Archivo de octubre, 2015

Recta final para planta fotovoltaica más grande de España

Autor: Marta Paniagua-URJC

La planta fotovoltaica más grande de España se encuentra en su recta final, proyecto que podría acabar entrando en el ranking de las mayores plantas fotovoltaicas del mundo. A día de hoy, en el ranking compuesto por 10 centrales fotovoltaicas, ocho se encuentran en Estados Unidos, que ejerce un dominio abrumador en este apartado energético.

En 2012 nació el proyecto de construir la planta fotovoltaica más grande de España en Calzadilla de los Barros (Extremadura), con 400 MW de potencia. Tres años después y tras numerosos procesos administrativos, el proyecto entra en su recta final encontrándose a falta de dos cuestiones: la publicación en el BOE del impacto medioambiental y la publicación definitiva de la planificación energética nacional. La empresa germano-china que llevará a cabo su construcción sin subvenciones será  SAG Solar-Shunfeng y se prevé el inicio de su construcción el próximo año.

La planta de 400 MW cubrirá una extensión de 2000 hectáreas de terreno por lo que la central se situará en suelo que pertenece a tres localidades: Calzadilla de los Barros, Bienvenida, donde estará ubicada la subestación eléctrica, y en menor medida en Medina de las Torres. Está previsto que durante la construcción la compañía emplee a 1.800 personas y que cuando entre en funcionamiento la planta contará con una plantilla de 150 profesionales.

La empresa quiere construir la planta de 400 MW sin ningún tipo de ayuda por parte del Estado. El Gobierno nunca ha puesto pegas al proyecto y los informes previos de impacto ambiental del proyecto han sido positivos por lo que se espera que el definitivo del Ministerio también lo sea.

Geográficamente, los mercados fotovoltaicos más grandes del mundo se encuentran en China, Japón y Estados Unidos. Pero lo más significativo en cuanto a mercados se refiere, será el cambio en el liderazgo mundial en cuanto a penetración de la industria fotovoltaica. Alemania perderá el primer puesto en el ranking de producción de energía a favor de California, que se convertirá en la región que más electricidad genere este año con esta fuente solar. Se prevé que la fotovoltaica aporte un 10% de la electricidad generada en este estado, porcentaje que supera ampliamente al país germano o Italia.

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La necesitada aceleración de la curva de aprendizaje de la termosolar: La tecnología de aire atmosférico como opción prometedora.

Autor: Antonio L. Ávila-Marín-CIEMAT

El sector termosolar, desde el año 2004, está viviendo un crecimiento lento con procesos de aceleración y parada, gracias al apoyo de instituciones públicas en Europa y especialmente en España (entre el año 2004 y 2012) y en EE.UU, siguiendo un camino algo más inestable que el de otras energías renovables como la eólica o la fotovoltaica.

La energía termosolar acaba de iniciar su curva de aprendizaje, con apenas 4 GWe en operación a nivel mundial, muy inferior a los 330 GWe instalados por la energía eólica o los 120 GWe de la energía solar fotovoltaica (Agencia Internacional de la Energía). Aun así, la actual situación económica mundial ha provocado que para una mayor aceleración de la curva de aprendizaje, se deban reducir en un muy corto espacio de tiempo los costes asociados a la tecnología e incrementar la eficiencia de los sistemas con el objetivo de tener un mejor coste ponderado de la electricidad que el exigido a otras tecnologías renovables con similar evolución tecnológica.

De las dos condiciones necesarias para una mayor implementación termosolar, en la primera de ellas, el mercado requiere una producción masiva de componentes con la que poder reducir costes asociados a la economía de escala propia a cualquier tecnología, así como un mayor desarrollo de recursos en implementación y optimización de mejores sistemas productivos. Para la segunda condición, existen diversas líneas de investigación que pretenden mejorar la eficiencia de los sistemas termosolares, como nuevos desarrollos de receptores y colectores más eficientes y modulares, nuevos fluidos térmicos que permitan mayores temperaturas de trabajo asociados a ciclos termodinámicos más eficientes, mejores sistemas de almacenamiento térmico que reúnan buenas eficiencias con costes competitivos, etc.

