Archivo de abril, 2015

Nueva fuente de hidrógeno para los vehículos con pila de combustible

Autor: Guillermo Calleja-URJC

Las expectativas de los vehículos sin emisiones de carbono podrían crecer considerablemente gracias a una nueva forma de producir hidrógeno de la biomasa.

El transporte es responsable de una cuarta parte de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. En la lucha por encontrar remedio a esta situación, nuevos métodos de obtención de combustibles limpios aparecen en escena con cierta frecuencia. Así, un nuevo método para producir Hidrógeno directamente de las plantas podría ser muy ventajoso económicamente, lo que permitiría suministrar este combustible limpio a vehículos alternativos a los convencionales. Ello supondría establecer el camino para la proliferación de estaciones de servicio de repostaje de hidrógeno obtenido de los residuos agrícolas.

Durante varios años, el investigador Percival Zhang, profesor de Ingeniería de sistemas biológicos en Virginia Tech, ha estado desarrollando un método enzimático para romper las moléculas complejas de los azúcares —como las que se encuentran en las plantas— para dar lugar a sus componentes químicos de base, compuestos más sencillos. El proceso desarrollado está “libre de células”, es decir, no requiere microorganismos como los utilizados en la fermentación. Ahora se ha demostrado mediante este proceso que se pueden convertir eficientemente los residuos de maíz en hidrógeno, y que el proceso produce tres veces más de hidrógeno por unidad de azúcar que los procesos convencionales de fermentación.

La tecnología estudiada está todavía en fase inicial, habiéndose probado solamente a escala de laboratorio en un reactor de dos mililitros. Pero Zhang asegura que el método es casi tan rápido y eficiente en términos energéticos como los procesos existentes que utilizan microorganismos para producir combustibles, incluyendo el etanol proveniente de la celulosa del material orgánico.

Su próximo paso es aumentar la escala de producción, de solo unos pocos mililitros a más de un litro, teniendo previsto que se pueda llegar a diseñar el proceso para abastecer a las estaciones de servicio e hidrógeno en tres años. Incluso a más largo plazo, se piensa en la posibilidad de que los vehículos pudieran llevar su propio reactor para convertir los azúcares en combustible. Zhang tiene intención e comercializar el proceso a través de una compañía spinoff que ha co-fundado.

Los costes potenciales de la tecnología permanecen todavía inciertos. Aunque el trabajo reciente es “muy elegante desde el punto de vista bioquímico e ingenieril” y representa una vía mucho más eficiente de utilizar la biomasa que la fermentación –basada en microorganisos-,   queda todavía un largo camino hasta llegar a un proceso comercial viable, según otro profesor de biología molecular y química del Scripps Research Institute. Este profesor asegura que el proceso depende de las enzimas, que son caras, y que el coste del juego complete de enzimas diseñado por la tecnología de Zhang podría ser muy elevado tampoco está claro que las enzimas fueran lo suficientemente estables a gran escala.

Articulo de Mike Orcutt – Aparecido en Weekly Fuel,  20 Abril, 2015 (de MIT Technology Review)

Tagged: Energy, biofuel, transportation, hydrogen fuel cells

http://www.technologyreview.com/news/536741/a-new-source-of-hydrogen-for-fuel-cell-vehicles/

 

 

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Desarrollo de un reactor solar rotativo para procesos químicos a alta temperatura

[Autora: Lucía Arribas-Instituto IMDEA Energía]

Los procesos que tienen lugar a altas temperaturas requieren un elevado consumo de energía. Mediante el uso de energía solar concentrada se incrementa la eficiencia de estos procesos, disminuyendo considerablemente el consumo energético.

Se trata de procesos de producción de combustibles o productos químicos. Los combustibles obtenidos utilizando energía solar en el proceso se conocen como combustibles solares. Otros posibles procesos investigados con energía solar térmica de alta temperatura o de concentración serían los encaminados a mejorar su gestionabilidad, como el almacenamiento termoquímico de energía.

Para llevar a cabo estos procesos es necesario el uso de un sistema adecuado de concentración de la energía solar, y un dispositivo que sea capaz de soportar las altas temperaturas, minimizando las pérdidas de calor y favoreciendo la transferencia de masa y calor entre los reactivos.

El objetivo de este trabajo es el diseño y caracterización de un reactor empleado en IMDEA Energía en múltiples aplicaciones como, por ejemplo, reacciones químicas (química solar), procesos termoquímicos o estudios sobre resistencia mecánica a alta temperatura de diferentes materiales.

Las principales características del diseño del reactor se definen de acuerdo a los objetivos que se pretenden alcanzar. Para lograr una temperatura homogénea y alta transferencia de masa y calor en la muestra, se selecciona una cavidad rotativa formada por un tubo de alúmina. Para minimizar las pérdidas de calor se utiliza aislamiento cerámico. Se pretende trabajar con atmósfera controlada en el interior del reactor para lo que es necesario garantizar la estanqueidad mediante una carcasa cerrada de acero inoxidable y una ventana de cuarzo (alta transmitancia) que permite que la muestra sea directamente irradiada asegurando la estanqueidad. Se colocan 4 entradas de gases, una en cada cara del reactor para mantener limpia la ventana. En distintas posiciones radiales y longitudinales se ubican 28 termopares para medir la temperatura a lo largo del volumen del reactor. Además, se ha diseñado una ventana lateral para medir la temperatura mediante un pirómetro.

