Archivo de noviembre, 2011

Guerra abierta por ser la alternativa. Nuclear vs Renovables

La alta dependencia energética de España y las descontroladas emisiones de CO2 hacen pensar en un nuevo modelo energético donde, tanto la energía nuclear como las energías renovables, intentan posicionarse.

Autor: [Borja Plaza Gallardo-INTA]

Los datos del primer semestre del año 2011 referente al modelo energético no son nada buenos. En mayo de 2011 las emisiones de CO2 en el sector energético han crecido un 60 % respecto al mismo periodo del año anterior debido a la mayor generación de energía con carbón, gas y petróleo. Por otro lado, las importaciones de estos dos últimos han incrementado su valor en lo que va de año más de un 38% sobre 2010. Estos datos invitan a abandonar progresivamente el sistema energético actual basado en los combustibles fósiles.

Las alternativas que toman más fuerza en el mix energético son las energías renovables y la energía nuclear. Las energías renovables presentan las ventajas de unas emisiones nulas de gases de efecto invernadero y de abastecerse de fuentes libres e inagotables de energía, como el viento y el sol. Por su parte la energía nuclear es una fuente de generación de energía eléctrica exenta de emisiones de CO2, poco dependiente del combustible exterior y que se presenta como la energía más “barata”.

Por tanto, la diferencia entre ambas tecnologías, independientemente de los riesgos asociados a la energía nuclear, es una cuestión de costes. En este artículo se pretende comparar los costes de distintas tecnologías de energías renovables con el coste de la energía nuclear.

No existen en la actualidad muchos proyectos que nos puedan dar una idea del coste de la energía nuclear. Uno de los más importantes, y del cual vamos a tomar los datos, es el realizado en la isla de Olkiluoto, en Finlandia. La planta consta de un reactor de agua presurizada y es de las primeras centrales de tercera generación en el mundo. La potencia de la planta es de 1.600 MW y el coste inicial estimado era de 3.000 millones de euros. Actualmente, después de varias revisiones y grandes retrasos el presupuesto inicial se ha doblado y la vida útil de la instalación, estimada inicialmente en 30 años, se ha aumentado hasta 50 años sin ningún cambio significativo en el proyecto.

Con estos datos y teniendo en cuenta una operatividad de la central nuclear de 7.500 horas anuales, se obtiene que el coste de la inversión inicial por MW año es de 0,088 millones de €.

 

 En cuanto al precio del uranio, el mercado ha experimentado una gran volatilidad, llegando a situarse el valor de la libra de uranio en más de 60 euros. Actualmente (agosto 2011) su valor es de 35,35 euros. Si se tiene en cuenta que una central de 1.000 MW trabajando al 100% consume anualmente, aproximadamente, 155 toneladas de uranio, el coste del combustible es de 5,48 €/MWh. Para la central de Olkluoto el coste del combustible anual será de 0,041 millones de € por MW año.

Los costes de operación y mantenimiento de una central nuclear se estiman en 7,63 €/MWhe, lo que supone un coste anual de 0,067 millones de € por MW año. Con todos estos datos, y sin incluir los gastos de gestión de residuos radiactivos, el coste de la energía nuclear es de 0,196 millones de € por MW año.

Como ejemplo de instalación solar termoeléctrica, se ha elegido la recientemente inaugurada GEMASOLAR perteneciente a Torresol Energy. La peculiaridad de la instalación es que se trata de la primera planta comercial del mundo de torre central con almacenamiento de sales fundidas, lo que permite generar electricidad de acuerdo con la demanda. Se espera que opere un total de 6.450 horas al año a plena capacidad (potencia nominal 19,9 MW). El coste del proyecto ha sido de 171 millones de euros. Utilizando la misma fórmula utilizada para la energía nuclear, se obtiene que el coste de la inversión inicial por MW año, para una vida útil de la instalación de 40 años, es de 0,292 millones de €.

Si a este valor se le añade los costes de mantenimiento estimados en 0,053 millones de € por MW año, el coste de la energía termosolar es de 0,354 millones de € por MW año.