En este sentido, el CIEMAT-PSA, dentro del proyecto Alccones, está involucrado en el desarrollo de mejoras sobre la tecnología de aire atmosférico. Se tiene el convencimiento de que esta tecnología solucionará algunos de los dilemas anteriormente planteados. Para ello, se está trabajando por un lado, en el desarrollo de nuevos diseños de receptores volumétricos con los que poder aumentar la temperatura de trabajo con altas eficiencias (> 90% para 700 ºC) y costes de diseño reducidos (< 150 €/kWt). Y por otro lado, en el estudio experimental de nuevas configuraciones y materiales de almacenamiento térmico en calor sensible con una eficiencia térmica alta (> 90%) y coste reducido (< 15 €/kWh).

Respecto a la primera parte del trabajo de investigación, los receptores volumétricos, se han obtenido resultados experimentales prometedores, al encontrar configuraciones ligeras, tanto en tamaño como en peso, que igualan o mejoran levemente los resultados de receptores volumétricos de referencia, como el receptor TSA. Estos resultados nos muestran la senda de trabajo a seguir en el futuro para conseguir una mejora significativa cumpliendo los axiomas citados anteriormente.

En lo que se refiere a la segunda línea de trabajo dentro de la tecnología de aire atmosférico, la de almacenamiento térmico en calor sensible, los trabajos se encuentran en una fase incipiente de puesta a punto y arranque de la instalación esperando poder tener resultados importantes durante la segunda o tercera anualidad del proyecto.

 

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Congreso Internacional y Expo Científica “Investigación, Desarrollo e Innovación en Sostenibilidad Energética”

El Congreso  organizado por El Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER) de Ecuador tendrá lugar del 11 al 13 De Noviembre en el Centro de Negocios y Convenciones Quorum de Quito.

[Autora: Mª José Negro-Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT]

Con el propósito de establecer la generación de conocimiento científico como una práctica permanente en el Ecuador, potenciar el trabajo de la Comunidad de Estados Latinoamericanos y Caribeños, en temas de eficiencia energética y energía renovable, brindar un espacio para la reflexión, el intercambio y la interacción de los investigadores nacionales e internacionales, el INER plantea la realización del Congreso Internacional “Investigación, Desarrollo e Innovación en Sostenibilidad Energética”. En el evento, pionero en Eficiencia Energética y Energía Renovable en Ecuador, se darán cita instituciones y personas comprometidas con el desarrollo de la investigación científica y el avance tecnológico, que promuevan el uso racional de la energía y el desarrollo de nuevas fuentes limpias y renovables. Tiene por objetivo generar vínculos entre los países de Latinoamérica en eficiencia energética y energía renovable, fomentar el desarrollo e intercambio de conocimiento de la I+D+i en temas relacionados a la energía sostenible, facilitar el acceso al conocimiento científico, vincular a la Industria, empresa y emprendedores con procesos de desarrollo científico y tecnológico en el sector energético, así mismo se presentarán los proyectos del INER desarrollados con cooperación internacional.

La unidad de Biocarburantes del CIEMAT participará en el Congreso mediante la presentación de la siguiente ponencia: “Producción de etanol de lignocelulosa”, conferencia que impartirá el Dr. I. Ballesteros. En la ponencia se presentará el estado de la tecnología de producción de etanol lignocelulósico, situación y perspectivas, haciéndose especial hincapié en los desafíos tecnológicos de la producción de etanol de segunda generación mediante la ruta bioquímica.

Fuente: http://idi.iner.ec/en/

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Termosolar versus fotovoltaica. La gestión de la demanda y la estabilidad de la red eléctrica versus bajo coste

Autor: José González-Aguilar-IMDEA Energía

El abaratamiento masivo de la industria fotovoltaica ocurrido en el último lustro debido principalmente a la curva de aprendizaje [1] ha tenido una fuerte repercusión en la industria termosolar [2]. La energía eléctrica producida al transformar directamente la energía del Sol es al día de hoy más barato que hacerlo por una turbina calentando previamente un fluido térmico. De hecho, la implantación de la tecnología fotovoltaica ha desbordado en varias ocasiones las previsiones realizadas por entidades tales como la Agencia Internacional de la Energía, mientras que la implantación solar termoeléctrica se ha corregido a la baja [3]. Los informes prospectivos publicados por diferentes instituciones indican que esta situación no cambiará a medio y largo plazo. Aun así, recientes estimaciones proporcionan costes cercanos a 10-12 c€/kWh en 2020 para varias configuraciones de centrales comerciales.