 

Figura 1. Vista frontal del reactor solar rotativo

Se realizan simulaciones de trazado se rayos (análisis óptico), mediante el software comercial TracePro, para determinar la posición óptima del reactor en frente del simulador solar a fin de maximizar la temperatura de la muestra (Fig. 2).

Figura 2. Flujo de radiación incidente en la cavidad del reactor (máximo en la zona de reacción)

Mediante simulaciones termo-fluido dinámicas (CFD) con el software COMSOL Multiphysics, se obtiene la distribución de temperaturas en el interior del reactor (Fig. 3). Alcanzándose cerca de 1600 K en la zona de reacción y 300 K en la carcasa exterior, lo que muestra el buen comportamiento del aislamiento.

Figura 3. Distribución de temperaturas en el interior del reactor solar rotativo

Los resultados ópticos y termo-fluido dinámicos se compararán con los ensayos experimentales que se llevarán a cabo en uno de los simuladores solares de altos flujos (7kWe) del Instituto IMDEA Energía.

Referencias:

  1. Abanades, S., P. Charvin, and G. Flamant. “Design and simulation of a solar chemical reactor for the thermal reduction of metal oxides: Case study of zinc oxide dissociation.” Chemical Engineering Science 62 (2007): 6323-6333.
  2. Alonso, E., and M. Romero. “Review of experimental investigation on directly irradiated particles solar reactors.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 41 (2015): 53-67.
  3. Alonso, E., C. Pérez-Rábago, J Licurgo, E. Fuentealba, and C.A Estrada. “First experimental studies of solar redox reactions of copper oxides for thermochemical energy storage.” Solar Energy 115 (2015): 297-305.
  4. Meier, A., E. Bonaldi, G. Cella, W. Lipinski, and D. Wuillemin. “Design and experimental investigation of a horizontal rotary reactor for the solar thermal production of lime.” Energy 29 (2004): 811-821.
  5. Neises, M., S. Tescari, L. de Oliveira, M. Roeb, C. Sattler, and B. Wong. “Solar-heated rotary kiln for thermochemical energy storage.” Solar Energy 86 (2012): 3040-3048.
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Encuesta de aceptación social de hidrógeno

Autores: Francisco Javier Manzano, Diego Iribarren (Instituto IMDEA Energía)

La Unidad de Análisis de Sistemas del Instituto IMDEA Energía está llevando a cabo un estudio para evaluar la situación y acogida de las tecnologías del hidrógeno, orientadas especialmente al sector transporte, en la sociedad actual. Os animamos a colaborar en este estudio mediante la realización de la siguiente encuesta formada por 12 breves preguntas y cuya duración estimada es inferior a 5 minutos:

https://docs.google.com/forms/d/1AyIy5U0X0Xihpjbj5eYXWRpsgl-kH8xXQr6fJvDpn7s/viewform?c=0&w=1&usp=mail_form_link

¡Muchas gracias por vuestra participación!

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Avances del proyecto Checking the actual sustainability of renewables. Developing of new tools (SuReTool)

Autor: Javier Dufour-Instituto IMDEA Energía

El proyecto SuReTool, enmarcado dentro de la convocatoria “NILS Science and Sustainability”, persigue el intercambio de investigadores entre el Instituto IMDEA Energía (Móstoles) y el Institute for Energy Technology (IFE, Noruega). Este intercambio tiene como objetivo el desarrollo de una nueva metodología que permita evaluar la sostenibilidad de sistemas energéticos renovables. Para ello se requiere implementar nuevos indicadores y métodos de evaluación orientados al análisis de aspectos sociales, integrados junto a las metodologías de Análisis del Ciclo de Vida (ACV) y Análisis de Costes del Ciclo de Vida (ACCV). De esta manera, los resultados de este proyecto se ofrecen como una herramienta de toma de decisiones que facilite la selección entre diferentes tipos de renovables, en base a una serie de criterios de sostenibilidad, para una determinada región.

 Hasta la fecha, se han realizado una serie de tareas en línea con los objetivos propuestos dentro del marco del proyecto SuReTool, alcanzando la mitad de su desarrollo. En este sentido, se ha establecido una lista de sistemas energéticos renovables, entre los que se encuentran sistemas de producción eólica, solar fotovoltaica, incineración de residuos y energía hidráulica. Cada uno de estos procesos se ha definido en función de variables de localización, tecnología y eficiencia, lo que contribuye a la identificación adecuada de los límites de los sistemas bajo estudio. Además, se ha realizado el análisis de cada uno de estos procesos teniendo en cuenta la evaluación de impactos ambientales y sociales. Indicadores, tales como el calentamiento global, el daño a la salud humana, el daño al ecosistema y el consumo de recursos, se han seleccionado por su idoneidad a la hora de ser integrados en sistemas de modelización energética.

Actualmente el proyecto se encuentra en la fase de modelización energética, a través de la cual se procederá a la implementación de los indicadores seleccionados en los modelos TIMES-Norway y LEAP-Madrid, de acuerdo a las regiones elegidas para el estudio. El objetivo de esta etapa, y uno de los objetivos finales del proyecto, es predecir el nivel de penetración de los sistemas renovables elegidos dentro del sistema energético de las regiones estudiadas, teniendo en cuenta los indicadores de sostenibilidad de estos procesos.

“Supported by a grant from Iceland, Liechtenstein and Norway through the EEA Financial Mechanism. Operated by Universidad Complutense de Madrid”.

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