Archivo de agosto, 2011

Almacenamiento químico de energía solar térmica

La implementación de la energía solar no va a ser posible sin dispositivos de almacenamiento de energía adecuados. De entre ellos los denominados combustibles solares térmicos, que son capaces de almacenar directamente la energía solar en forma química, son una de las alternativas más atractivas para un futuro a medio y largo plazo. Un estudio teórico reciente predice la posibilidad de que los compuestos resultantes de la unión de una molécula orgánica (azobenceno) con nanotubos de carbono puedan solucionar los déficits en densidad de energía, estabilidad y ciclabilidad de los combustibles desarrollados hasta la fecha lo que, de confirmarse experimentalmente, puede disparar el interés en este campo y hacer realidad lo que hasta ahora sólo eran lejanas promesas.

 Autor: [R. Díaz – IMDEA Energía]

 La generación de electricidad a partir de fuentes renovables como la energía solar es intrínsecamente intermitente (ciclos día-noche), por lo que requiere sistemas de almacenamiento de la energía que permitan un mejor ajuste entre la producción y la demanda. Entre las numerosas tecnologías de almacenamiento de energía posibles, el almacenamiento directo de la energía solar en forma química es una de las más atractivas, ya que permitiría disponer de una forma limpia, duradera y transportable de almacenar energía.

El principio básico de funcionamiento de un combustible solar térmico está esquematizado en la Figura 1. Se trata de que una molécula fotosensible, por efecto de la absorción de luz solar, pase a un estado excitado del que sólo se desexcite al aplicar un estímulo. Ya durante la década de los 70 y los 80 se estudiaron reacciones de fotoisomerización, pero ninguna de ellas superó los estudios fundamentales iniciales principalmente debido a la degradación del combustible que impedía reutilizarlo después de unos pocos ciclos. El desarrollo del fulvaleno de tetracarbonil-dirutenio superó este hándicap,1 pero el uso de un metal poco abundante y caro como el rutenio y la poca densidad de energía volumétrica del compuesto han impedido su uso a gran escala, mientras los esfuerzos para mejorar este compuesto realizados hasta la fecha han resultado infructuosos.

 

Figura 1. Esquema simplificado del proceso químico de almacenamiento de energía en un combustible solar térmico2.

 Esta situación, según un estudio teórico recientemente publicado,2 podría empezar a cambiar pronto. En este estudio se proponen como posibles combustibles solares térmicos compuestos resultante de la unión covalente de una molécula orgánica (en concreto un azobenceno) con nanotubos de carbono. Los azobencenos son moléculas fotosensibles que isomerizan de forma muy reversible entre sus formas cis y trans por absorción y emisión de radiación. Ya habían sido estudiados como posibles combustibles solares térmicos, siendo la relativamente pequeña barrera de desexcitación su principal hándicap, ya que la vida media de su estado excitado es del orden de horas o minutos.

 Lo que los cálculos teóricos desarrollados sugieren es que el empaquetamiento de estos azobencenos sobre los nanotubos de carbono, con la consiguiente disminución de simetría del sistema, la corta separación intermolecular con las consiguientes interacciones de van der Waals entre azobencenos contiguos, y la orientación fija de los azobencenos, consigue aumentar a la vez ΔH y Ea gracias a la mayor estabilización de la configuración trans respecto a la cis. Eso a su vez resulta en una predicción teórica de tiempos de vida media del estado fotoexcitado mayores de un año.

 Si a esto le unimos que este denso empaquetamiento de los azobencenos sobre los nanotubos de carbono resulta en predicciones teóricas de densidades de energía volumétricas de 690 Wh/L, comparables a las baterías de ión litio, que la temperatura del calor liberado se predice que esté en el orden de los 620 K y que la eficiencia total pueda llegar al 7.2%, la realización experimental de estas predicciones teóricas pasa a ser una temática del máximo interés para todo aquél interesado en el desarrollo de combustibles solares térmicos y de sistemas de almacenamiento de energía en general.

 Más información

 (1) Phillippopoulos, C.; Economou, D.; Economou, C.; Marangozis, I. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1983, 22, 627-633.

 (2) Kolpak, A. M.; Grossman, J. Nano Letters 2011, DOI: 10.1021/nl201357n

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Estudio de la eficiencia energética en plantas de tratamiento de aguas residuales

Investigadores del Laboratorio de Sistemas de Energía Industrial de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne en Suiza y de Anjou Recherche, Veolia Environnement de Maisons Laffite en Francia realizan una optimización del proceso de tratamiento de aguas residuales mediante reactores de lodos activados acoplados con reactores de digestión anaeróbica.