Aunque la energía termosolar es más cara tiene la ventaja de la gestionabilidad, ya que permite producir el máximo de electricidad en los momentos de máxima demanda y reducir la potencia en los momentos valle. Es decir, hace posible disponer de una producción de energía renovable operando bajo los parámetros de gestionabilidad de una planta convencional. Esto no lo logra la energía nuclear, ya que su producción es constante durante las veinticuatro horas del día con independencia del consumo eléctrico debido a los grandes tiempos y costes de paro y puesta en funcionamiento.

Además, la termosolar es un campo en el que España es líder mundial y es una forma de incentivar nuestra economía. Como dato, en solo tres años las centrales termosolares han reducido a menos de la mitad los componentes fabricados en el extranjero.

Los proyectos eólicos y fotovoltaicos son mucho más comunes por lo que se van a tomar como ejemplo dos instalaciones tipo.

El coste de la energía fotovoltaica se sitúa en la actualidad en 2.500 euros el kW de potencia instalado, siendo 2.000 horas de producción anual, un valor estimativo de una zona de radiación solar media y 25 años la vida útil de los equipos. Con estos valores, y teniendo en cuenta el bajo precio de mantenimiento de la instalación (0,005 millones de € por MW generado) el coste de la energía fotovoltaica es de 0,443 millones de € por MW año.

La energía fotovoltaica sigue siendo más cara que las otras alternativas evaluadas. A pesar de ello, la tendencia del mercado, con disminuciones en el coste superiores al 10 % en los últimos años, hace pensar que puede ser una tecnología competitiva en no mucho tiempo.

Las instalaciones eólicas tienen una vida útil de 25 años siendo la inversión inicial de aproximadamente 950 millones de euros la instalación de 1 GW de potencia. Las horas de funcionamiento de una instalación tipo en España son 2.200 horas por lo que el coste de la inversión es de 0,151 millones de € por MW generado. Si se estima en 0,020 millones de € por MW generado el precio de mantenimiento de la instalación, el coste de la energía eólica es de 0,171 millones de € por MW año.

Por tanto, y sin entrar a valorar temas como la seguridad, la gestión de residuos durante miles de años y la dependencia energética del exterior (hay que importar el combustible nuclear de fuera de España), queda demostrado que la energía nuclear no es la alternativa más barata al modelo energético actual, ya que la energía eólica tiene un coste por MW generado inferior. Además, alternativas como la energía fotovoltaica y la energía termosolar presentan curvas de aprendizaje que hacen que su coste disminuya a medida que mejora la tecnología, mientras que en el caso de la energía nuclear el coste sigue aumentando.

PD: Una pregunta final que dejo en el aire y que siempre me surge cuando leo un artículo relacionado con la energía nuclear es la siguiente: Sí los costes variables de la energía nuclear relacionados con la operación y mantenimiento de las centrales, así como con la adquisición de combustible, son tan pequeños como para ser considerada por muchos la energía más “barata”, y los costes de inversión (ayuda a la construcción de centrales nucleares) se realizaron cuando las eléctricas eran estatales y por tanto salieron de los presupuestos generales o incluso se generaron pagos específicos fuera del sistema como por ejemplo el 3% de incremento del recibo eléctrico para financiar la moratoria nuclear o los costes de gestión de los residuos ¿Por qué las centrales nucleares cobran la electricidad a precio de mercado?

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¿Puede el bioetanol obtenido a partir de residuos de madera ser competitivo a corto plazo?

