Archivo de julio, 2012

Nuevos Avances para la Tecnología de Fusión Nuclear

El pasado 5 de julio, científicos del National Ignition Facility (NIF) de Estados Unidos batieron el record  del láser más potente del mundo, consiguiendo crear un pulso de luz con una potencia de 500 Teravatios, lo que es equivalente a 1.000 veces la cantidad de energía que usa Estados Unidos en cualquier momento. Estos elevados niveles de energía y potencia son clave para el desarrollo de las tecnologías de fusión nuclear mediante confinamiento inercial. Entre las misiones del NIF está proporcionar a los científicos el conocimiento necesario para crear la ignición de fusión y la futura producción de energía.

Autora: Aida Ruiz – Grupo de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad Rey Juan Carlos

El proceso de fusión nuclear es el que produce la energía en el sol y las estrellas. Es La reacción en la que dos núcleos de átomos ligeros se unen para formar otro núcleo más pesado, liberándose una gran cantidad de energía. Una central de fusión nuclear generaría energía mediante la fusión de átomos de deuterio y tritio, obteniéndose helio como producto. El deuterio puede ser extraído del agua de mar y el tritio se produciría por transmutación de litio, que es un elemento común en los suelos. Este tipo de central no produciría emisiones de gases de efecto invernadero, operaría en continuo para satisfacer la demanda y los subproductos producidos presentarían una menor peligrosidad radiactiva que en las plantas de fisión nuclear.

 

 

 

 

 

 

Para que la fusión ocurra se deben alcanzar temperaturas de unos 100 millones de grados centígrados con el fin de que los núcleos tengan la suficiente energía para unirse venciendo las repulsiones nucleares. A esas temperaturas la materia se encuentra en forma de plasma, constituido por núcleos y electrones libres. Además, es preciso que se produzcan una cantidad de reacciones suficiente para que, por lo menos, se recupere la energía invertida. Para obtener una cierta cantidad de energía generada por fusión es necesario mantener confinado el plasma durante el tiempo necesario para que ocurra un número suficiente de reacciones. Las altas temperaturas de reacción plantean la dificultad del confinamiento puesto que no existe ningún material capaz de resistir esas condiciones. Para obtener el confinamiento del plasma en un reactor de fusión se han propuesto dos sistemas. El confinamiento magnético y el confinamiento inercial.

En la fusión por confinamiento magnético se mantiene confinado el plasma mediante campos magnéticos muy intensos que tienen la capacidad para curvar las trayectorias de las partículas cargadas. El dispositivo diseñado para ello se denomina TOKAMAK y es una cámara toroidal provista de unas bovinas superconductoras que generan el campo magnético utilizado para confinar el plasma. En este caso el calentamiento se realiza mediante microondas u otras fuentes de energía. Esta es la tecnología utilizada en el ITER que se está construyendo en Francia.

En el confinamiento inercial una pequeña pastilla de combustible se comprime y se calienta mediante un rayo láser de elevada energía de tal forma que la fusión ocurre antes de que los átomos puedan separarse. El objetivo del NIF de estados Unidos es alcanzar la fusión por compresión y calentamiento de una pequeña cápsula de deuterio y tritio utilizando la energía de 192 rayos láser de elevada energía. En este proceso la cápsula de combustible se comprimirá alcanzando una densidad 100 veces mayor que la del plomo sólido y se calentara a más de 100 millones de grados centígrados. En la etapa de compresión los rayos X generados por la irradiación del láser ceden su energía a la parte exterior de la esfera que rápidamente se expande hacia el exterior. Esto produce que el resto del combustible se mueva hacia al interior formando una estructura densa uniforme. Para producir la ignición será necesario un segundo pulso que transfiera 20 kJ de energía en un punto de 35 micras de tamaño en unos pocos picosegundos, calentando el combustible hasta la temperatura de de ignición e iniciando la reacción termonuclear.