 Autora: [Isabel Rucandio - CIEMAT]

 El proceso tiene como objetivo la reducción o eliminación del nitrógeno y carbono. El tratamiento clásico de aguas residuales, que se muestra en la figura, consiste básicamente en el tratamiento bioquímico, la separación de los líquidos de los sólidos  mediante sedimentación y tratamiento térmico de los lodos y valorización.

 

La propuesta consiste en una digestión anaeróbica que se produce en los lodos cuando las concentraciones de oxígeno y nitrato son muy bajas. A determinadas temperaturas y durante un tiempo de residencia suficiente, ciertos microorganismos especializados se activan, convirtiendo parcialmente a los nutrientes orgánicos presentes en los lodos en una mezcla de metano y dióxido de carbono. El biogás que se produce puede utilizarse en una máquina de cogeneración para generar energía e invertirla en el proceso. Posteriormente se reduce el agua hasta obtener unos lodos  estabilizados y secos.

 Estos investigadores hacen su propuesta desde un punto de vista en el que se cuide la calidad del agua, pero también los esfuerzos realizados para conseguir dicho objetivo, estudiados desde un punto de vista de los aspectos energéticos que influyen, de manera que tratan de conseguir una minimización de los costes energéticos que conlleva todo el proceso. Estos estudios han sido realizados mediante modelización con modelos matemáticos rigurosos de optimización de recursos, y saldrá publicado en breve en la revista Energy.

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Electricidad, hidrógeno o biocombustibles: ¿qué impulsará a los vehículos del futuro?

Para dar respuesta al alza de los precios del petróleo, el cambio climático y la contaminación del aire será necesario que la industria automotriz y las refinerías de combustibles lleven a cabo una verdadera revolución tecnológica. En este contexto, la identificación de los sistemas de propulsión más prometedores, ya sean los biocombustibles, el hidrógeno o las baterías, es crucial para planificar adecuadamente el futuro del transporte.

Autor: [Juan M. Coronado-IMDEA Energía]

Un estudio reciente, coordinado por el Imperial College de Londres y realizado en colaboración con la Universidad Aachen de Alemania [1], ha  revisado y reinterpretado siete informes previos elaborados por distintos organismos internacionales que comparan los rendimientos de vehículos con motor de combustión interna, los híbridos, los híbridos enchufables (plug-in), los eléctricos con batería o pila de combustible de hidrógeno, y los alimentados con bioetanol. Aunque los estudios difieren en términos de alcance, origen de los datos utilizados y metodología y, por tanto, sus resultados no son estrictamente comparables, el presente análisis muestra que existe una coherencia básica en sus conclusiones. En concreto, los estudios sugieren que las pequeñas mejoras en la eficiencia de los vehículos de combustión interna pueden desempeñar un papel importante en el corto y medio plazo. Sin embargo, para alcanzar objetivos de reducción de emisiones contaminantes a más largo plazo, serán necesarios combustibles y motores alternativos, y se requerirán políticas enérgicas activas para promover su rápida implantación. Por otra parte, aunque los informes se centran en el uso de bioetanol y por tanto no consideran otros biocarburantes de nueva generación, los resultados obtenidos sugieren que a largo plazo la eficiencia de los vehículos híbridos con motor de combustión interna puede estar limitada por la disponibilidad de combustibles sostenibles. Por tanto se espera que a largo plazo los vehículos eléctricos, tanto de baterías (BEV’s) como de pilas de combustible (FCV’s), adquieran un papel preponderante. Aunque estas dos tecnologías se han presentado tradicionalmente como antagónicas y excluyentes, los estudios más recientes sostienen que ambas son necesarias, ya pueden dar servicio a diferentes segmentos del mercado del automóvil.