Resulta interesante observar cómo la obtención de una disminución de costes que garantice la viabilidad de la energía termosolar impulsa la investigación y el desarrollo tecnológico. En EEUU, el programa Sunshot promovido por el Departamento de Energía tiene como objetivo reducir el coste de producción eléctrico en un 75% entre 2010 y 2020. Objetivos similares se han propuesto dentro de los programas de investigación europeos. Sin embargo, el coste no es el único elemento diferencial entre fotovoltaico y termosolar. En la última conferencia SolarPACES en Ciudad del Cabo, Sudáfrica, celebrada entre el 13 y el 16 de octubre pasados, se observó cómo la comunidad termosolar plantea varias líneas de trabajo orientadas no solo a disminuir el coste de producción de electricidad mediante el desarrollo de nuevos componentes más baratos (helióstatos y sistemas de almacenamiento) y/o más eficientes (receptores y colectores, nuevos fluidos térmicos y ciclos termodinámicos). También se ha analizado las ventajas que ofrece la tecnología termosolar en la gestión de despacho mediante el uso de sistemas de almacenamiento térmico y su integración en el mix energético nacional e internacional. Resulta elocuente comprobar que el mayor número de trabajos presentados se han centrado en el almacenamiento térmico [4] extendiéndose en el rango de temperaturas de operación con el objeto de ir más allá de los ciclos Rankine (vapor) y el uso de reacciones químicas.

Gracias a la flexibilidad que ofrece el almacenamiento térmico, nuevos estudios sobre la integración de la tecnología solar en la red eléctrica sugieren su papel estabilizador, el cual permitiría incrementar la contribución de renovables en la red.

[1] Fraunhofer ISE (2015): Current and Future Cost of Photovoltaics. Long-term Scenarios for Market Development, System Prices and LCOE of Utility-Scale PV Systems. Study on behalf of Agora Energiewende. www.agora-energiewende.de

[2] Renewables 2015 Global Status Report (2015), http://www.ren21.net/status-of-renewables/global-status-report/

[3] Tracking Clean Energy Progress 2014, AIE. http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/tracking-clean-energy-progress-2014.html

[4] http://www.solarpaces2015.solarpaces.org/home.html

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Toyota presenta un ambicioso plan para reducir las emisiones de sus vehículos

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

Para dar respuesta a los retos que se tienen planteados a nivel global y relativos al cambio climático, al agotamiento de recursos y a la degradación de la biodiversidad, la compañía Toyota ha presentado el informe “Toyota Environmental Challenge 2050” en el que marca sus objetivos para reducir el negativo impacto medioambiental que tienen tanto el uso como  la fabricación de los vehículos actuales. Para cumplir este reto, la compañía plantea seis objetivos individuales en tres áreas:

(i) Nuevos vehículos con emisiones cero de CO2: Toyota se pone como objetivo reducir las emisiones de CO2 de los vehículos en 2050 un 90% por debajo de las emisiones del año 2010. Para conseguir este objetivo se propone mejorar la eficiencia de los motores a corto plazo y promover el desarrollo y venta de tecnologías con bajas o nulas emisiones de CO2  como los híbridos, híbridos enchufables, vehículos eléctricos y vehículos con pila de combustible.

(ii) Eliminar las emisiones de CO2 en toda la cadena de producción de los vehículos (al 50% de las emisiones del 2001 en el año 2020 y un tercio más en el año 2050) mediante el uso de materiales en cuya fabricación se emitan bajos niveles de  CO₂, reduciendo la cantidad y número de elementos en los vehículos, racionalizando y simplificando los procesos de producción y usando fuentes de energía renovables y por último,

(iii) Minimizar y optimizar el uso de recursos en la producción de vehículos y potenciar la fabricación de vehículos con facilidad para su desmantelamiento y reciclado.