 

 

 

 

 

 

 

 

En cuanto al funcionamiento del láser del NIF, los rayos recorren un largo camino de 1500 m desde su generación en el oscilador principal hasta el centro de la cámara del combustible de combustible. El oscilador principal genera un pulso de rayo láser que se divide y conduce a los módulos de amplificación A continuación, los rayos láser pasan a través de una serie de amplificadores que aumentan su energía de forma exponencial desde 1 billonésima de Julio hasta 4 millones de Julios y esto ocurre en 5 millonésimas de segundo. Un complejo sistema de espejos alinean los 192 rayos en una configuración esférica de tal forma que éstos pueden ser enfocados en el centro exacto de la cámara que es una esfera de 10 m de diámetro.

 

 

 

 

En conclusión, el disparo de 500 TW conseguido por el NIF es un paso adelante para obtener más energía mediante fusión de la necesaria para iniciar el proceso. Aunque la ignición aun no se ha demostrado, los responsables del centro dicen haber recorrido el 75 % del camino para alcanzar esta proeza que prevén para los próximos 6-18 meses.

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La aportación de los biocarburantes a la generación de empleo

La Global Renewable Fuels Alliance (GRFA) ha presentado un estudio titulado “Contribution of biofuels to the global economy “sobre la aportación de los biocarburantes a la economía mundial, que incluye un análisis de su impacto en al creación de empleo.

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

 El estudio realizado por la GRFA (Global Renewable Fuels Alliance) revela que en el año 2010 la industria global de los biocarburantes contribuyó con 231.000 millones de euros a la encomia global, incrementó el PIB en un 4% y contribuyó  a crear 1,4 millones de puestos de trabajo en el sector. Esta contribución incluye toda la cadena de costes y producción: semillas, cultivo, fertilizantes y fitosanitarios, transporte, procesamiento, elaboración, etc. Concretamente para el etanol, el informe resalta que su producción supuso la creación de casi 70.000 empleos en Europa en 2010 y que estos podrían llegar a 190.000 en 2020.

La European Renewable Ethanol Association (ePURE) ha valorado este informe y, según sus estimaciones, el sector en Europa supuso la creación de alrededor de 100.000 puestos de trabajo directos e indirectos, principalmente en el sector agrícola. Su secretario general, Rob Vierhout, ha declarado que “el informe muestra que la industria de los biocarburantes contribuye de manera notoria al bien público global, ya que, a medida que se incrementa la producción, los beneficios económicos se maximizan en mayor medida”.

La información aportada por la asociación ePURE en relación a este informe destaca que también se han creado puestos de trabajo en campos tan relevantes como la investigación científica, la certificación de sostenibilidad, el desarrollo de tecnologías, la ingeniería y la consultoría, así como en otros ámbitos de la cadena de valor de la producción sostenible de etanol carburante. Se estima que teniendo en cuenta el elevado potencial del etanol de segunda generación, la previsión de creación de puestos será aún mayor.

Finamente, la asociación ePURE también valora del estudio las ventajas asociadas a la reducción de la dependencia de Europa de las importaciones de petróleo importado a altos precios y la reducción de la factura petrolera. Atendiendo a su análisis, “la UE gastó unos 315.000 millones de euros sólo en 2011 en importar petróleo, un gasto casi del tamaño de toda la deuda de Grecia, y sin los biocarburantes el déficit de la UE en dicha factura habría sido un 6,3% mayor”.

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El vehículo eléctrico de pila de combustible, ya es una realidad

 

Al volante de un HONDA FCX Clarity he podido experimentar como la movilidad sostenible está dejando de ser un sueño para convertirse en una realidad cada vez más cercana. El vehículo eléctrico de pila de combustible se perfila como la solución definitiva a las limitaciones actuales de los vehículos eléctricos con baterías y puede ser la solución definitiva a la movilidad sostenible.

[Autora: Loreto Pazos-INTA]

He podido experimentar al volante de un Honda FCX Clarity, como el futuro de la movilidad eléctrica es una realidad cada vez más cercana. Este vehículo con pila de combustible presenta a día de hoy, prestaciones muy similares a las de los vehículos con motor de combustión interna. Alcanza los160 km/hy tiene una autonomía de460 km. No se trata de un prototipo, es un vehículo real que se produce en serie y ya se comercializa en California y Japón.

