Archivo de marzo, 2011

Se inaugura en Córdoba la primera planta de biocarburantes generados a partir de residuos de aceitunas

El pasado 23 de marzo se inauguró en Cañete de las Torres (Córdoba) la primera planta industrial del mundo destinada a la producción de biocombustibles a partir orujillo, es decir,  un residuo procedente de la aceituna que queda como desecho en el proceso de producción de aceite y provoca graves daños al medio ambiente, ya que es difícil de eliminar.

 [Rocío Fernández Saavedra – CIEMAT]

Planta de Biocarburantes de Cañete de Las Torres.

La planta industrial, perteneciente a la empresa madrileña Cardiles Oil Company  fue inaugurada por la ministra de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino, Rosa Aguilar. Esta planta es la primera que opera con el sistema japonés Kurata. Esta tecnología ha sido desarrollada por el profesor Sato Kurata, del Instituto de Ondas Cuánticas de Kobe (NIHON, Japón), y permite producir gasolina, queroseno y gasoil a partir de residuos ricos en hidrógeno y carbono, como el petróleo y sus derivados, o la biomasa residual, como aceites vegetales usados, orujillos de oliva o lodos de depuradora, entre otros, de forma rentable y eficiente, tanto a nivel económico como medioambiental. El sistema Kurata consigue mediante un proceso de ondas cuánticas y giros magnéticos, que se llevan a cabo en un catalizador, separar los átomos de hidrógeno y carbono que contienen estos residuos y transformarlos hidrocarburos pequeños. En función del producto que se quiera obtener, carburantes o biocarburantes, se diseña el molde del catalizador que se emplea en el proceso.

La planta, en la que se han invertido 14 millones de euros, está rodeada de más de 100.000 hectáreas de olivar que proporcionan las 30.000 toneladas de orujillo que la instalación necesita para producir las 10.000 toneladas de biocombustibles previstas al año. Esta cantidad permitirá cubrir la demanda de combustible de unos 20.000 coches cada año y reducir la emisión de CO2 a la atmósfera en un 80%”.

Para obtener los combustibles ecológicos en la planta de Cañete, lo primero que se hace es licuar el orujillo -obtenido con restos de alperujo- y transportarlo hasta unos bidones. Desde estos contenedores, el líquido llega al catalizador en donde se realiza la recomposición molecular, que consiste en separar el hidrógeno y el carbono del resto de sustancias y transformarlo en un hidrocarburo. El proceso de piro-gasificación se realiza a 400º de presión atmosférica y permite obtener únicamente los gases de hidrógeno y carbono, que suponen un 35% del total. A este hidrocarburo se le añade, en una tercera fase, más hidrógeno para conseguir combustibles pesados como el diesel y el queroseno, y ligeros como la gasolina. Durante todo este proceso sólo se genera un 5% de residuo en polvo no contaminante que puede ser activado para convertirse en abono.

El Grupo Torres, propietario de la instalación en la que trabajan 14 personas y de los derechos de explotación del sistema Kurata en Europa y América, tiene previsto cuadriplicar la producción de Cañete hasta alcanzar las 40.000 toneladas al año. También aumentará el número de plantas en España con una que abrirá el próximo otoño en Barajas de Melo (Cuenca), y en la que se tratarán plásticos, y con otra más a mediados del 2012 en Almería para convertir en biocarburantes los residuos vegetales.

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Energy harvesting y microcombustión. Motores de bolsillo.

El actual estado de la ciencia y la tecnología permite al hombre fabricar dispositivos cada vez más diminutos, con las más variadas funciones y utilidades. Uno de los retos a los que nos enfrentamos es el de dotar dichos dispositivos con fuentes de energía propias; compactas pero autónomas. Las investigaciones en torno a la microgeneración de potencia se centran fundamentalmente en dos áreas. Por un lado, se están tratando de escalar los motores de combustión tradicionales para hacer réplicas de los mismos a escala micrométrica. Y por otro lado, se están desarrollando unos novedosos dispositivos generadores  capaces de crear potencia aprovechando acumulaciones de energía residual presentes en el ambiente.

[María del Pilar Orihuela Espina - INTA]

La mayoría de las máquinas que utilizamos a diario y que mejoran nuestra calidad de vida requieren de un determinado aporte de potencia que las haga funcionar. En algunos casos, el tamaño de la fuente energética que las alimenta no nos importa demasiado (piénsese por ejemplo en un coche o en un electrodoméstico). Sin embargo, hay veces que el tamaño de la fuente es fundamental. En el caso de los dispositivos portátiles, su importancia es evidente. Un teléfono móvil no sería nada práctico si tuviéramos que tenerlo acoplado a un motor o si requiriese una batería de dimensiones desproporcionadas.

 A medida que construimos máquinas cada vez más pequeñas, también necesitamos fuentes de alimentación más compactas y eficientes. Hasta ahora, el desarrollo de las baterías nos ha facilitado bastante las cosas. Las baterías nos han permitido ciertas libertades como por ejemplo operar sistemas eléctricos en emplazamientos aislados, o  desvincular algunos aparatos cotidianos de la permanente conexión a la red. Sin embargo, aún en muchos casos la batería supone la mayor parte del peso de dichos aparatos, y sobre todo, tienen el inconveniente de necesitar ser recargadas cada cierto tiempo. Por ello, no son pocos los campos en los que se tiende ya a sustituir las baterías convencionales por sistemas de aporte de potencia más compactos o más autónomos.

