental asociado a su uso. Este es el motivo de la realización/recopilación de diversos estudios sobre la producción de hidrógeno mediante diferentes ciclos (como p.e.: Zn/ZnO, Fe3O4/FeO, Mn3O4/MnO). Muchos de estos ciclos se estudian acoplados a procesos de concentración de energía solar o generación de energía nuclear, y están relacionados con estudios realizados de forma paralela en reactores de energía solar concentrada y en reactores nucleares.

 Actualmente se está trabajando en la disminución de las temperaturas requeridas por los diferentes ciclos, al aumentar sus ventajas y el rendimiento del proceso de concentración de la energía solar a medida que disminuye la temperatura requerida para llevar a cabo el proceso. Para ello se están introduciendo modificaciones en ciclos ya conocidos, y se continúa con la búsqueda de nuevos ciclos alternativos.

  1. M.A. Rosen. Advances in hydrogen production by thermochemical water decomposition: A review. Energy 35 (2010) 1068-1076.
  2. R.G. Lemus y J.M. Martínez-Duart. Updated hydrogen production costs and parities for conventional and renewable technologies. International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 3929-3936.
  3. C. Perkins y A.W. Weimer. Likely near-term solar-thermal water splitting technologies. International Journal of Hydrogen Energy 29 (2004) 1587-1599.
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El coche de hidrógeno de la Universidad CEU Cardenal Herrera, el “Idea CEU Car”, récord nacional en eficiencia energética

Los estudiantes de grado y postgrado del Instituto de Disciplinas y Estudios Ambientales de la Universidad CEU Cardenal Herrera de Valencia (IDEA-CEU), obtuvieron el mejor resultado de los equipos españoles participantes en la Shell Eco-Marathon, la competición automovilística anual de eficiencia energética, celebrada la pasada semana en el circuito alemán de Lausitz.

 Autor: [Rocío Fernández Saavedra-CIEMAT]

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El automóvil “Idea CEU Car”, durante la competición.

El concepto del Shell Eco-Marathon es simple: diseñar y construir el coche más eficiente de combustible del mundo y que emita menos emisiones. Combustibles convencionales (como diesel, gasolina y LPG), o combustibles alternativos (como solares, eléctricos, hidrógeno, bio-carburantes y GTL) pueden ser usados para la potencia del coche. El Shell Eco-Marathon empezó como el “Shell Mileage Maratón” en 1939 tras una discusión entre empleados del laboratorio de investigación de la empresa Shell Oil en Wood River, Illinois, sobre que coche dio el mejor kilometraje de combustible. Desde el principio en Wood River, las normas eran tan simples como el concepto: ver que coche podría hacer la distancia más larga con la menor cantidad de combustible.

Entre los 18 equipos españoles en competición, el IDEA-CEU ha obtenido el mejor resultado, logrando recorrer una distancia de 1802 kilómetros con la cantidad de hidrógeno equivalente a un litro de gasolina. De este modo, se han clasificado como el séptimo mejor coche en consumo eficiente de combustible y el decimocuarto en la clasificación final de los 221 vehículos de toda Europa participantes en esta prueba.

El “Idea CEU Car” lleva un motor eléctrico en la zona de  la rueda trasera, que es alimentado por una pila de combustible, donde el hidrógeno presurizado combinado con aire generan la electricidad necesaria para circular sin ningún tipo de emisión contaminante, ya que el único residuo que se produce es agua. Para desarrollar la forma del chasis, los estudiantes han optado por un diseño similar al de una gota de agua, la forma aerodinámica más perfecta de la naturaleza. Esta forma, simple pero efectiva, ha permitido que el vehículo tuviera durante la competición una mínima resistencia al aire y el suficiente equilibrio de fuerzas aerodinámicas que ha permitido su total estabilidad.