El Honda FCX Clarity es el fruto de una sorprendente evolución, en él se han realizado una serie de mejoras respecto a los modelos precedentes. La pila de combustible, el motor eléctrico, la transmisión, la unidad motriz, la batería de ión-litio, el depósito de hidrógeno y los radiadores son ahora más eficientes y compactos.

 

En concreto, la evolución de la pila de combustible puede apreciarse en el siguiente  gráfico y tabla.

La pila de combustible Honda V Flow incorpora canales de flujo verticales de forma ondulada para el hidrógeno y el aire, con una trama horizontal de canales de flujo de refrigerante entre ellos. Esto se traduce en una mayor longitud de flujo por canal y en que el flujo turbulento resultante en el interior de los canales propicia una mejor distribución del hidrógeno y del aire. Con esto se logra un rendimiento de generación aproximadamente un 10% más alto que con los canales de flujo rectos. El flujo horizontal del refrigerante también garantiza una mayor refrigeración y permite reducir el número de capas de refrigeración a la mitad respecto a las que incorporaban las pilas anteriores. Con todo ello se ha conseguido reducir la longitud de la pila en un 20% y el peso en un 30%.

 

El drenaje de agua también ha mejorado debido a la estructura de la pila V Flow, posibilitando una mayor potencia inmediatamente después del arranque. Con esta pila es posible arrancar a bajas temperaturas de hasta-30ºC.

La reducción a un único depósito de hidrógeno (171 La 320 bar) ha permitido reducir el número de componentes en un 74% e incrementar la capacidad del mismo, aumentando así la autonomía del vehículo y dejando más espacio en los asientos traseros y en el maletero.

Con todo ello se ha conseguido una mejora de aproximadamente el 20% en rendimiento de combustible y del 40% en la autonomía del vehículo.

 Respecto a la gestión de la energía:

  • En el arranque y aceleración la energía que suministra la pila de combustible se complementa con la electricidad procedente de la batería de ión-litio.

 

  • Con aceleración suave y velocidad de crucero, la electricidad procede únicamente de la pila de combustible.
  • Durante la desaceleración, el motor actúa como un generador, convirtiendo la energía cinética, que normal mente se desecha como calor durante el frenado, en electricidad para su almacenamiento en la batería, donde también se guarda el exceso de electricidad generado por la pila de combustible. 

 

  • A ralentí, el sistema automático de parada interrumpe la generación de electricidad en la pila de combustible y la batería de ión litio suministra la electricidad necesaria para el funcionamiento del aire acondicionado y otros dispositivos.

 

En cuanto a las medidas de seguridad, hay sensores de hidrógeno distribuidos por todo el vehículo para advertir en el improbable caso de fuga de hidrógeno. En caso de fuga, se activa un sistema de ventilación y un sistema automático cierra las válvulas principales del depósito de hidrógeno o de los conductos de abastecimiento según sea necesario.

Las líneas de alta tensión están aisladas eléctricamente. Los sensores advierten en caso de conexión a tierra. Si se produce colisión, los contactores de alta tensión cortan la línea de la fuente de alimentación. Los repetidos ensayos de inundación e incendio han confirmado un alto nivel de seguridad y fiabilidad.

La tapa del depósito de hidrógeno cuenta con una válvula de control para prevenir el flujo inverso desde el depósito y el mecanismo de entrada del hidrógeno cuenta con un diseño que evita la contaminación del hidrógeno almacenado con otros gases o partículas.

La información de la que dispone el conductor a través de los medidores integrados en el panel de instrumentos es muy completa y entre otros parámetros muestra el consumo de hidrógeno. El indicador de forma esférica cambia de color y de tamaño para reflejar el consumo a medida que cambian las condiciones de conducción. Los indicadores de combustible (hidrógeno) y de la batería se encuentran a la derecha e izquierda del medidor de hidrógeno de forma esférica y el indicador de potencia de la pila de combustible y la pantalla de potencia/carga de la batería se encuentran en le perímetro externo.

 

Durante la prueba  repostamos combustible en una HIDROGENERA SERIE 100 de Carburos Metálicos y pudimos comprobar in situ la sencillez de su manejo y la rapidez de llenado.