 

Evolución a lo largo del tiempo del porcentaje de volumen ocupado

por la fuente de energía en las máquinas

 

El desarrollo de la nanotecnología se encuentra en plena ebullición. En ciertos sectores empieza ya a ser habitual hablar de un nuevo concepto de generación de potencia, que es lo que se conoce como “energy harvesting” o “power scavenging”. La idea es aprovechar la energía presente en nuestro entorno o incluso en nuestro propio cuerpo para transformarla en energía eléctrica, almacenarla, y alimentar in situ pequeños dispositivos electrónicos. Tecnológicamente, su tipología es tan variada como los fenómenos energéticos que los alimentan: un gradiente de temperatura, un movimiento vibratorio, una radiación electromagnética, una corriente de aire, etc.

Las aplicaciones del “energy harvesting” son numerosas. En la medicina, su uso permite, por ejemplo, colocar en el propio cuerpo de los pacientes microdispositivos de medida y actuación, que controlen ciertos parámetros biológicos de forma completamente autónoma e indefinida. El movimiento del cuerpo al caminar, o los gradientes de temperatura entre el cuerpo y el ambiente, son fuentes potenciales de energía para la implantación de estos biosensores.

 Asociados a sensores, es frecuente últimamente ver estos microgeneradores de potencia en edificios inteligentes, donde son usados para monitorizar parámetros como la temperatura y la humedad.

También es de gran utilidad en el campo de las telecomunicaciones o la computación. Colocando un circuito generador de potencia en una antena receptora de radio es posible aprovechar la energía presente en el ambiente en forma de ondas electromagnéticas para enviar nuevas señales, o bien para convertirla en un voltaje útil.

 

Microgenerador termoeléctrico

Microgenerador piezoeléctrico

 

Se trata sin duda de un gran avance tecnológico; estamos hablando de plantas de potencia a escala micrométrica. Y unido a ello van los avances en el campo de las microbaterías que no son para nada menospreciables. Pero a pesar de todo, hay una limitación que estos microgeneradores de energía no han sido capaces de salvar hasta ahora: su reducida densidad energética.

El término densidad energética se refiere a la cantidad de energía que un sistema es capaz de generar por unidad de volumen. En el ámbito del “energy harvesting” los reportes más optimistas hablan de 100 mW/cm3 (cuando la fuente es la radiación solar directa). Un valor que aún dista mucho del que puede tener cualquier otro sistema de generación de potencia convencional, ya sea un motor de combustión, una central térmica, o una planta nuclear. En términos prácticos, eso implica que, aprovechando la energía del medio, podemos mover las agujas de un reloj, pero no hablar por un teléfono móvil ni manejar un ordenador.

La pregunta es: ¿podría un motor de combustión tener la compacidad necesaria como para alimentar los dispositivos portátiles de los que hablábamos al principio de este artículo?

Lo cierto es que el interés por miniaturizar todo también ha alcanzado a esta área tecnológica. El término que se emplea en este caso es microcombustión, porque la longitud característica del espacio que confina el proceso es del orden de 100-1000 μm. Los avances realizados en este campo son, a juicio del autor, aún más fascinantes si cabe que los ligados al desarrollo del “energy harvesting”.

Los motores de combustión son sistemas de más que demostrada fiabilidad. Todo el mundo está familiarizado con ellos puesto que forman parte de nuestra vida cotidiana desde hace muchos años. Sin embargo, fabricar réplicas de estos motores a tan pequeña escala no es una tarea nada fácil. Para empezar la fluidodinámica se altera (aumentan las fuerzas viscosas en el fluido). Las pérdidas de calor por la superficie aumentan. La combustión ve reducido su tiempo de residencia, con lo que se vuelve más incompleta. Y encima de todo están las limitaciones geométricas (dificultad para colocar rodamientos, tallar canales de refrigeración, etc.)

Y a pesar de todas esas dificultades, son muchos los pasos que se han dado ya hacia el desarrollo de los micromotores de combustión. Un ejemplo muy representativo, aunque ni mucho menos el único, es la microturbina de gas que están desarrollando en el Instituto Tecnológico de Massachussets. El motor en cuestión, con unas dimensiones de apenas dos centímetros de lado y cuatro milímetros de altura, es capaz de proporcionar una potencia de unos 17 vatios.

 

 

Ultra micro turbina de gas desarrollada por el Instituto Tecnológico de Massachussets

 Aunque sus aplicaciones son aún muy limitadas, la microcombustión está en el punto de mira de numerosas empresas del sector industrial. Sus posibles usos van mucho más allá de su instalación en dispositivos portátiles. En la industria aeronáutica, por ejemplo, se plantea como una posible fuente de generación distribuida: colocar varios micromotores en un avión o en una nave, podría dar soporte a los sistemas secundarios, o distribuir la responsabilidad del vuelo en más de un sólo motor principal.

Obviamente, aún es cuestionable que estos dispositivos puedan sustituir a las baterías tradicionales, pero desde luego sus características los acreditan como firmes candidatos. Es más, posiblemente ni siquiera sea demasiado pronto para colocarles a estos pequeños motores de bolsillo la etiqueta de “el futuro de la energía portátil”.

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La empresa alemana BASF desarrolla un nuevo método de síntesis de MOFs a escala industrial para almacenamiento de hidrógeno y gas natural en vehículos

[M. Gisela Orcajo  - Grupo de Ingeniería Química y Ambiental. Universidad Rey Juan Carlos]

 

“Nanocubos” de MOF: posible medio de almacenamiento de gases

 Científicos investigadores de la empresa BASF han desarrollado hace unos pocos meses un método de síntesis para la obtención de materiales metal-orgánicos porosos (MOF), con estructuras altamente cristalinas y tamaños de poros nanométricos, que permiten almacenar hidrógeno y otros gases de alto poder energético. Actualmente, dicho material se encuentra en periodo de prueba en el almacenamiento de gas natural en vehículos pesados.