 

Como paso clave para alcanzar estos objetivos a largo plazo, Toyota ha presentado su sexto plan de actuación medioambiental que se ejecutara entre 2016 y 2021. Dentro de ese plan plantean conseguir los siguientes objetivos:

  • Reducir una media del 22% las emisiones de  CO2 de los vehículos en el año 2020 respecto de las emisiones de los vehículos en el año 2010
  • Alcanzar unas ventas anuales de 1.5 millones de vehículos híbridos anuales, con unas ventas acumuladas de 15 millones de vehículos híbridos en el año 2020
  • Alcanzar unas ventas globales de más de 30.000 vehículos equipados con celdas de combustible con hidrógeno alrededor del año 2020, de las cuales 1000 unidades/mes serán vendidas en Japón.
  • Comenzar la venta de autobuses con celda de combustible de hidrógeno en pequeño número el año 2017, focalizando las ventas en Tokio, para alcanzar la venta de 100 autobuses en el año 2020 coincidiendo con los juegos Olímpicos de Tokio.
  • Investigar en sistemas de propulsión eléctrica, baterías, para desarrollar una nueva generación de vehículos eléctricos con mayor eficiencia y capacidad de almacenamiento.

El tiempo dirá si los planes de Toyota se hacen realidad, pero al menos la concienciación y su planificación van, en mi opinión, por el camino correcto.

Mas información: http://www.toyota-global.com/sustainability/environment/challenge2050/

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Toyota Mirai muestra cómo será el vehículo eléctrico impulsado por pila de combustible de hidrógeno

Autor: José Antonio Villajos Collado-URJC

Toyota ha presentado recientemente en Europa el Mirai, la nueva berlina de pila de combustible de la compañía nipona, que funciona con hidrógeno y sin emisiones contaminante. El Mirai es, según su fabricante, el vehículo ecológico de mayor valor del mercado actual, y destaca por su diseño exterior y por su aceleración, así como por el silencio de su habitáculo y por poseer una autonomía similar a la de un vehículo de gasolina.

Concretamente, se trata de un vehículo que recarga el gas combustible en tanques de fibra de carbono a alta presión, material con una capacidad 5 veces superior a la del acero a la hora de absorber la energía procedente de un choque. La fibra de carbono recubre una lámina interior polimérica que aumenta la estanqueidad, y es a su vez recubierta por una capa de fibra de vidrio para reducir el desgaste por abrasión. A día de hoy, los fabricantes de vehículos impulsados por hidrógeno han elegido este sistema de gas comprimido a pesar de las limitaciones en cuanto a capacidad y seguridad, a falta de que nuevos mecanismos de almacenamiento sean desarrollados hasta niveles satisfactorios en cuanto a costes y condiciones de operación. Como ayuda, también monta una batería eléctrica que funciona de modo similar a como lo hace en los propios vehículos híbridos de gasolina del fabricante, almacenando parte de la energía producida en picos de producción y durante las frenadas, lo cual sirve para asistir a la pila de combustible en la generación de electricidad para mover el motor eléctrico en momentos determinados, aumentando de este modo tanto la potencia como la autonomía.

En cuanto a la seguridad a bordo, se dispone de instrumentos para la detección electrónica de fugas de gas en el interior del habitáculo, de modo que en el caso de producirse éstas son rápidamente dispersadas hacia la atmósfera. Además, en caso de colisión se detiene automáticamente el flujo de hidrógeno para evitar la formación de atmósferas explosivas. En añadido cuenta con diferentes elementos de seguridad activa (E-VSC, TRAC, ABS, EBD, BA y SST), para la anticipación o preparación ante una colisión frontal inminente, 8 airbags y conexión permanente al centro de asistencia de Toyota.

Por último, en relación a las características motrices del Mirai, cabe destacar cómo la pila de combustible es capaz de generar una potencia de 113 kW (154 CV) con un par motor de 355 Nm, lo que impulsa al vehículo hasta los 178 km/h de velocidad máxima con una aceleración que permite pasar de 0 a 100 km/h en 9 segundos. Su precio rondará en 2016 los aún elevados (aunque no prohibitivos) 57.500 $, poniendo de manifiesto el impacto de la producción en escala sobre la reducción del precio de las pilas de combustible, y suponiendo un paso más a la extensión y comercialización masiva de los vehículos impulsados por hidrógeno, paso éste necesario para que se desarrollen otros factores relacionados con la economía de este vector energético, como los relacionados con la producción sostenible y económica del gas, la mejora de la red de suministro, y la aceptación de la tecnología hasta niveles tan altos como los actuales vehículos de combustión interna.