El etanol producido a partir de residuos lignocelulósicos puede convertirse en una alternativa al etanol preparado a partir de vegetales que compiten con la alimentación humana a partir del año 2020 si la industria recibe el apoyo de las administraciones para su desarrollo de acuerdo a un estudio reciente publicado por la Universidad  British Columbia

Autor: [R.M. Navarro, Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC]

 El bioetanol de primera generación se obtiene mediante la fermentación de azúcares procedentes de diferentes vegetales (maíz, remolacha, cebada,….). El uso del bioetanol como combustible ha crecido notablemente en los últimos años en Europa, Estados Unidos, Brasil y Cánada. La producción mundial total de bioetanol aumentó desde 17,1 BL en 2001 hasta 73.9 BL en 2009 lo que significa un incremento del 430% en estos últimos años con una tasa anual de crecimiento superior al 17%. El éxito en el uso del bioetanol se ha debido al aumento en el precio de los combustibles fósiles y al soporte gubernamental  que ha recibido en países como Brasil y EEUU con el objetivo de incrementar la seguridad en el suministro doméstico de combustibles, reducir la emisión de gases de efecto invernadero y ayudar a las industrias y comunidades rurales.

 Sin embargo la producción de bioetanol de primera generación ha comenzado a cuestionarse en los últimos años ya que se considera una interferencia en la agricultura dedicada a la producción de alimentos así como causa de pérdidas de ecosistemas naturales. Para evitar estos inconvenientes se están realizando investigaciones con el fin de utilizar fuentes naturales alternativas para los biocombustibles de segunda generación. De entre las fuentes alternativas para la producción de biocombustibles, la biomasa lignocelulósica aparece como una de las más adecuadas. La biomasa lignocelulósica es un componente esencial de la madera e incluye residuos forestales y agroindustriales (serrines, restos molienda, fabricación papel,…).  Diferentes análisis de ciclo de vida han mostrado que la producción de etanol a partir de biomasa lignocelulósica, por medio de conversión bioquímica o termoquímica, presenta notables ventajas medioambientales y de renovabilidad respecto de la producción de etanol por fermentación de azúcares. A pesar de ello, el grado de comercialización del etanol de segunda generación es lento con un desarrollo  a nivel de demostración con varias plantas operando en América del Norte y Europa (una de ellas en Salamanca participada por Abengoa y Ebro Puleva). El lento progreso en la comercialización del etanol de segunda generación se debe tanto a riesgos asociados al desarrollo de la tecnología como a la elevada inversión de capital y a los pobres retornos previstos a corto plazo.

 La producción de etanol a partir de residuos lignocelulósicos se realiza en un proceso en cuatro etapas: (i) pretratamiento, (ii) hidrólisis, (iii) fermentación y (iv) separación de productos. Durante el pretratamiento, los residuos lignocelulósicos se procesan para atacar las fibras obteniendo la separación de las hemicelulosas de las fibras poliméricas. Tras el pretratamiento, la segunda etapa de hidrólisis permite la separación de los monómeros de azúcar contenidos en la celulosa y las hemicelulosas. Los monómeros obtenidos pueden ser fermentados a etanol usando levaduras modificadas capaces de fermentar los monómeros de azúcares procedentes del tratamiento de la lignina. La etapa final de separación de productos y la posterior destilación y deshidratación del etanol fermentado produce un alcohol con una pureza del 99.9% aceptable para su utilización como combustible.

 A pesar de las evidentes ventajas medioambientales y de renovabilidad que presenta el bioetanol de segunda generación, este tipo de combustible debe competir económicamente con los costes de producción del etanol de primera generación. Para conocer el nivel de competitividad del etanol de segunda generación respecto del de primera generación, investigadores de la Uniersidad British Columbia han realizado un estudio comparativo de los costes de producción del etanol lignocelulósico en la actualidad y una proyección para el año 2020. Los investigadores han realizado un modelo tecno-económico que incluye y estima las oportunidades para la reducción de los costes de producción del etanol lignocelulósico incluyendo costes de las materias primas, inversión y de operación. El estudio realizado concluye que el etanol lignocelulósico podría ser competitivo con el etanol de primera generación en el año 2020. Para lograr este objetivo se deben conseguir descensos en el coste de todos los componentes que integran el proceso de producción de etanol lignocelulósico: reducción del coste de las enzimas celulasas utilizadas para la descomposición de la celulosa y reducción del coste de las unidades de pretratamiento/hidrólisis descendiendo la severidad y tiempos de contacto en ambos procesos. Por esta razón, los autores concluyen que la producción de etanol lignocelulósico requerirá de una política de apoyo por encima de la dada en la actualidad al etanol de primera generación para que esta tecnología pueda ser competitiva en el año 2020.