 Las elevadas porosidades a escala nanométrica de los MOFs les hacen capaces de retener grandes cantidades de gas en su interior con elevadas densidades volumétricas y gravimétricas. Además, tanto el tamaño de los poros como la polaridad de los mismos pueden ser modificables para diferentes aplicaciones específicas donde se quieran utilizar estos materiales.

 La ventaja principal del innovador método de producción desarrollado por BASF radica en la eliminación de los costosos disolventes orgánicos. Mediante este procedimiento más sencillo en medio acuoso se alcanzan mayores rendimientos de síntesis; pudiendo hacerse en las plantas de producción ya existentes en la compañía.

 Desde el descubrimiento del primer MOF en los años 90 por el profesor Omar Yaghi (antes de la Universidad de Michigan, y ahora de la Universidad de California, Los Angeles), BASF ha colaborado con su grupo en la síntesis de nuevos materiales. Recientemente, el grupo del profesor Yaghi ha logrado sintetizar exitosamente el material MOF-210, un carboxilato de zinc que presenta una superficie específica de más de 10.000 m2/g, siendo del orden del doble respecto a otros materiales MOFs publicados previamente.

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El Gobierno sube la obligación de contribución de los biocarburantes al 7%

Tras aprobar hace dos meses un porcentaje de obligación de contribución en térmicos energéticos para 2011 del 5,9%, el Gobierno lo ha subido ahora al 7%, dentro de las medidas de ahorro energético aprobadas en el último Consejo de Ministros.

 [José Miguel Oliva -  Unidad de Biocarburantes. Ciemat]

 La subida de la obligación de biocarburantes hasta el 7% está dentro de las medidas transitorias aprobadas por el Consejo de Ministros para reducir el coste de la factura energética de España. Es el mismo paquete en el que está incluida la reducción de la velocidad máxima en autovías y autopistas  de 120 a 110 kilómetros por hora. Sin embargo, no se aclara que ocurrirá con los objetivos de 2012 y 2013, que el mismo Real Decreto 1738/2010 de 23 de diciembre, fijó en el 6% y el 6,1% respectivamente.

 La Asociación de Productores de Energías Renovables (APPA) recuerda que el 7% de obligación coincide con el que venía reclamando el sector hace varios años, en cumplimiento de lo previsto tanto en la Orden ITC/2877/2008, de 9 de octubre, como en el Plan de Ahorro y Eficiencia Energética 2008-2011, aprobado por el Consejo de Ministros el 1 de agosto de 2008. Así, APPA considera la medida positiva aunque insuficiente para reducir la dependencia energética. Roderic Miralles, presidente de de la sección de biocarburantes de APPA, ha manifestado “sería absurdo que el Gobierno quisiera reducir la dependencia energética del país sustituyendo solo importaciones de petróleo por importaciones de biocarburantes”. El sector reclama que se apruebe con urgencia la orden de apoyo al biodiesel español frente a las importaciones masivas del procedente de Argentina e Indonesia. Según APPA biocarburantes, se podría dar la paradoja de que, “de no aprobarse la citada orden ministerial, serían estos dos países los únicos beneficiados de las cerca de 400.000 toneladas adicionales de biodiesel que exigiría el cumplimiento de la nueva obligación”.

 Sin embargo, la Unión de Petroleros Independientes (UPI), cuyas empresas representan una cuota de mercado en torno al 9%,  considera que esta orden de apoyo al biodiesel “es una amenaza para la competencia y puede suponer para los consumidores un aumento del precio del carburante de hasta 24,5 céntimos de euro por litro”. El resto del sector no se muestra tan negativo.

 Fuente: www.energias-renovables.com

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Partículas como fluido caloportador almacenable en sistemas solares de receptor central

En los últimos años, la generación de electricidad a través de fuentes renovables ha experimentado un crecimiento impresionante en España. Las tecnologías punteras son la eólica, seguida de la fotovoltaica y los solares de concentración, éstos últimos dominados por los Canales Parabólicos. La tecnología de plantas de receptor central, a pesar de su buen potencial, todavía se ha instalado muy poco. Esto es debido principalmente a la falta de experiencia de operación de larga duración y con plantas de gran tamaño, algo que en el caso de los Canales Parabólicos se ha conseguido en EEUU en los años 80 y 90 con las plantas SEGS en California. Hasta la fecha, sólo dos plantas (PS10 y PS20) están en operación y una planta (Gemasolar) está en construcción.

 [Autor: Thorsten Denk, PSA-Ciemat]

 Los sistemas de receptor central utilizan una gran cantidad de espejos, denominados helióstatos, para concentrar la radiación procedente del sol al extremo de una torre, donde se encuentra el componente clave del sistema, el receptor. La tarea del receptor es traspasar la energía de la radiación solar a un fluido caloportador. Ese fluido caloportador luego se utiliza para generar vapor, que a su vez acciona a una turbina acoplada a un alternador. Es la característica principal para clasificar a un sistema de receptor central. Destacan como los más usados el agua/vapor, el aire atmosférico, el aire de presión y las sales fundidas. Las dos plantas operativas en la actualidad (PS10 y PS20) utilizan ambas agua/vapor saturado como fluido caloportador.