Fuentes:          

https://ssl.toyota.com/mirai/index.html

http://www.ecoticias.com/motor/107879/Conoce-berlina-pila-combustible-hidrogeno-Toyotahttp://www.ecoticias.com/motor/107879/Conoce-berlina-pila-combustible-hidrogeno-Toyota

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¿Cuánta energía traerán las olas?

La intermitencia es uno de los problemas de la mayor parte de las energías renovables, incluida la marina: a veces abunda, otras veces escasea. De ahí que, para gestionar adecuadamente la energía del mar e integrarla en la red eléctrica, convenga saber cuándo traerán suficiente fuerza las olas. Y eso es precisamente lo que ha hecho el grupo Eolo, de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU). La revista Ocean Engineering ha publicado recientemente un artículo del citado grupo titulado —”Short-term forecasting of the wave energy flux: Analogues, random forests, and physics-based models”— con los detalles del proyecto.

Autora: Alicia Carrero Fernández-Universidad Rey Juan Carlos

La energía marina tiene un gran potencial de futuro, porque pese al problema de la intermitencia, tiene una ventaja con respecto a la energía eólica, ya que es más fácil predecir un oleaje óptimo que unas ráfagas de viento apropiadas. Por eso, tan importante como contar con prototipos eficientes para el aprovechamiento de la energía undimotriz, es saber cuánta energía traerán las olas dentro de unas horas.

La primera instalación operativa para el aprovechamiento de la energía marina se construyó en Portugal, en el 2008. En el País Vasco, se inauguró en el 2011 una pequeña instalación en Mutriku. La central de Mutriku es pionera en su género en todo el mundo. Es la única que dispone de una configuración multiturbina y, además, inyecta a la red general toda la electricidad producida para su distribución. Datos técnicos:

  • Tecnología marina OWC (Columna de agua oscilante).
  • 16 unidades cámara-turbina.
  • Potencia instalada 296 kW.
  • Producción eléctrica renovable estimada: 400.000 kWh anuales.
  • Emisiones  de CO2 evitadas: 400 toneladas anualmente.

Conociendo previamente los datos de energía de las olas, se puede insertar mejor la energía producida por las olas en la red eléctrica, y, por tanto aumentar el consumo de energía renovable.

El grupo EOLO (UPV/EHU) ha desarrollado varios modelos de predicción de la cantidad de energía undimotriz para el golfo de Bizkaia, utilizando para ello la técnica denominada “Random Forests “(bosques aleatorios). Se trata de un algoritmo desarrollado durante los últimos años cuya base son los llamados ‘árboles de regresión’, en los que las variables de entrada se consideran raíces y las de salida, hojas. La técnica “Random forest” es un desarrollo de los árboles de regresión que, en lugar de un solo árbol, utiliza muchos (por lo general, más de mil), formando un ‘bosque’ o selva”, como ha explicado el investigador Gabriel Ibarra, del grupo EOLO.

Según el citado investigador, los modelos desarrollados por su grupo son más fiables que otros ya existentes para las predicciones del oleaje con una antelación de tres a dieciséis horas. Los modelos de EOLO están basados en una serie histórica de mediciones que comparan entre sí los niveles de energía de las olas en un momento dado y los que se prevén para dentro de algunas horas. La medición se realiza mediante boyas, de las que cinco están instaladas en el golfo de Bizkaia, tres cerca de la costa gallega y dos en mar abierto. El organismo Puertos del Estado se encarga del mantenimiento de las boyas instaladas en Galicia, y el servicio meteorológico británico (MetOffice) de las de mar abierto.

Dos son las prioridades del grupo Eolo de cara al futuro: por una parte, acceder en tiempo real a los datos del modelo meteorológico WRF (Weather Research and Forecasting), que le servirán para mejorar los resultados actuales; por otra, continuar investigando los escenarios climáticos que puedan producirse en el futuro. En este sentido, se ha comprobado que un fenómeno como el cambio climático afecta también al oleaje, así como a los temporales que, con cierta frecuencia, azotan la costa vasca.