 Más información

 JD Stephen, WE Mabee, JN Saddler, Modeling and Analysis: Lignocellulosic ethanol competitiveness and cost reduction. Biofuels, Bioprod. Bioref. (2011); DOI: 10.1002/bbb

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Investigadores del Ciemat participan en el “XIX International Symposium on Alcohol Fuels (2011 ISAF)”

Durante los días 10 a 14 de Octubre de 2011 se celebró en Verona (Italia) la decimonovena edición del simposio internacional “ISAF (International Symposium on Alcohol Fuels)”. Investigadores de la Unidad de Biocarburantes del Ciemat participaron en dicho congreso mediante la presentación dos comunicaciones orales que recogen los últimos avances del grupo en la producción de etanol combustible a partir de biomasa lignocelulósica.

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

 ISAF (International Symposium on Alcohol Fuels) es una organización internacional sin ánimo de lucro que reúne a especialistas, tecnólogos e investigadores del ámbito de los biocombustibles, tales como el bioetanol. Se fundó en el año 1976 y este año ha celebrado su 35 aniversario con el “XIX ISAF Symposium”, que ha tenido lugar en Verona (Italia) del 10 al 14 de octubre. Este foro constituye uno de los grupos de expertos más relevantes, tanto desde el punto de vista técnico como académico, en el área de los biocombustibles de primera y segunda generación, digestión anaerobia, emisiones y aspectos de sostenibilidad de la producción y uso de estos nuevos productos.

 Los temas tratados en el simposio incluyeron: tecnologías avanzadas de producción de bioetanol de 1ª generación; nuevas materias primas para la producción de bioetanol por tecnologías de segunda generación; combustibles oxigenados sostenibles (investigación, desarrollo y demostración), tales como bioetanol, metanol, éteres, biodiesel y aceites de pirólisis; combustibles derivados de biomasa y biorefinerías; valorización de subproductos de los procesos de producción de bioetanol de 1ª y 2ª generación; uso final de los biocombustibles en el transporte de vehículos y la aviación; impacto ambiental de los procesos de producción; estrategias, políticas, barreras, mercados y cooperación internacional en biocombustibles y comercio internacional y perspectivas futuras en este campo.

 Investigadores de la Unidad de Biocarburantes del Ciemat participaron en esta edición del simposio mediante la presentación de dos comunicaciones cuyos títulos son: “Increased ethanol concentration in simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of steam exploded wheat straw” y “Laccase detoxification of steam-exploded wheat straw for etanol production by thermotolerant yeast  Kluyveromyces marxianus

 En esta ocasión, ISAF XIX se celebró en paralelo a la “2nd Lignocellulosic Bioethanol Conference”, un evento organizado por la Dirección General de la Energía de la Comisión Europea y Brasil sobre las tecnologías de producción de etanol de segunda generación y su estado actual de desarrollo, con una importante participación del sector industrial.

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Carbonos modificados por enlace covalente con compuestos orgánicos electroactivos como alternativa viable en el desarrollo de supercondensadores de altas densidades energéticas

Según algunas estimaciones el consumo mundial de energía es de unos 15 Teravatios cada año. Dado que la cantidad de energía solar aprovechable anual se ha estimado en 50 Teravatios, sistemas de almacenamiento electroquímico de energía como las baterías y los supercondensadores nos pueden permitir aprovechar mejor esta energía renovable, pero para ello se requiere desarrollar materiales novedosos con mayor densidad de energía. Una de las maneras mediante las cuales esto se puede conseguir es modificando electrodos carbonosos con compuestos orgánicos con actividad redox, lo que resulta en una tecnología de almacenamiento más simple, de menor coste y sobre todo limpia.