En este nuevo análisis se han intentado superar algunas de las limitaciones de los estudios revisados, realizando una nueva evaluación económica que incluye no solo el precio del vehículo, sino también su mantenimiento. De este estudio se deduce que si se comparan los medios de propulsión y los combustibles alternativos considerando un solo tipo de vehículo estandarizado, y utilizando patrones de conducción promedio, los costes estimados para todas las opciones varían en un margen muy estrecho, y las posibles diferencias estarían dentro del margen de error. En otras palabras, con este método no es posible ser concluyente sobre cuál será la opción  más barata alrededor del año 2030. Por el contrario, si se consideran distintos tipos de vehículos y patrones de conducción variables, la evaluación económica muestra que  algunas de las opciones tecnológicas disponibles son más competitivas que otras para determinados segmentos de mercado. En concreto, desde esta perspectiva la tecnología BEV’s parecen ser potencialmente más ventajosa en los modelos de vehículos más pequeños, siempre que se utilicen en un ciclo de conducción de baja energía (por ejemplo: urbano y no urbano a baja velocidad) y que su kilometraje sea suficientemente elevado. Los FCV’s y los híbridos enchufables (PHEV’s) con baterías relativamente pequeñas (5-15 kWh) podría competir favorablemente con los motores de combustión interna en el resto de los segmentos del mercado. No obstante los PHEV´s son potencialmente la opción más barata de todas, aunque su utilización no permitiría reducir fácilmente las emisiones a cero. Por otra parte, los PHEVs con modificaciones para aumentar su autonomía pueden ofrecer ahorros significativos para los usuarios que estén dispuestos a sacrificar parte del rendimiento, especialmente en lo que se refiere a la velocidad máxima. No obstante, será necesario realizar análisis específicos para determinar de forma más clara los segmentos de mercados en los que FCVs y PHEVs pueden competir, ya que los datos disponibles no son suficientes para establecer esats diferencia. En cualquier caso, uno de los aspectos más destacados del análisis que se reseña es que, a pesar de sus limitaciones, pone claramente de manifiesto la importancia de tener en cuenta la diversidad del mercado de los vehículos de pasajeros en los futuros análisis comparativos.

[1] M. Contestabile, G. J. Offer, R. Slade, F. Jaeger and M. Thoennes . Battery electric vehicles, hydrogen fuel cells and biofuels. Which will be the winner? Energy Environ. Sci., 2011, Advance Article. DOI: 10.1039/C1EE01804C

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La “JMJ 2011 Madrid” un evento “100% natural” en sintonía con la tercera encíclica de Benedicto XVI “Caritas in veritate” (Caridad en la verdad)

Autora:[Loreto Pazos Bazán-INTA]

“100% natural” es el programa que servirá de marco a todas las actividades sostenibles que se lleven a cabo durante la “JMJ 2011 Madrid” y que manifiestan el compromiso de celebrar una Jornada no contaminante.

 

En su encíclica “Caritas in veritate” (Caridad en la verdad), en el 2009, el Papa Benedicto XVI ya nos enviaba mensajes como estos:

“El desarrollo está también muy unido hoy a los deberes que nacen de la relación del hombre con el ambiente natural”.

“Hoy, las cuestiones relacionadas con el cuidado y salvaguardia del ambiente han de tener debidamente en cuenta los problemas energéticos. En efecto, el acaparamiento por parte de algunos estados, grupos de poder y empresas de recursos energéticos no renovables, es un grave obstáculo para el desarrollo de los países pobres”.

“Es también necesaria una redistribución planetaria de los recursos energéticos, de manera que también los países que no los tienen puedan acceder a ellos”.

“Los numerosos jóvenes que viven en los pueblos pobres reclaman tener su parte activa en la construcción de un mundo mejor”.

“El modo en que el hombre trata el ambiente influye en la manera en que se trata a sí mismo, y viceversa”.

En sintonía con todos estos mensajes se encuentran las iniciativas que se han puesto en marcha para este evento:

  • un concurso de fotografía sostenible para concienciar a todos los jóvenes de la JMJ con este tema,
  • la creación de una “Ruta sostenible” desde Madrid a Cuatro Vientos para fomentar que los peregrinos se desplacen de manera no contaminante (caminando o en bicicleta)
  • el lanzamiento de una aplicación online de “car pooling”, que pondrá en contacto a los jóvenes que van a acudir a la JMJ en coche u otros medios, con otros que buscan una manera de asistir pero no disponen de transporte con el fin de compartir y reducir el número de vehículos empleados en el transporte
  • la instalación de mil contenedores adicionales a los puntos limpios habituales con los que cuenta Madrid para que se pueda reciclar desde una botella vacía hasta los restos de comida generados
  • la posibilidad de comprar una camiseta “100% natural”, con cuyo coste (10€) se contribuirá a la compra de un crédito de carbono, es decir que se neutralizará una tonelada de CO2 de los que se emitan en la JMJ. Con esta aportación cada asistente borrará su huella de carbono generada en estas jornadas
  • la instalación de bicicletas generadoras de energía en Cuatro Vientos para que los participantes de la JMJ puedan recargar sus móviles, portátiles, reproductores mp4, etc.