 La crítica más importante que reciben las centrales eléctricas de energías renovables, aparte del elevado coste, es la producción fluctuante con alta dependencia de las condiciones meteorológicas. Eso es valido en particular para las eólicas y la fotovoltaica, donde no existen opciones para incluir a un sistema inherente de almacenamiento de energía. Los sistemas solares de concentración tienen en este punto sus ventajas, más o menos notables en función del fluido caloportador que utilizan. El aceite que calientan los Canales Parabólicos en principio se deja almacenar fácilmente y a gran cantidad, sin embargo su elevado coste y el riesgo de fuego descartan esta opción. En su lugar, hoy en día se utilizan sistemas secundarios de sales fundidas para esta tarea. Las plantas PS10 y PS20 de vapor saturado tienen tanques de presión para almacenar este vapor, pero está claro que es un concepto que sólo es aplicable a bajas potencias y para poco tiempo de almacenamiento. Lo mismo vale para posibles plantas futuras de Canales Parabólicos con generación directa de vapor. Las plantas con receptor de aire atmosférico tienen ya ciertas ventajas, porque a través del aire se pueden cargar y descargar tanques grandes de sólidos baratos, como bolitas de cerámica o placas de hormigón. Con esta tecnología, un sistema de almacenamiento para varias horas es posible.

 Pero sin duda el mayor potencial bajo el aspecto de almacenamiento de la energía solar lo tiene actualmente la tecnología de los receptores de sales fundidas. En estas plantas, se utiliza como fluido caloportador una mezcla de sales de nitratos, ajustada de tal manera que sus propiedades sean optimizadas para el uso en una planta solar. En principio es posible desacoplar del todo la producción de energía en la torre solar de la producción de electricidad. Mientras que hay sol, se carga un tanque enorme con sales fundidas calientes, y cuando hay demanda de electricidad, se descarga este tanque para generarla. Es la tecnología que se aplicará en la planta Gemasolar en Sevilla, y será interesante ver a una planta solar operando 24 horas al día. Hay que mencionar que en las plantas de sales de torre se aprovecha mucho mejor la capacidad térmica de las sales que en los sistemas que actualmente se añaden a las plantas de Canales Parabólicos, porque se puede aprovechar el rango entero de 300°C que es posible, mientras que los CP sólo pueden utilizar alrededor de 100°C.

 Sin embargo, también los sistemas de sales fundidas tienen que enfrentarse a varios problemas. Uno de ellos es el peligro de congelación de las sales en la tubería, que requiere para ser evitado un traceado eléctrico en toda la tubería, que aumenta de manera significante el consumo parasítico de la central y que limita la longitud de los conductos. Otro posible problema del futuro es, si muchas empresas optan por esta tecnología, que hay que temer una subida importante del precio de las sales.

 Ya desde hace varias décadas existe otra propuesta para el medio caloportador, el uso de partículas sólidas. La idea original a menudo se encuentra bajo la denominación “absorción directa”, porque la ventaja principal, como se pensaba en su día, es que no hace falta ningún dispositivo absorbedor, sino que el fluido mismo actúa como tal. Así se evitan problemas de picos de temperatura y se esperan mejoras en la eficiencia de absorción. Sin embargo, hasta hoy no había mucho trabajo en este campo, posiblemente porque el manejo de las partículas en un receptor solar no es una cosa sencilla.

 Pero considerando partículas como medio caloportador bajo el punto de vista de almacenamiento de calor, se vuelven de nuevo bastante atractivos. Las ventajas pueden ser enormes: Permiten un muy alto rango de temperatura de operación, que puede ser de ambiental hasta 1000°C e incluso más, no hay peligro de congelación, no son ni venenosos ni explosivos ni constituyen otro peligro para el medio ambiente, y finalmente están disponibles en gran cantidad a precio bajo. Tampoco presentan límites con respecto al tamaño de una planta, porque se dejan fácilmente integrar en un sistema multi-torre que consiste en varios campos de helióstatos, cada uno con su torre y su receptor, pero un único sistema centralizado de almacenamiento y generación de electricidad. El transporte de las partículas, tanto calientes como frías, puede ser mediante un sistema mecánico con contenedores aislados, como ascensores en las torres y ferrocarriles en el suelo.

 

Izq.: Cortina de partículas. Dcha.: Ejemplo de partículas inertes.

 El reto principal es el diseño del mismo receptor de partículas. El concepto más común es el de la cortina de partículas abierta al ambiente, donde caen las partículas como una catarata a través del foco del campo de helióstatos sin utilización de una ventana. Los problemas son la geometría de la irradiación (que no puede ser perpendicular a la cortina de partículas), la estabilidad de la cortina (por aceleración de las partículas a lo largo de su caída), la influencia del viento, y la operación a carga parcial. En general se puede decir que hace falta un sistema de recirculación para adaptar el caudal y las temperaturas de las partículas a la oferta de radiación solar.

 Además existen también conceptos más avanzados y complejos, que como característica común utilizan una ventana de cuarzo para aislar el interior del receptor del entorno, y que son interesantes sobre todo para aplicaciones de química solar. A parte del concepto de la cortina de partículas, se puede pensar en cualquier otro concepto conocido de la tecnología de reactores químicos, como por ejemplo los lechos fluidizados o los con flujo arrastrado. La ventana ofrece la ventaja de que se puede operar prácticamente con cualquier sustancia, tanto sólidos como gases, e incluso a presiones distintas de la ambiental No obstante tiene la desventaja, además de la elevada complejidad y costes, de que siempre está en peligro de ensuciarse, algo que requiere medidas constructivas especiales. Otras ventajas del uso de partículas en reactores solar químicos, comparado por ejemplo con conceptos con absorbedor fijo, son la potencialmente gran superficie de las partículas y la asociada buena cinética de las reacciones, así como la posibilidad de sustituirlas fácilmente cuando sus propiedades se empiezan a degradar, algo que tiene mucha importancia sobre todo en aplicaciones como catalizador para la producción de hidrógeno solar.