 Autora: [Suheda ISIKLI – IMDEA Energía]

 Los dos principales sistemas actuales de almacenamiento electroquímico de energía son las baterías y los supercondensadores. Las baterías almacenan la energía eléctrica en forma de reacciones químicas y acumulan mayores densidades de energía que los supercondensadores. Sin embargo, la carga y descarga de una batería causa cambios físicos en los electrodos que con el tiempo limitan la vida de la batería.  En los supercondensadores, la carga se almacena electroestáticamente, lo que no daña los electrodos durante la carga y descarga. Esto permite a los supercondensadores cargarse y descargarse millones de veces presentando a su vez una mayor densidad de potencia que las baterías.

 Los materiales de electrodo más usados en supercondensadores son carbonos porosos por sus excepcionalmente altas áreas superficiales, relativamente altas conductividades electrónicas, y bajo coste. La densidad de energía y potencias que son capaces de almacenar estos supercondensadores están muy relacionadas con las características físicoquímicas de los carbones.  Por ejemplo, un aumento de la superficie especifica junto a la contribución de grupos funcionales superficiales con contribuciones redox generalmente resultan en un aumento de la capacitancia. Aunque los supercondensadores actuales se comportan en muchos casos de manera adecuada hay un gran margen de mejora en, por ejemplo, la porosidad, la mojabilidad, y la adición de compuestos que transfieran electrones reversiblemente a la superficie de los electrodos carbonosos.

 Una aproximación prometedora para la mejora de las propiedades de almacenamiento energético y de la capacitancia específica de los actuales carbones es inmovilizar una capa fina de moléculas electroactivas que sean capaces de transferir electrones a la superficie del carbón. En este sentido, la formación de un enlace covalente entre la superficie del sustrato y la capa orgánica mediante reacciones electroquímicas ya se ha aplicado no sólo en carbones sino en metales, óxidos metálicos y polímeros, mediante el uso de diferentes precursores como aminas, alcoholes, carboxilatos, reactivos de Grignard, sales vinílicas y sales de diazonio.

De entre estos métodos, la electro-reducción de sales de diazonio1 destacó especialmente en la modificación de carbones, y estudios posteriores llevaron al desarrollo en el grupo de Richard Compton de un método químico para la reducción homogénea de sales de diazonio usando ácido hipofosforoso, lo que constituyó la primera metodología química sencilla para la derivatización de carbones (Fig. 1).2

 

 Figura 1. Modificación química de carbones en polvo.

Desde ese desarrollo inicial hasta la fecha este método se ha aplicado a diferentes electrodos carbonosos de aplicación en supercondensadores. Por ejemplo, Pickup et al. han presentado recientemente varios estudios con electrodos carbonosos modificados que resultan en supercondensadores de mejores densidades de energía y potencia. En ellos, el electrodo negativo es un carbón modificado con antraquinona y el electrodo positivo es carbono sin modificar3, óxido de rutenio4, y 1,2-dihidroxibenceno5. A su vez, Bélanger et al. han estudiado una serie de carbones en polvo activados de alta áreas superficiales modificados con diferentes cantidades de antraquinona que llegaban a doblar las capacitancias de los carbonos sin modificar6.

 Aunque estos estudios muestran la posibilidad de aumentar las densidades de energía y potencia mediante la modificación de electrodos, aún se requiere más investigación para llegar a la competitividad comercial de estos dispositivos. Por ejemplo, el bloqueo de microporos por adsorción indeseada durante la reacción de adición reduce drásticamente el área superficial disponible y por tanto la capacitancia electrostática de los carbones, así como la vida útil del dispositivo.

 Por tanto, la mejora de los métodos de adición de compuestos orgánicos electroactivos a carbones se presenta como una línea de investigación muy prometedora para el desarrollo de electrodos carbonosos con mayor actividad redox y mejor mojabilidad y ciclabilidad.

Referencias

     1.    Allongue, P.; Delamar, M.; Desbat, B.; Fagebaume, O.; Hitmi, R.; Pinson, J.; Savéant, J. M. Covalent Modification of Carbon Surfaces by Aryl Radicals Generated from the Electrochemical Reduction of Diazonium Salts. Journal of the American Chemical Society 1997, 119 (1), 201-207.