Además Zeroemissions, compañía de Abengoa, calculará las emisiones directas de gases de efecto invernadero que tendrán lugar durante la JMJ 2011, mediante créditos voluntarios de carbono. Los créditos de carbono son un instrumento contemplado en el protocolo de Kioto que permite destinar dinero, en compensación por lo que se ha contaminado de más, a proyectos de reducción de emisiones en países en vías de desarrollo. Cada crédito equivale a una tonelada de dióxido de carbono equivalente que ha sido dejada de emitir a la atmósfera. En el caso de la JMJ de Madrid se comprarán créditos de carbono en cinco proyectos, uno en cada continente:

  • un campo de energía eólica en Nueva Caledonia
  • una mini hidráulica en Honduras
  • un proyecto de reforestación en Uganda
  • un proyecto de recuperación de metano en vertedero en China y
  • un proyecto de recuperación de metano en Turquía.
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El Avance de la Energía Solar – Situación actual de la Energía Solar Termoeléctrica

El pasado mes de Junio la demanda de energía eléctrica en la Península fue de 20.817 GWh lo que supone un descenso del 0,2% respecto al mismo mes del 2010.La energía solar ha cubierto el 5% de la demanda, superando sus registros por tercer mes consecutivo.

Autor: Antonio Luis Ávila-CIEMAT

La electricidad “solar” superó la cota del 4,5% en mayo y del 4,2% en abril. Cabe pensar que el peso de las tecnologías solares en el mix-eléctrico seguirá creciendo y apareciendo con porcentajes cada vez mayores.

Los datos de Red Eléctrica Española no desglosan aún el origen de la producción solar entre fotovoltaica y termoeléctrica. La fotovoltaica, con unos 4.000 MW instalados, aporta la mayor parte de esa energía, si bien la termoeléctrica, con 750 MW y con más horas operativas, tiene cada vez mayor peso.

España es el primer país del mundo por potencia instalada, en materia de solar termoeléctrica, con 749,4 MW repartidos en 18 centrales que operan con tres tecnologías: colectores cilindro parabólicos, torre central y Fresnel. Se prevé que para final de 2013 estarán conectados a la red 2.400 MW en 60 plantas.

-          PS 10 – Sevilla: fue la primera planta termosolar comercial del mundo. Funciona desde 2006 con tecnología de torre central con vapor saturado. Formada por un campo de 624 helióstatos de 120 m2 que concentran la radiación solar en un receptor situado a 115 m de altura. Tiene 11 MW eléctricos de producción, 50 MW de potencia térmica y 30 minutos de almacenamiento

-          PS 20 – Sevilla: evolución de la PS 10 con un receptor más eficiente. Cuenta con una torre de 165 m y un campo de espejos de 1.250 helióstatos de 120 m2. Diseñada para proporcionar energía a unos 10.000 hogares.

-          Andasol 1 y 2 – Granada: Conectada a la red desde diciembre de 2008 consta de un campo solar que ocupa 510.000 m2 de espejos. Opera con la tecnología de espejos cilindro parabólicos generando una potencia de 50 MW (178.000 MWh al año) y dispone de un sistema de almacenamiento de 7,5 horas. Andasol 2 se conectó a la red en octubre de 2009, se la considera la hermana gemela de Andasol 1. En pocos meses se conectará la tercera planta, Andasol 3.

-          Palma del Río 2 – Córdoba: planta puesta en funcionamiento por Acciona en 2010 con una potencia de 50 MW de potencia sin almacenamiento térmico. Cuenta con 792 colectores solares y un total de 190.000 espejos distribuidos sobre una superficie de 380.000 m2. Sus características son idénticas a otra planta que Acciona está terminando de construir en el mismo municipio, bautizada como Palma del Río 1. Ambas centrales generarán 232 millones de kWh al año.