 Hasta la fecha todavía no existe ninguna planta solar comercial que utilice partículas como medio caloportador, ni hay planes para eso. Pero si con el futuro crecimiento del mercado de la energía solar el tema del almacenamiento fiable y previsible se hace cada vez más urgente, es muy posible que esta tecnología vuelva a emerger.

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Evolución del contenido en Pt de los electrodos en pilas PEMFC

La creciente subida en el precio de petróleo que se está experimentando en los últimos meses se prevé que será duradera, por los conflictos internacionales en los países productores, por el previsible aumento en la demanda en los países en vías de desarrollo  y la escasez progresiva de los próximos años. Esta situación provoca que la industria del transporte se preocupe cada vez más por realizar un cambio estructural del parque automovilístico mundial buscando nuevas alternativas más sostenibles basadas en energías renovables.

[Autores: Ricardo Escudero Cid, Pilar Ocón - Departamento de Química Física Aplicada. Universidad Autónoma de Madrid]

  

Evolución en el último año del precio de barril de Brent en $ (Fuente: WFG)

Uno de los avances más esperados es el que se ha de realizar en las pilas de combustible de membrana polimérica (PEMFCs) para aumentar su competitividad en el mercado convirtiéndolas en una opción viable frente a los coches de gasolina y diesel convencionales. Los primeros avances que se llevaron a cabo desde los años 60 fueron en la membrana polimérica de intercambio protónica haciéndolas menos resistivas y, por lo tanto, aumentando el rendimiento de las pilas de combustible. Las reacciones que se llevan a cabo en los electrodos son las de oxidación de hidrógeno (HOR) y reducción de oxígeno (ORR) en ánodo y cátodo, respectivamente. La HOR es mucho más rápida que la ORR por lo que la investigación se basa en buscar buenos catalizadores para este último (Pt, Pd, Ag, Au…) pero el carácter ácido de las PEMFCs hace que los únicos catalizadores viables sean los basados en Pt, aunque el cátodo sigue siendo el componente menos eficiente de las PEMFCs.

Las condiciones standard sobre las que se mide la ORR en una PEMFC son a un voltaje de 0,9 V, con presiones de gases de 1 bar, humedad relativa del 100% y temperatura de 80º C. Los factores fundamentales para aumentar la eficiencia del Pt son, el hecho de sintetizarlo sobre nanopartículas de carbón (2-5 nm), aleándolo con otros materiales como el Co, Ni o Ti, mejorando el contacto entre el catalizador y el electrolito polimérico o depositando la capa de Pt sobre nanopartículas de Au o Pd. Estos avances provocaron que la cantidad de Pt disminuya desde los 28 mg cm-2 a cargas inferiores a 0,8 mg cm-2 entre los dos electrodos y siendo el objetivo marcado por el U.S. Department of Energy (DOE) de 0,1 mg cm-2 por electrodo para 2015. Esta reducción en la carga de Pt en el ánodo supone una pérdida de eficiencia despreciable, pero en el caso del cátodo la menor carga de Pt hace que la eficiencia sea mucho menor.

Otros de los problemas relacionados con el Pt que se tienen que tener en cuenta son su disponibilidad y su precio, incentivos fundamentales del estudio de catalizadores con metales no nobles (NNMCs). Incluso cumpliendo los requisitos del DOE para el 2015 de 0,2 g kW-1, en un escenario con todo el parque automovilístico anual con coches con tecnología PEMFC, con la misma fabricación del año 2009 (61,7 millones según la Organisation Internationale des Constructeurs Automobiles, OICA) y con una potencia media de 50 kW requeriría de 617 toneladas de Pt. Esta cantidad sería desmesurada si tenemos en cuenta que en 2010 la producción mundial de Pt fue sólo de 214 toneladas. La cantidad de Pt necesario para un coche PEMFC será de 10 g mientras que los de gasolina necesitan solamente 1 g y los diesel 5 g. En lo referente al precio, el aumento en la demanda de Pt y el estancamiento en su producción han disparado el valor en el mercado pasando de 600 a 1840 $/oz de 2003 hasta hoy y teniendo en cuenta la bajada de precios en el último año causada por la recesión económica. Pese a todo esto, no todo son malas noticias en cuanto al Pt, teniendo en cuenta que hay suficiente cantidad de Pt en la Tierra para poder construir hasta 3.000 millones de coches y que, a diferencia de lo que se pueda pensar, se puede recuperar más de un 95% del Pt de las PEMFC, convirtiendo a la flota de coches PEMFC en sostenible a nivel mundial.

La investigación a día de hoy se centra mayoritariamente en el estudio de NNMCs capaces de llevar a cabo la ORR y ayudar al abaratamiento del cátodo. El precio de los NNMCs es despreciable en comparación con los demás componentes del sistema por lo que la cantidad de catalizador que se use no es un factor limitante y en teoría podría utilizarse todo cuanto hiciera falta. El problema surge a la hora de tener en el cátodo una capa catalítica demasiado gruesa, lo cual provoca una pérdida de eficiencia debido a las complicaciones en el transporte de carga y masa del proceso. Teniendo en cuenta todos estos factores pueden estudiarse catalizadores que permitan disminuir la carga de Pt en el cátodo usando NNMCs y permitiendo llegar a los límites estipulados por el DOE.