     2.    Pandurangappa, M.; Lawrence, N. S.; Compton, R. G. Homogeneous chemical derivatisation of carbon particles: a novel method for funtionalising carbon surfaces. Analyst 2002, 127 (12), 1568-1571.

     3.    Kalinathan, K.; DesRoches, D. P.; Liu, X.; Pickup, P. G. Anthraquinone modified carbon fabric supercapacitors with improved energy and power densities. Journal of Power Sources 2008, 181 (1), 182-185.

     4.    Algharaibeh, Z.; Liu, X.; Pickup, P. G. An asymmetric anthraquinone-modified carbon/ruthenium oxide supercapacitor. Journal of Power Sources 2009, 187 (2), 640-643.

     5.    Algharaibeh, Z.; Pickup, P. G. An asymmetric supercapacitor with anthraquinone and dihydroxybenzene modified carbon fabric electrodes. Electrochemistry Communications 2011, 13 (2), 147-149.

     6.    Pognon, G.; Brousse, T.; Demarconnay, L.; Bélanger, D. Performance and stability of electrochemical capacitor based on anthraquinone modified activated carbon. Journal of Power Sources 2011, 196 (8), 4117-4122.

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Hiedra solar

Cómo producir energía renovable sin impacto visual.

Autora: [Mª Belén Gómez Mancebo – CIEMAT]

Las renovables empiezan a desarrollar múltiples aplicaciones para adaptarse a la realidad y usos de los ciudadanos. Pero su presencia sigue siendo hoy casi insignificante. Una opción para lograr que estas tecnologías se integren es reducir su impacto visual. Y por ello, se está realizando un esfuerzo en innovación desarrollando servicios y productos que se integren tanto en el territorio como en el paisaje. Prueba de ello es la hiedra solar. Si muros y fachadas pueden estar tapizados por esta planta trepadora, por qué no recrear su estética para cubrirlos y además generar energía. Cada hoja Solar Ivy produce entre 0,5 y 4 vatios hora, según el tipo de película fina fotovoltaica elegida. Son flexibles, eficientes y se puede elegir la densidad de «planta trepadora» que se requiere para un muro, una fachada o el exterior de un garaje.

Así, para adornar nuestras fachadas, podemos optar por instalar una hiedra solar de película fina fotovoltaica en su versión orgánica, completamente reciclable y libre de materiales tóxicos, o bien de silicio amorfo, con una vida más larga que las orgánicas, u optar por las CIGS, las más eficientes. Además se debe pensar en la densidad que se necesita. Y es que, al tratarse de pequeñas células flexibles, se puede elegir la cantidad de hojas bien por las necesidades energéticas o por el diseño que se pretende alcanzar.  Además no tienen por qué ser verdes, sino que se puede optar por diversos colores. De ahí que las Solar Ivy vayan a ser instaladas en breve en Montreal Biosphere (Canadá), en la Universidad de Sheffield (Reino Unido) y en la de Utah (EE UU).

El coste del proyecto dependerá del tipo de película fina elegida y del tamaño y la densidad de la instalación. De forma orientativa, cada hoja orgánica cuesta aproximadamente 13,85 euros y son las que producen 0,5 W/h. Las CIGS cuestan un poco menos, 13,16 euros por hoja, aunque producen bastante más energía, 4 W/h. La opción más cara es la de silicio amorfo, cuyo precio se eleva a 16,62 euros por hoja, a pesar de producir casi lo mismo que la orgánica, 0,6 W/h. Después habrá que sumar el coste de la instalación, incluyendo la estructura compuesta por una malla de alta resistencia, el cable de acero inoxidable que sujetará cada hoja de 250 gramos de peso y la mano de obra. En España, la inversión podría ser menor que en otros países, ya que aquí el nivel de radiación solar es mayor.

Lo que no está claro es cuánta energía se necesita para producir cada hoja, aunque la empresa productora ha conseguido que la malla en donde se instalan las Solar Ivy sea reciclable, así como las hojas de película fina orgánica.

 En definitiva, una alternativa más para avanzar en la generación distribuida y el autoconsumo, mejorar el ahorro y la eficiencia, y democratizar el sector de la energía.