La ligereza de los materiales y la aerodinámica del diseño del coche, pilotado por la alumna de Ingeniería en Diseño Industrial Dana Saiz Fabra, han permitido que sólo fuera necesario generar una potencia de 22 a 50 vatios, similar al consumo de una simple bombilla, para lograr que el coche superara los 1800 kilómetros de recorrido.

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La Unión Europea publica un estudio sobre el impacto de la Directiva Europea sobre biocombustibles en el medioambiente y el mercado global

 “Global trade and environmental impact of the EU biofuels mandate” es el título de un estudio realizado por el International Food Policy Research Institute (IFPRI), publicado el 25 de Marzo de 2010. Este informe es uno de los cuatro estudios encargados por la  Comisión Europea (CE) en respuesta al requerimiento del Consejo y el Parlamento Europeo de analizar los efectos de los biocombustibles en el cambio del uso indirecto de la tierra.

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

 El 23 de Abril de 2009, la Unión Europea adoptó la Directiva de Energías Renovables (Renewable Energy Directive, RED), que incluye un objetivo del 10% de contribución de las energías renovables en los combustibles para el transporte en el año 2020. Asimismo, se establecen los criterios de sostenibilidad que tienen que cumplir los biocombustibles consumidos dentro del territorio de la Unión. Estos incluyen un mínimo de ahorro de emisiones directas de gases de efecto invernadero (GEI) del 35% en 2009, incrementando hasta el 50% en 2017, así como restricciones en el tipo de tierras que se pueden convertir para el cultivo de materias primas para la producción de biocombustibles. Este último criterio solamente incluye los cambios en el uso “directo” de la tierra. La Directiva de Calidad del Combustible (Fuel Quality Directive, FQD), adoptada al mismo tiempo que la RED, incluye idénticos criterios de sostenibilidad y tiene como objetivo una reducción de emisiones de GEI procedente de los combustibles consumidos en la Unión del 6% en 2020.  

 El Parlamento y el Consejo Europeos han pedido a la Comisión estudiar el tema del cambio del uso “indirecto “de la tierra (Indirect Land Use Changes, ILUC, que se podría definir como el efecto que la expansión de los cultivos para biocombustibles puede provocar en el desplazamiento de los cultivos tradicionales a otros terrenos, que pueden ser de alto valor ecológico o con altas reservas de carbono), incluyendo posibles medidas para evitarlo. En este contexto, la Comisión ha lanzado cuatro estudios para examinar los ILUC, uno de los cuales es este informe.

 El estudio muestra una positiva reducción de gases de efecto invernadero y beneficios ambientales con el uso y la entrada en el mercado de biocarburantes de primera generación (especialmente debido a la importación de etanol brasileño a partir de caña de azúcar). Por otra parte, el informe advierte que los efectos derivados del cambio indirecto en el uso de tierras contrarrestarán parte de los beneficios señalados. Sin embargo, el estudio señala que los cambios indirectos de uso del suelo no resultarán una amenaza si se mantiene el actual objetivo del 5,6% de uso de biocarburantes en el transporte para 2020. A partir de ese porcentaje, el propio IFPRI reconoce que las emisiones de gases de efecto invernadero se pueden incrementar rápidamente y mermar la sostenibilidad ambiental de los biocarburantes.

 Como es habitual en este nuevo tipo de investigaciones, los hallazgos del estudio están sujetos a incertidumbres debido a la falta de datos disponibles y de una validación empírica completa. No obstante, este estudio supone un avance hacia un mejor conocimiento de los efectos medioambientales y económicos de los biocombustibles y contribuye al proceso de toma de decisiones por parte de la Comisión Europea en este tema.

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Programa SOLGEMAC: Aprovechamiento Térmico de la Energía Solar de manera Gestionable, Eficiente y Modular en Sistemas de Alta Concentración

El Programa “SOLGEMAC” es una propuesta aprobada, de la convocatoria de 2009 de la Comunidad de Madrid para ayudas a programas de actividades de I +D en Tecnologías para grupos de investigación de esta Comunidad, cofinanciada con el Fondo Social Europeo. Este Programa, comenzó en enero de 2010  y se desarrollará durante los próximos 4 años, su objetivo fundamental es sentar las bases científicas y tecnológicas que permitan abordar el desarrollo de nuevos sistemas de aprovechamiento térmico y químico de la energía solar concentrada de forma más eficiente, gestionable y modular.