El avance en la investigación está siendo muy fructífero mostrando muchas mejoras desde los primeros tiempos de estudio en PEMFC. Todas estas mejoras permitirán que los coches de PEMFC pronto sean una realidad, compitiendo con los coches convencionales de gasolina y diesel y sin el factor negativo del petróleo, tanto por su cada vez más elevado precio como por sus efectos sobre el medioambiente.

Más información

F. Jaouen, J. Herranz, M.Lefèvre. ACS Appl. Mater. Interfaces 8 (2009) 1623.

U.S. Department of Energy, Multi-Year Research, Development and Demonstration plan: Planned Program Activities for 2005-2015. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/mypp/

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Combustión con transportadores de oxígeno (“Chemical Looping Combustion”). Una alternativa a los procesos de captura de CO2 post-combustión.

La necesidad de reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera es una evidencia conocida por todos, debido a la contribución de este gas sobre el efecto invernadero y las consecuencias que esto tiene sobre el cambio climático. Las emisiones de dióxido de carbono antropogénico han elevado su concentración desde aproximadamente un valor constante de 300 ppm antes de la revolución industrial (~1850) hasta aproximadamente 390 ppm en el año 2000, existiendo una correlación directa entre dichas emisiones y el aumento de la temperatura observado en los últimos años.

[Autora: Rosalía Rodríguez - Universidad Rey Juan Carlos]

Para llevar a cabo dicha reducción se han desarrollado numerosas tecnologías que pasan por la captura y el almacenamiento del CO2 así como por diversos procesos de revalorización directa del CO2.

La combustión con transportadores sólidos de oxígeno (“Chemical Looping Combustion”(CLC)) surge como una alternativa a la combustión convencional con separación posterior del CO2 (captura en post-combustión). Así, en la CLC, la separación del CO2 se produce inherente al propio proceso de combustión, es decir, sin necesidad de una etapa posterior de separación del CO2 de la corriente de gases de combustión obtenida. Esto supone una gran ventaja económica, pues dicha etapa de separación es la etapa de mayor consumo energético y económico de todo el proceso de captura de CO2. Como consecuencia de este elevado coste, la puesta en marcha de la captura post-combustión se encuentra muy limitada con las tecnologías actuales.

La CLC se basa en la utilización de un óxido metálico como transportador de oxígeno del aire al combustible. Esto se realiza en dos etapas que se llevan a cabo en dos reactores de lecho fluidizado. En la primera etapa (reactor de reducción), el combustible gaseoso (CH4, CO+H2) se oxida a CO2 y H2O mientras que el óxido metálico se reduce a metal u otro óxido de menor valencia. Las reacciones que pueden tener lugar son las siguientes:

                        4MeO + CH4 → 4Me + 2H2O + CO2

                        MeO + CO + H2 → Me + CO2 + H2O

En un segundo reactor (reactor de oxidación), se regenera el óxido metálico con aire según la reacción que se presenta a continuación, pudiendo utilizarse otra vez el óxido en la primera etapa.

                        Me + ½ O2 → MeO

De este proceso en dos etapas se obtiene una mezcla de gases a la salida del reactor de reducción que está formada por CO2 y H2O con un elevado grado de pureza ya que no aparece diluido con N2. Por lo tanto su principal ventaja radica en que no requiere ningún proceso posterior de separación.

Los óxidos metálicos más utilizados en este tipo de sistemas son los óxidos de Fe, Co, Ni, Mn y Cu. Estos óxidos metálicos se utilizan combinados con sólidos inertes que actúan como soporte de dicho óxido.

En el desarrollo de esta tecnología ha estado implicado el CSIC en diversos proyectos europeos.

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Energías renovables: razones y retos para la nueva década

Si hay una palabra que define de manera fiel el contexto convulso en el que siempre se mueve la energía y el mercado energético, esa es “encrucijada”. Me vienen a la cabeza muchos buenos amigos, expertos en la materia, que alguna vez han acudido a dicha palabra para sentenciar una valoración con vocación de perdurar. Sea porque nos encontremos en un periodo de crisis como el actual o en un periodo de bonanza económica y crecimiento sostenido de la demanda, siempre nos tropezamos con el sempiterno debate de qué hacer con el sector de la energía.

[Manuel Romero Álvarez - IMDEA Energía; URJC-Centro de Apoyo Tecnológico; C/ Tulipán s/n; E-28933 Móstoles]

El aumento de consumo hace encender alarmas por lo que conlleva en términos de derroche de un tesoro acumulado por la naturaleza desde la noche de los tiempos, los combustibles fósiles, y el innegable impacto en el medio ambiente, así como el riesgo en que se coloca nuestra autosuficiencia energética nacional. La reducción de consumo es un factor que genera también honda preocupación pues en primera lectura se interpreta como un indicador claro, y clásico, de enfriamiento de la economía. A esto se añade el debate interesado de qué hacer con el exceso coyuntural de capacidad energética instalada en los periodos de descenso del consumo, o traducido, la reclamación de tener un escenario estable de ingresos por parte de los inversores en un mercado que funciona por ciclos (como si los demás mercados no los tuvieran) y donde una concepción antediluviana hace que tengamos que sobredimensionar hasta lo irracional nuestros sistemas de producción. Hace poco más de una década que las energías renovables dan el salto cualitativo y cuantitativo para demostrar que pueden dar una respuesta al problema de facilitar un crecimiento global que al mismo tiempo se haga en un contexto energético sostenible y con concepciones de generación distribuida mucho más racionales.