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Celebrado el 6th International Symposium on Feedstock Recycling

El Sexto Simposio Internacional sobre Reciclado Químico de Materiales Poliméricos (“International Symposium on Feedstock Recycling”, 6th ISFR) se celebró los pasados días del 5 al 7 de octubre en Toledo. El congreso ha estado organizado por profesores del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos, dirigidos por los catedráticos David Serrano Granados y José Aguado Alonso. En el mismo han participado 127 delegados inscritos y tuvieron lugar 6 conferencias plenarias, 34 presentaciones orales y 44 contribuciones científicas en formato póster. Tal asistencia ha supuesto un aumento del casi el 25% respecto a la del anterior congreso realizado.

 Autor: [Javier Dufour- IMDEA Energía, Universidad Rey Juan Carlos]

 Los principales temas científicos sobre los que trató este congreso son:

-          Reciclado químico, principalmente mediante pirólisis y solvólisis de plásticos

-          Producción de gas de síntesis mediante gasificación u oxidación parcial

-          Energía derivada de plásticos, gomas o corrientes de plástico residuales

-          Análisis del ciclo de vida, legislación y  riesgos en el reciclado de plásticos

-          Técnicas innovadoras en reciclado mecánico

 Las principales conclusiones obtenidas de las sesiones científicas y del resto de actividades fueron:

-          Parece que la producción total de residuos plásticos está disminuyendo y se están nivelando en Japón y Europa en los últimos años.

-          Está aumentando la producción de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos, así como residuos conteniendo bromo.

-          El reciclado mecánico y la recuperación de energía de los residuos plásticos han aumentando continuamente en Europa en los últimos años, mientras que el reciclado químico muestra una tendencia negativa.

-          Gran parte de los residuos plásticos europeos se exportan a otros países.

-          Los nuevos sistemas automáticos de separación permiten identificar y separar mezclas complejas de polímeros, incluso para tamaños de partícula pequeños.

-          Gran interés en los procesos en dos etapas: pirólisis/gasificación catalítica, degradación térmica/hidroreformado catalítico o degradación térmica/descomposición catalítica.

-          Nuevas opciones para la dehidrocloración de PVC: líquidos iónicos o sustitución de Cl en lugar de eliminación.

-          Nuevos productos posibles a partir de residuos plásticos: fibras y nanotubos de carbono.

-          Aspectos comunes entre la conversión de residuos plásticos y biomasa (bio-refinerías, bio-residuos-refinerías)

-          El análisis de ciclo de vida coloca al reciclado químico en la cumbre de la jerarquía del tratamiento de residuos plásticos.

-          El análisis de ciclo de vida de los procesos de licuefacción indican la necesidad de optimizar la eficiencia térmica.

-          Han tenido lugar importantes avances en la economía del reciclado químico durante los últimos años, aunque se necesita una mayor reducción de costes para hacerlo competitivo.

-          Un escenario futuro de altos costes del petróleo favorecerá las alternativas de reciclado químico.

-          Se necesita un cambio importante en nuestra forma de pensar para alcanzar una sociedad realmente basada en el reciclado y la recuperación, una sociedad sostenible.

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Imitando a la naturaleza: ¿Virus que mejoran la reacción de Water Splitting?

El proceso de water splitting es un mecanismo que permite el aprovechamiento directo de la energía solar y al mismo tiempo solventar uno de los principales problemas de este recurso, su intermitencia. En un estudio reciente, investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology) han diseñado un sistema catalítico inspirado en los procesos naturales que ocurren en las plantas durante la fotosíntesis. En este caso se ha empleado un virus modificado como soporte biológico para ensamblar todos los componentes necesarios para llevar a cabo el proceso de disociación de la molécula de agua.