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Autor: [Carmen García Gonzalo-INTA]

 Al igual que todos los países del planeta, España se enfrenta a desafíos energéticos y medioambientales considerables: crecimiento constante de la demanda mundial de energía, volatilidad de los precios, aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero responsables del cambio climático, y falta de seguridad del suministro de petróleo y de gas, cuyas reservas se concentran en algunos países de elevada inestabilidad política, siendo utilizados con frecuencia como un instrumento con fines políticos y estratégicos. En el caso de España, la dependencia externa en términos de abastecimiento de energía primaria es de un 80%, lo que supone asumir un alto riesgo y un elevado coste económico, por mucho que intentemos diversificar los países que nos suministran las materias primas energéticas. Por todo ello, el sector energético desempeña un papel de importancia fundamental en el desarrollo económico y social y es clave para el desarrollo sostenible así como en la lucha contra el cambio climático. Las medidas en el campo de la energía deben ser compatibles con los tres principios fundamentales: competitividad, seguridad de abastecimiento y protección medioambiental, buscando siempre un crecimiento sostenible.

El sistema energético actual, basado principalmente en los combustibles fósiles, es un sistema insostenible, se impone un cambio radical en nuestro modelo energético, disminuyendo la contribución de los combustibles fósiles, promoviendo el uso de otras fuentes energéticas, evitando o reduciendo emisiones de gases de efecto invernadero y aumentando la eficiencia energética. Todo ello configura lo que cada vez más se considera una auténtica revolución energética y la tecnología energética tiene un papel fundamental para la consecución de todo ello.

El Programa SOLGEMAC supone un eslabón que contribuye a la solución de los retos a los que se enfrenta el sector energético, como son la demanda creciente de energía en el largo plazo y el hacerlo de una forma segura y eficiente en costes y medioambientalmente sostenible. El objetivo fundamental del Programa es sentar las bases científicas y tecnológicas que permitan abordar el desarrollo de nuevos sistemas de aprovechamiento térmico y químico de la energía solar concentrada de forma más eficiente, gestionable y modular, dibujando el esquema de lo que serían las centrales termosolares de segunda generación. Para ello se focalizará la investigación en la búsqueda de opciones tecnológicas que permitan desarrollar una futura generación de centrales y sistemas termosolares que abran el abanico de aplicaciones a nuevos ciclos termodinámicos y máquinas térmicas más eficientes y a procesos químicos endotérmicos a alta temperatura, haciendo uso de una concepción más modular que permita la generación distribuida en emplazamientos semi-urbanos con un menor impacto ambiental y una mayor gestionabilidad de la energía térmica producida mediante sistemas de almacenamiento y producción de combustibles solares. El Programa se fundamenta en cuatro pilares básicos, la modularidad de diseño, la alta eficiencia en el aprovechamiento térmico, la gestionabilidad de la energía térmica producida mediante sistemas de almacenamiento y la integración óptima de los sistemas desarrollados. A continuación, se describen las líneas fundamentales que se abordaran a lo largo de la ejecución del Proyecto:

 Modularidad: La aproximación de SOLGEMAC se basa en el uso de pequeños sistemas de generación distribuida, que permitirían una mejor integración en territorios de alta urbanización como la Comunidad de Madrid, sin consumo de agua, con un menor impacto en el terreno y mayor capacidad de hibridación con combustibles alternativos como el hidrógeno.

En este bloque se contemplan tres líneas de interés, los sistemas disco-Stirling, los sistemas modulares multitorre y la solarización de microturbinas de gas.