En opinión de los miembros de Eolo, es importante saber qué evolución tendrá la energía marina en las próximas décadas, aunque las investigaciones sobre la predicción de la energía de las olas no han hecho más que comenzar, y no han llegado todavía a la fase operativa, es decir, no se aplican directamente.

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XVII Reunión de la Red temática Lignocel: “Retos Enzimáticos, Químicos y de Ingeniería para la Utilización de Recursos Agroforestales no Alimentarios (Lignocelulosa) en una Bioeconomía más Sostenible y menos Contaminante”

La reunión temática Lignocel organizada por el grupo de Biotecnología para la Biomasa Lignocelulosa del Centro de Investigaciones Biológicas, (CIB-CSIC) tuvo lugar del 1 al 2 de octubre de 2015 en el mismo centro de investigación en Madrid.

Autor: Alfredo Oliva-IMDEA Energía

La aplicación de la biotecnología en la transformación de los materiales lignocelulósicos es un área de investigación en auge a nivel mundial. La investigación sobre los mecanismos enzimáticos y biomoleculares de biodegradación de la lignocelulosa son aún hoy en día desafíos que la comunidad científica tiene que comprender. Del mismo modo, las aplicaciones biotecnológicas, entre las que se encuentran la producción de biocombustibles, representan una alternativa económica y no contaminante para la transformación de los materiales lignocelulósicos. Sin embargo, la conversión de la biomasa lignocelulósica por hidrólisis enzimática y fermentación a etanol no es todavía una tecnología optimizada.

Con el propósito de establecer y favorecer intercambio científico, el Grupo de Biotecnología para la Biomasa Lignocelulósica del Centro de Investigaciones Biológicas (CIB-CSIC) organizó los días 1 y 2 de octubre de 2015 la XVII Reunión Temática Lignocel “Retos Enzimáticos, Químicos y de Ingeniería para la Utilización de Recursos Agroforestales no Alimentarios (Lignocelulosa) en una Bioeconomía más Sostenible y menos Contaminante”. Este evento, financiado por el Instituto Nacional de Investigaciones Agroalimentarias (INIA) dentro de la acción complementaria AC2014-00017-00-00, tiene como objetivos generar vínculos entre los grupos científicos, tecnológicos y empresariales de la Red, fomentar colaboraciones en investigación en ámbito nacional e internacional y fortalecer el desarrollo de líneas de investigación novedosas y/o prioritarias en el ámbito nacional y europeo.

La Unidad de Procesos Biotecnológicos para la Producción de Energía de la Fundación IMDEA Energía participó en la reunión mediante la presentación de la siguiente ponencia: “Destoxificación con lacasas: papel de los compuestos fenólicos y lignina en la inhibición de la hidrólisis enzimática”, ponencia que impartió el estudiante predoctoral A. Oliva-Taravilla. En la ponencia se presentaron los mecanismos de inhibición de la hidrólisis enzimática provocados por los radicales fenoxilo y la lignina tras el tratamiento con lacasas de paja de trigo pretratada por explosión por vapor.

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Entendiendo catalizadores industriales: poniendo la espectroscopia operando en forma

Autora: Raquel Portela, ICP-CSIC

Los catalizadores industriales son frecuentemente sólidos conformados, inhomogéneos, dinámicos y multifuncionales. Su diseño racional requiere una caracterización exhaustiva de los centros activos que tenga en cuenta el efecto del su entorno, de modo que las tendencias actuales en el análisis de los procesos heterogéneos son incrementar la resolución temporal y espacial (a varios niveles y en varias direcciones) y los puntos de vista (acoplamiento de varias técnicas), y acercarnos lo más posible a condiciones de operación genuinas, no alteradas por la sonda.

La metodología operando se ha convertido en un valioso enfoque para entender los catalizadores y la catálisis heterogénea, la piedra angular de la futura sociedad sostenible. Al combinar la caracterización espectroscópica del sólido durante la reacción (in situ) con la evaluación simultánea del rendimiento catalítico real mediante análisis de la actividad catalítica genuina permite mejorar la optimización racional de los catalizadores y el control de las variables de los procesos catalíticos, siendo de utilidad tanto en el laboratorio como a escala industrial en todo tipo de aplicaciones. Las técnicas espectroscópicas pueden determinar la naturaleza, cantidad, estructura y entorno de átomos y moléculas analizando diferentes interacciones de la materia con la radiación electromagnética, y por tanto son poderosas técnicas no destructivas y que no requieren contacto. La idea de la caracterización simultánea del fluido y del sólido en operación fue introducida en el mundo de la investigación catalítica por algunos pioneros hace varias décadas; el término operando fue acuñado en 2002 por el Dr. Miguel Á. Bañares, profesor de investigación del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) del CSIC, hecho que favoreció que la investigación para el desarrollo y la aplicación de células de reacción cada vez más informativas y más representativas de los precesos catalíticos reales haya crecido exponencialmente desde entonces, al despertar el interés generalizado de la comunidad catalítica.