Autora: [Laura Collado-Instituto IMDEA-Energía]

 La luz solar es el recurso energético más abundante que tenemos a nuestra disposición , de ahí que en la actualidad numerosos trabajos de investigación estén tratando de desarrollar mecanismos que permitan aprovechar de forma eficiente la radiación solar, convirtiéndola directamente en electricidad o en combustibles de alto contenido energético [1,2]. En este último caso, la reacción de disociación del agua en hidrógeno y oxígeno, proceso conocido como water splitting, permite el almacenamiento de la energía solar en forma de enlaces químicos. Muchos estudios centrados en este campo se basan en la imitación inteligente del proceso natural de fotosíntesis. La mimetización de este proceso para la producción de hidrógeno y oxígeno, requiere de un sistema catalítico estable y eficiente que sea capaz de promover la oxidación fotoquímica de la molécula de agua mediante su activación con luz visible. En la mayoría de los casos los catalizadores empleados son óxidos metálicos, sin embargo cada vez son más los trabajos que se están desarrollando y que emplean nuevos sistemas catalíticos basados en estructuras biológicas, para tratar de mejorar la eficiencia catalítica del proceso [3].

En esta línea, investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology) han sintetizado un sistema catalítico tratando de imitar los procesos naturales que tienen lugar durante la fotosíntesis de las plantas. En este caso, el equipo de investigación liderado por Ángela Belcher, directora del Grupo de Materiales Biomoleculares, empleó un virus no patógeno modificado al que han denominado M13, el cual utilizaron como soporte para unir químicamente un catalizador (óxido metálico) y un fotosensibilizador que sería el equivalente a los pigmentos fotosintéticos de las plantas. El catalizador escogido fue el óxido de iridio (IrO2) por su buena actividad catalítica en condiciones oxidantes, mientras que las porfirinas de zinc fueron seleccionadas como fotosensibilizadores dadas sus propiedades ópticas y electroquímicas. La función de los virus fue servir de estructura y facilitar el ensamblaje entre el catalizador y el fotosensibilizador. Uno de los aspectos críticos en el diseño de sistemas catalíticos destinados a procesos de fotosíntesis artificial es la distancia entre los componentes funcionales del sistema. Esta distancia debe ser la adecuada ya que si el espaciamiento entre el fotosensibilizador, el aceptor de electrones y el catalizador no es el óptimo pueden producirse procesos de corrosión y de degradación de los materiales. Para salvar esta dificultad el grupo de investigación decidió emplear un soporte biológico, nanocables del virus M13, que les permitiese contar con la versatilidad suficiente como para ensamblar los componentes del sistema catalítico con la proximidad adecuada. Para evitar que con el paso del tiempo los nanocables sufrieran procesos de agregación y pudiesen perder efectividad, los virus fueron previamente encapsulados en microgeles porosos, dotando a su vez de estabilidad a la estructura catalítica e inmovilizando los componentes [3].

Mediante el diseño de este sistema catalítico el grupo ha tratado de solventar una de las principales dificultades de los procesos de fotosíntesis artificial, la organización a nanoescala de los componentes funcionales del sistema, de forma que sea posible el control de los procesos de transferencia de carga. El uso de una estructura biológica como plantilla del sistema catalítico permitió mejorar la eficiencia de la formación de oxígeno durante la reacción de water splitting.

En la actualidad el grupo de investigación está trabajando en la búsqueda de un material de bajo coste que pueda ser empleado como catalizador en el proceso, de forma que se alcancen eficiencias similares a las obtenidas con el óxido de iridio pero empleando otros elementos metálicos más abundantes y de menor coste. La línea de investigación también continúa abierta para la búsqueda de materiales basados en estructuras biológicas que realicen la otra mitad del proceso de water splitting, es decir la producción de hidrógeno.

Referencias:

[1] Scholes G.D., Fleming G.R., Olaya-Castro A., van Grondelle R. Nature Chemistry, 2011, Vol.3.

[2] Kalyanasundaram K., Graetzel M. Current Opinion in Biotechnology, 2010, 21:298–310.

[3] Nam Y.S., Magyar A.P., Lee D., Kim J-W., Yun D.S., Park H., Pollom T.S., Weitz D.A., Belcher A.M. Nature Nanotechnology, 2010, Vol. 5.

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