 Eficiencia: La modularidad en la generación lleva necesariamente asociada la obligatoriedad de utilización de sistemas más eficientes en el aprovechamiento de la radiación solar concentrada, para lo cual es necesario, desarrollar receptores y reactores capaces de operar con mayores flujos de radiación solar concentrada para reducir las pérdidas por radiación y temperaturas más elevadas para poder integrar la radiación solar en ciclos termodinámicos más eficientes y en procesos termoquímicos endotérmicos.

En este bloque se desarrollarán cuatro líneas principales: Receptores volumétricos metálicos, Receptores volumétricos cerámicos, Receptores de partículas y Materiales.

 Gestionabilidad: Considerando los sistemas actuales en los cuales o bien se carece de sistemas de almacenamiento o se consideran sistemas de almacenamiento térmico con sales fundidas de nitratos con las desventajas que conllevan, como instalaciones de grandes dimensiones, complejas de operar, con limitación de horas de operación e imposibilidad de transporte de la energía almacenada, el Programa SOLGEMAC enfoca su actividad en la optimización de la gestión de despacho de energía para su uso final, mediante el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía acordes con las características de los sistemas modulares de alta concentración y alta temperatura como los discos/Stirling y las minitorres que permitan adaptar el suministro a la demanda.

Este bloque contempla el desarrollo de cuatro líneas: Producción de Hidrógeno con Ciclos Termoquímicos, Almacenamiento de Hidrógeno con Materiales organometálicos tipo MOF (Metal Organic Framework), Almacenamiento Electroquímico y Uso de Hidrógeno en Microturbinas de Gas.

 Integración: Considerada como una línea trasversal del Programa, necesaria para poder identificar el grado de compatibilidad y las prestaciones en conjunto, de los desarrollos acometidos en discos-Stirling y plantas MTSA (Multi Tower Solar Array), así como en los diferentes diseños de receptores solares, los dispositivos de generación, almacenamiento y utilización del hidrógeno producido, y de almacenamiento electroquímico en baterías avanzadas. A lo largo de la ejecución del Proyecto, se realizará una comparativa de opciones tecnológicas en cuanto a grado de desarrollo, madurez y potencial de las mismas, un estudio sobre el potencial de integración de la energía solar térmica de alta concentración en territorios de alta urbanización con un menor impacto ambiental, teniendo en cuenta distintos escenarios temporales en función de los grados de madurez de las distintas tecnologías estudiadas y por último, un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) según la estructura general de las normas ISO 14040 para determinar la conveniencia de la integración de sistemas de generación distribuida frente a los de generación centralizada, elaborando un análisis detallado de su impacto medioambiental, económico y social. Estos estudios de ACV incluirán todas las etapas del ciclo de vida de estas tecnologías así como todos los impactos posibles sin límite geográfico, funcional o temporal.

A continuación en la Figura 1, se muestra una gráfica explicativa del ámbito de trabajo y el alcance incluidos en el programa de I+D de SOLGEMAC. Como se puede apreciar la tecnología actual cubre un rango de temperaturas de operación inferior a los 500ºC (400ºC en aplicaciones comerciales), haciendo uso de aceite mineral, agua/vapor y sales de nitratos como principales fluidos térmicos. La estrategia propuesta en SOLGEMAC permite abordar el uso de nuevos fluidos térmicos como aire atmosférico y presurizado y otros gases.

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Figura 1.- Rango de temperaturas y aplicaciones incluidas dentro del programa de trabajo del proyecto SOLGEMAC

El coordinador del Programa SOLGEMAC es el Dr. Manuel Romero Álvarez, Director Adjunto de la Fundación IMDEA Energía (Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Energía), involucrando a un consorcio formado por 6 grupos de investigación pertenecientes a diversos organismos: IMDEA-Energía, URJC, CIEMAT, UAM e INTA y dos empresas colaboradoras: TORRESOL Energy Investment y Hynergreen Technologies.

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