-          Solnova – Sevilla: las plantes Solnova 1, 3 y 4, de 50 MW cada una son las primeras plantas de colector cilindro parabólico desarrollada por Abengoa Solar, en operación, de un total de cinco (Solnova 1, 2, 3, 4 y 5). La superficie de captación está formada por unos 300.000 m2 de espejos en una superficie de 115 hectáreas. Cada planta, ninguna de ellas cuenta con almacenamiento térmico, está formada por noventa lazos, y cada lazo, a su vez, tiene cuatro colectores. Producen 110 GWh año

-          Gemasolar – Sevilla: Inaugurada hace apenas unos meses es la primera planta del mundo que combina receptor de torre central y almacenamiento térmico mediante sales fundidas, lo que le da una autonomía de generación eléctrica de 15 horas gracias a su capacidad de almacenamiento. Esta planta de 19 MW de potencia nominal mejora la eficiencia (6500 horas anuales) presentando una mayor producción que otras centrales de la misma potencia que usan otra tecnología. Tiene 2.650 helióstatos distribuidos en 185 hectáreas y su producción se estima en 110 GWh al año.

-          La Risca – Badajoz: es la primera planta que Acciona construyó en España. Entro en funcionamiento en septiembre de 2009 con una potencia de 50 MW y tecnología de cilindro parabólicos. Carece de sistema de almacenamiento. La producción media se estima en 102 GWh al año. El número de espejos instalados es de 184.320 sobre un campo solar de 130 hectáreas.

-          Extresol 1 y 2 – Badajoz: Se inauguró en 2009 Extresol 1 y en febrero de este año, Extresol 2. La familia quedará completada cuando esté lista Extresol 3, actualmente en construcción. Las dos plantas operativas son prácticamente gemelas con 50 MW de potencia instalada con tecnología de cilindro parabólica, un ciclo de vapor y un sistema de almacenamiento térmico en sales fundidas de 7,5 horas. El campo solar de ambas es casi idéntico: 624 colectores con una superficie de 510.120 m2, formando 156 lazos paralelos de cuatro colectores conectados en serie. Cada una producirá 181.000 MWh al año.

-          La Florida – Badajoz: se inauguró en Septiembre de 2010, opera con tecnología cilindro parabólica y tiene una potencia de 50 MW que genera 180 GWh al año. El campo de espejos está conformado por 672 colectores dispuestos en 168 lazos y ocupan un espacio de 220 hectáreas. Dispone de un sistema de almacenamiento de 7,5 horas.

-          La Dehesa – Badajoz: de 50 MW de potencia eléctrica y tecnología de canales parabólicos, cuenta con un almacenamiento de 7,5 horas mediante sales fundidas. Cuenta con 672 colectores extendidos sobre una superficie de 220 hectáreas.

-          Majadas – Cáceres: conectada a la red desde noviembre del año pasado. Con una potencia de 50 MW y tecnología de cilindro parabólicos cuenta con 800 colectores repartidos sobre una superficie de 110 hectáreas.

-          Puertollano Ibersol – Ciudad Real: en 2009, Iberdrola Renovables inauguró su primera planta termosolar de 50 MW en puertollano, con 352 colectores cilindro parabólicos equipados con unos 120.000 espejos parabólicos y 13.000 tubos absorbedores. La producción anual estimada asciende a 103 GWh al año, cifra que equivale al consumo de una población de 100.000 habitantes.

-          Manchasol 1 – Ciudad Real: se conectó a red el pasado mes de abril. Funciona con tecnología cilindro parabólica y tiene una potencia instalada de 50 MW y una capacidad de almacenamiento de 7,5 horas. Su producción neta anual será de 161,2 GWh al año. El campo solar comprende 624 colectores en una superficie de 510.120 m2. Actualmente está en construcción Manchasol 2 con características similares.

-          Puerto Errado 1 – Murcia: es la primera central comercial del mundo que opera con colectores lineales y espejos planos Fresnel. El campo solar está formado por 16 líneas paralelas de espejos que reflejan la radiación solar en un colector en el que se vaporiza agua. La superficie de espejos se extiende sobre 18.000 m2. Puerto Errado posee una potencia de 1,4 MW y genera 2GWh de energía eléctrica al año. Uno de los rasgos distintivos de la tecnología son los espejos planos, en lugar de los colectores cilindro parabólicos. Otra seña de identidad es el bajo consumo de agua que precisa para su funcionamiento. La empresa alemana propietaria, Novatec, tiene en construcción en el mismo municipio una central de 30 MW también con tecnología Fresnel.

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