En cuanto a mi experiencia como conductora debo decir que ha sido totalmente satisfactoria. No he encontrado ninguna carencia en cuanto a comportamiento en relación a los vehículos de combustión interna y cambio automático que he conducido con anterioridad. La respuesta en la aceleración es rápida y uniforme con la ventaja añadida de ser mucho más silencioso que uno “tradicional” y estar exento de vibraciones y emisiones. Cómodo y suave en su rodar durante nuestro trayecto por las calles de Barcelona, su manejo resultó de lo más agradable.

En conclusión, en cuanto a autonomía, velocidad, capacidad, seguridad, diseño y tiempo de reportaje, estamos hablando de un vehículo que iguala e incluso supera las prestaciones de muchos de los vehículos de combustión interna que podamos encontrar circulando actualmente por nuestras carreteras. Sólo será cuestión de tiempo el acostumbrarnos a esta nueva tecnología del automóvil ya que es capaz de cumplir cualquier expectativa que podamos imaginar.

 

 

 

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Granada albergará la primera planta de geotermia profunda en España.

Bleninser y Ciclo Binario se han asociado para construir la primera planta de energía geotérmica de alta temperatura en España. Estará ubicada en la zona norte de la provincia de Granada y, con una potencia de 10 MW, permitirá el abastecimiento de electricidad a 5.000 hogares de forma limpia y renovable.  El plazo de ejecución previsto es de dos años y su vida útil de explotación se calcula en 30 años.

Autor: [R. M. Navarro-  Grupo de Energía y Química Sostenibles- Instituto de Catálisis y Petroleoquímica]

El calor del interior de la Tierra es inmenso, pero sólo una pequeña fracción del mismo puede ser utilizado por la Humanidad, que así lo ha venido haciendo desde las épocas glaciares, en regiones volcánicas, cuando los seres humanos descubrieron la utilidad de los manantiales termales para cocinar alimentos y con fines medicinales, hasta la época actual en la que los medios técnicos disponibles permiten extraerlo de la corteza terrestre y transformarlo en energía eléctrica, o usarlo directamente para calefacción humana o animal, y en procesos industriales y agrícolas.

El calor interno de la Tierra  (Figura 1) proviene de una combinación del calor residual de la acreción planetaria (20%) y el calor producido por la desintegración radiactiva (80%). Las grandes diferencias de temperatura entre la superficie de la Tierra y las existentes en su interior originan un flujo continuo de energía hacia la superficie, estimándose que la energía que llega cada segundo a la superficie terrestre, en forma de calor, por conducción, convección y radiación, es de 42 x 1012 J. De ese total, 8 x 1012 J provienen de la corteza, la cual representa sólo el 2% del volumen total del planeta, 32,3 x 1012 J provienen del manto, el cual representa el 82% del volumen total, y 1,7 x 1012 J provienen del núcleo, que representa un 16% del volumen.

Figura 1 : Temperaturas en el interior de la Tierra (fuente: Site Geothermie-Perspectives de l’ADEME et du BRGM)

Entre las estimaciones hechas para calcular los recursos geotérmicos disponibles a nivel mundial, poco más de un 0,4% de la inmensa base de la energía de la Tierra se considera como útil, y de ésta, no llega a un 1% lo que se considera recurso geotérmico. De éstos sólo un 10%, la parte más accesible, son considerados reservas geotérmicas. Diminuta como puede parecer la cantidad de reservas, ésta es superior al consumo de energía primaria mundial en el año 2001, que fue de 420 EJ. Una tercera parte de esa cantidad puede considerarse de alta temperatura, apropiada para producir energía eléctrica, y las otras dos terceras partes, de temperatura inferior a150 ºCpara la generación de agua caliente sanitaria y calefacción.