Las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero y otros contaminantes pueden reducirse significativamente sustituyendo los combustibles fósiles por energías renovables. Además, las fuentes renovables tienen un carácter autóctono que permite ayudar a diversificar la balanza energética nacional y contribuye a mejorar la seguridad de suministro energético. Constituyen una fuente de energía inagotable, ya que en su origen proceden en su mayoría del Sol (con la excepción de la geotérmica). Por ello, tienen un carácter limpio y de bajo impacto ambiental en la etapa de generación. Junto con la referida abundancia de algunas de las fuentes renovables, cabe también reseñar su buena distribución geográfica que contrasta con la de los combustibles habituales. En el caso del petróleo un 5% de países poseen el 25% de las reservas mundiales y tan sólo el 16% de los países alberga el 50% de las reservas. Esos mismos porcentajes se repiten en el caso del carbón y del uranio. Por el contrario las energías renovables tienen una distribución homogénea y balanceada geográficamente.

Buena muestra de la importancia que están cobrando las energías renovables en el contexto energético internacional es que la, siempre ortodoxa, Agencia Internacional de la Energía en su análisis de perspectivas tecnológicas publicado en 2010 reconoce que para cumplir con los objetivos de reducción de emisiones para el año 2050 es necesaria una importante penetración de tecnologías renovables, que supondrían hasta un 17% en la contribución de reducción de emisiones de CO2 en el planeta (IEA, 2010). Hasta hace poco, objetivos tan ambiciosos de penetración solo eran contemplados por los paneles del cambio climático y expertos y asociaciones medioambientales, que siempre han defendido la viabilidad de alcanzar un 50% de penetración de las renovables en el año 2050 (Casals, Domínguez, Linares, López, 2005), un mensaje que ya ha hecho suyo la propia Comisión Europea.

No obstante, y a pesar del enorme dinamismo de las energías renovables y su fuerte crecimiento, la realidad es que todavía el despegue se está concentrado en algunas regiones geográficas muy concretas y el éxito se está viendo ligado a ciertas tecnologías como la eólica, la solar o los bio-carburantes. En Europa la situación es muy dispar entre los distintos estados miembros (EurObserv’ER, 2010), si bien podemos congratularnos de que España ha ido cumpliendo la mayoría de los objetivos fijados en su ya finalizado Plan de Energías Renovables, y con especial éxito en el ámbito de la producción de electricidad, por lo que es uno de los países de referencia en la implantación de estas tecnologías. Así el año 2009 finalizó con una contribución del 24,7% de las energías renovables en la producción eléctrica bruta. El primer semestre de 2010 dicha contribución se incrementó al 39,6%. El nuevo Plan de Acción Nacional de Energías Renovables de España (PANER) 2011-2020 mantiene un objetivo de producción eléctrica renovable del 40% y fija un objetivo del 20% para la producción de energía primaria renovable en el año 2010 (IDAE, 2010). Son objetivos en línea con el nuevo Programa Energético Europea y con el Plan Estratégico en Tecnologías Energéticas SET Plan aprobado por la Comisión Europea.

El mercado mundial de las energías renovables está creciendo de manera robusta y sostenida. Las inversiones alcanzaron los 150 mil millones de dólares en 2009, incluyendo nuevas plantas eléctricas, térmicas y refinerías de biocarburantes. Casi todo el incremento se ha concentrado en la industria eólica, solar fotovoltaica y biocarburantes. España es el cuarto mercado mundial en energías renovables detrás de China, EEUU y Alemania, y ocupa un papel muy importante en energía eólica, fotovoltaica, solar termoeléctrica y bio-etanol (REN, 2010). El ímpetu de China en el sector y el despertar de India en algunas tecnologías renovables hacen augurar una pronta difusión hacia otras zonas del mundo y un aumento de los actores y tecnólogos que sin duda contribuirán a una fuerte reducción de precios. Sin duda la evolución de las energías renovables va a venir marcada en los próximos años por su globalización. En este escenario es muy importante que el nuevo PANER y nuestra estrategia nacional dentro del SET Plan tengan como objetivo prioritario que las principales empresas con una verdadera cartera de tecnologías propias (por favor, no más oportunistas), tecnólogos y científicos españoles en el ámbito de la energía puedan competir a nivel internacional. Solamente con actores que compitan en el mercado global podremos considerar que la fase de madurez y competitividad real ha comenzado.

Tanto tecnologías renovables consideradas hoy maduras, caso de la eólica, como aquellas llamadas a experimentar un fuerte desarrollo a corto plazo, biomasa y solar, está previsto que alcancen más de un 50% de la reducción de costes a través del I+D en los próximos diez años. En todos los casos los retos tecnológicos a resolver se centran en la reducción de costes de producción y en el aumento de la fiabilidad y capacidad de adaptación a la demanda, con el fin de proporcionar una energía de más calidad (EREC, 2010).

La energía eólica centra sus desafíos en la mejora de la predicción de viento, el desarrollo de grandes aerogeneradores, la implantación en terrenos complejos y ambientes extremos y en el desarrollo de la eólica distribuida con pequeños aerogeneradores.

En biomasa se ha de impulsar el desarrollo de los cultivos energéticos, las tecnologías avanzadas de utilización térmica y termoquímica, y la producción de bioetanol y biodiesel a partir de variedades vegetales no convencionales y de bajo coste.