Hasta ahora el enfoque operando ha estado orientado esencialmente a lechos empaquetados de catalizadores en polvo, a pesar de que los catalizadores con forma y estructura regular se aplican cada vez más en muchos campos de la catálisis, especialmete en medio ambiente y energía.1 Los monolitos poseen propiedades térmicas, mecánicas y fluidodinámicas distintivas que dependen de su geometría y de las propiedades resultantes de la interacción entre la fase activa, el soporte, el aglomerante y otros aditivos permanentes o temporales que hayan sido empleados en su proceso de fabricación. Como consecuencia es necesario hacer un esfuerzo de caracterización de estos materiales en la forma final, ya que la caracterización en polvo puede dar resultados equívocos. La metodología operando puede proporcionar a los desarrolladores de catalizadores monolíticos (o conformados en general) una herramienta para entender su comportamiento en una planta industrial a través de pruebas de laboratorio cuidadosamente diseñadas con relaciones espacio-temporales representativas. Aplicada a escala industrial puede detectar problemas de funcionamiento o predecir fenómenos de desactivación antes de que la calidad del producto se vea afectada, optimizando así el control de calidad y reduciendo el desperdicio de material, y podría convertirse una nueva tecnología analítica de proceso (PAT por sus siglas en inglés).

El grupo de Espectroscopia y Catálisis industrial (SpeICat) del ICP-CSIC, con amplia experiencia en la metodología operando y en el desarrollo de catalizadores monolíticos, en colaboración con el Laboratoire Catalyse et Spectrochimie (LCS) de la ENSI de Caen, ha estado desarrollando en los últimos años nuevas celdas de reacción para expandir el enfoque operando a la caracterización de monolitos por espectroscopia vibracional durante su funcionamiento como catalizadores. En 2012 desarrolló una celda que permite caracterizar monolitos por FT-IR en transmisión,2 como se muestra en la figura 1, y en un artículo recién publicado en la revista Catalysis Science & Technology3 presenta un reactor monolítico monitorizado por microscopía Raman, en lo que son los primeros intentos de estudios operando de monolitos mediante espectroscopia vibracional. La espectroscopia vibracional proporciona informacion molecular: la espectroscopia infrarroja (IR) es esencialmente sensible a vibraciones que impliquen un cambio en el momento dipolar (modos asimétricos), y la espectroscopia Raman, a vibraciones que impliquen un cambio en la polarización (modos simétricos). En consecuencia, para catalizadores tipo óxido soportado, la primera se emplea generalmente para estudiar especies adsorbidas e hidroxilos superficiales mientras que la segunda se emplea para principalmente para estudiar el propio catalizador.

 

Figura 1. Reactores para estudios operando con espectroscopia vibracional.

Bibliografía:

1.         Avila, P.; Montes, M.; Miro, E. E., Monolithic reactors for environmental applications: A review on preparation technologies. Chem. Eng. J. 2005, 109 (1), 11-36. doi: 10.1016/j.cej.2005.02.025

2.         Rasmussen, S. B.; Banares, M. A.; Bazin, P.; Due-Hansen, J.; Avila, P.; Daturi, M., Monitoring catalysts at work in their final form: spectroscopic investigations on a monolithic catalyst. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (7), 2171-7.  doi: 10.1039/c1cp22629k 

3.         Rasmussen, S. B.; López-Medina, R.; Portela, R.; Mikolajska, E.; Daturi, M.; Avila, P.; Banares, M. A., Shaping up operando spectroscopy: Raman characterization of a working honeycomb monolith. Catal. Sci. Technol. 2015. doi: 10.1039/C5CY01375E

 

 

 

 

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