Para el aprovechamiento de la energía geotérmica en forma de electricidad se cuentan con tres tipos de centrales: de vapor seco,  de agua caliente procedentes de acuíferos y de ciclo binario. De entre éstas, las plantas de ciclo binario son las más extendidas en la actualidad y las que tienen más futuro. La primera central de ciclo binario se construyó en 1967 en Paratunka, en la península de Kamchatka, en Rusia existiendo en la actualidad plantas de ciclo binario en Estados Unidos, Japón, Alemania, Islandia y Nueva Zelanda, entre otros. La planta que se instalará en Granada se basará en este tipo de tecnología de ciclo binario para el aprovechamiento energético de la diferencia de temperatura existente entre el subsuelo y el exterior. Se explotará el gradiente térmico a gran profundidad (las perforaciones se realizarán a3.500 metrospara aprovechar los yacimientos térmicos de temperatura superior a 100-150º). El esquema de funcionamiento de la planta de ciclo binario se encuentra representado en la figura 2. Como puede apreciarse, en la planta se hace circular un fluido térmico, en circuito cerrado, que absorbe el calor geotérmico y, en consecuencia, se evapora. El vapor de origen geotérmico se emplea para calentar un nuevo fluido, hasta convertirlo en vapor que,  alimentará en circuito cerrado una turbina conectada a un generador de electricidad. A continuación, este vapor generado se condensa y, a través de una bomba de alimentación, regresa al circuito.

 

Figura 2 : Esquema de funcionamientote una central de ciclo binario para el aprovechamiento de la energía geotérmica en forma de electricidad (Fuente Bleninser)

La geotermia aparece como un recurso energético inagotable, limpio y respetuoso con el medioambiente. Se trata de fuente de energía emergente que a día de hoy se encuentra aún en fase de desarrollo en España.  A las aplicaciones ya conocidas de uso de la geotermia en el campo de la climatización y aporte de agua caliente sanitaria, hay que añadir por tanto el potencial que la geotermia profunda ofrece para la generación de electricidad de forma limpia y sostenible en España.

 

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Conferencia Europea de Biomasa

Del 18 a 22 de Junio se celebró en Milan (Italia) la 20th European Biomass Conference and Exhibition, bajo el lema ” Setting the course for a biobased economy “ que contó con la participación de 63 países y más de 1500 asistentes.

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

 El congreso se dividió en 5 grandes temas en los que se organizaron las áreas de trabajo, abordando el campo de la biomasa desde diferentes puntos de vista, tales como investigación y desarrollo en los procesos de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos de biomasa, política, mercado y sostenibilidad, investigación y desarrollo sobre tecnologías de conversión de biomasa para calderas, electricidad y productos químicos.

En esta edición se dedicó varias sesiones especiales a los avances de biogás para la producción de calor y electricidad, ya que cada vez más, está contribuyendo a la sostenibilidad energética en muchos países europeos, confirmando el alto potencial de producción de biogás en Europa.

Se realizó un taller para mostrar el panorama del proyecto EuroBioRef (European Multilevel Integrated Biorefinery Design for Sustainable Biomass Processing) que conlleva todo el proceso de transformación de la biomasa, desde la producción de cultivos hasta productos finales comerciales incluyendo, el pretratamiento, la fermentación, los procesos enzimáticos, los procesos catalíticos, y procesos termoquímicos, evaluados por el análisis del ciclo de la vida económica.

El congreso dedicó tiempo a sesiones bilaterales donde se podía establecer contactos con las principales personalidades del sector y relacionarse con distintas empresas para establecer nuevas oportunidades. También contaba con expositores de diferentes empresas de la industria relacionada con la biomasa, aportando nuevas aplicaciones, ideas y soluciones. Uno de estos expositores estuvo organizado por la Universidad de Aston donde se podía contactar con la EERA (European Energy Research Alliance) cuyo objetivo es crear una estrategia conjunta de proyectos de investigación entre las instituciones asociadas (Ciemat es miembro de la EERA), evitando la duplicidad de proyectos y así poder alcanzar el objetivo de la reducción de emisiones de CO2.

 La Unidad de Biocarburantes de Ciemat, presentó varios trabajos de investigación titulados “Fractionation of oligomers from olive tree pruning pretreatmend and its enzymatic hydrolysis“. Otro trabajo presentado fue “Sugar release from extruded barley straw biomass by enzymatic hydrolysis“, donde se evalúan diferentes configuraciones de proceso para un pretratamiento de extrusión alcalina de paja de cebada, tomando como referencia los rendimientos de los diferentes sustratos en la etapa de hidrólisis enzimática.

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