La energía solar presenta un gran número de opciones tecnológicas con desarrollos a potenciar. En fotovoltaica es prioritario el aumento de la eficiencia, así como la reducción de material mediante el empleo de láminas delgadas o el uso de concentración solar. En solar termoeléctrica resulta esencial la consolidación de las primeras plantas comerciales y el avance hacia generación directa de vapor y sistemas de almacenamiento térmico a gran escala.

Y todavía nos queda el reto de incorporar este modelo de manera también masiva al sector del transporte y al calor de proceso industrial. Además de los biocarburantes, la electricidad solar y los combustibles solares (combustibles sintéticos generados en procesos alimentados por energía solar), abren las puertas a sectores que hasta ahora han resultado impermeables a las tecnologías renovables. Tenemos una ilusionante década por delante, no perdamos el pulso.

Referencias

EREC (2010) “RE-thinking 2050. A 100% renewable energy vision for the European Union”. European Renewable Energy Council. Bruselas. Disponible en www.erec.org

EurObserv’ER (2010) “The state of renewable energies in Europe. 10th EurObserv’ER Report”. ISSN 2101-9622. Disponible en http://www.eurobserv-er.org/

Garcia Casals X., Dominguez J., Linares P., López O. (2005). “Renovables 2050. Un informe sobre el potencial de las energías renovables en la España peninsular”. Greenpeace España. Disponible en www.greenpeace.es

IDAE (Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía) 2010. “Plan de Acción Nacional de Energías Renovables (PANER) 2011-2020. Disponible en www.idae.es

IEA (International Energy Agency), 2010, “Energy Technology perspectives. Scenarios and strategies until 2050” ISBN. 978-92-64-08597-8. Disponible en www.iea.org

REN21 (2010) “Renewables 2010: Global status report”. Disponible en www.ren21.net

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Informe 2010 del Observatorio de Energía y Sostenibilidad en España

La Cátedra BP de Energía y Sostenibilidad, resultado del acuerdo entre la Universidad Pontificia Comillas y BP España, ha presentado las conclusiones del Informe 2010 del Observatorio de Energía y Sostenibilidad.

 [Miguel Sánchez Sánchez y Rocío Fernández Saavedra – CIEMAT]

El Informe 2010 del Observatorio de Energía y Sostenibilidad en España señala que uno de los aspectos más relevantes es la desaceleración del crecimiento del consumo energético a nivel global, con reducciones significativas en países desarrollados, entre los que se encuentra España. En nuestro país, el consumo de energía primaria ha pasado de tener crecimientos de tasas interanuales del 3% a registrar una caída del 8,2% en 2009.

Uno de los aspectos destacados en el informe es que la intensidad energética española, la relación entre el consumo de energía y el PIB, continua disminuyendo, fundamentalmente a causa de la crisis en el sector de la construcción y otros sectores industriales aunque sigue siendo superior a la de la Unión Europea.

Por otra parte, el informe de la Cátedra BP también identifica algunos aspectos que requieren una actuación decidida y nuevas medidas más ambiciosas. Por ejemplo, el nivel de dependencia energética de España respecto al exterior continua siendo muy elevado (superior al 84% y muy por encima de la media europea) a pesar de las mejorías en 2009 debidas a una menor demanda de energía importada, principalmente carbón, crudo y gas natural y al crecimiento de las energías renovables.

En lo que respecta a la contribución de las energías renovables, sigue sin publicarse el Plan de Fomento de las Energías Renovables 2011-2020, ni se ha transpuesto la Directiva Europea de Renovables (la fecha límite era Diciembre 2010). La Ley de Energías Renovables, que también se planteó como posibilidad, no ha avanzado. Todo ello ha creado un marco de incertidumbre para los inversores en energías renovables, aumentado si cabe por los dos Reales Decretos publicados a final de año en los que se revisan las primas para las instalaciones existentes, y se rebaja su cuantía para las instalaciones futuras. No se conoce el marco de retribución para los parques eólicos que se puedan instalar a partir de 2013. No es de extrañar por tanto que las inversiones en estas tecnologías hayan disminuido drásticamente en este año. Así, la potencia eólica instalada en 2010, 1.516 MW, ha sido la menor de los últimos siete años. A pesar de ello la potencia eólica total instalada de 20.676 MW es superior al objetivo de 20.155 MW fijado en el Plan de Energías Renovables 2005-2010.

En cuanto al mix energético en el año 2009, el petróleo y sus derivados representaron el 51,8% del total de energía primaria consumida, seguidos de lejos por el gas natural, que ha crecido desde el 12% en el año 2000 al 22,2% actual, absorbiendo la mayor parte del crecimiento del consumo energético español en este periodo, así como la reducción de la participación del carbón, que desde el año 2000 ha bajado su cuota del 17% al 7,4%. La energía nuclear, sin grandes variaciones, representó el 9,8% del consumo de 2009.

La contribución del conjunto de las energías renovables ha crecido sostenidamente desde el 5,6% en el año 2000 al 8,8% actual, sobre un consumo un 13,65% superior. La biomasa aporta el 41% del total, seguida por la energía eólica, con un 26% del total de las renovables y con uno de los mayores crecimientos en los últimos años. Por detrás se encuentran la energía hidráulica, los biocarburantes y la energía solar.

Los porcentajes de las distintas energías renovables en relación con el total de energía primaria consumida según el informe son: biomasa y los residuos 3,6% (a pesar de haber caído el 1,4%), la eólica 2,3% (tras aumentar el 14,3%) y la hidráulica 1,6% (tras aumentar el 12,7%). La energía solar, aunque aumentó el 102,8%, sólo representó el 0,5% de la energía primaria.

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