Archivo de febrero, 2016

Cursos sobre sostenibilidad y medioambiente en Madrid y Huelva

Autor: Pedro Avila-CSIC

La UNED ha organizado tres cursos sobre  Sostenibilidad y Medio Ambiente, dirigidos a alumnos Graduados o Estudiantes de Grado en Química, Ambientales, Ingeniería Química, Economía y titulaciones relacionadas, que se celebrarán Durante los meses de marzo y abril

El primero, titulado: “Retos para la sostenibilidad. Desafíos y herramientas para un desarrollo sostenible” se celebrará en el Centro Asociado de Madrid, C. Z. Escuelas Pías (C/ Tribulete 14), entre los días 9 y 11 de marzo de 2016. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en: https://extension.uned.es/actividad/idactividad/11411

Títulos  ponencias:

1.- “La sostenibilidad en la normativa ambiental”

2.- “Delitos ambientales”

3.- “Evaluación ambiental”

4.- “Mitigación y seguimiento ambiental”

5.- “Cambio climático: riesgos, escenarios y política”

6.- “Investigación en la detección de transiciones catastróficas”

7.- “Adaptación a riesgos ambientales”

8.- “Geopolítica de la energía”

9.- “Biocombustibles”

10.-“Sostenibilidad en empresas químicas y del petróleo”

11.-“Fuentes de energía presentes y futuras”

12.-“Integración ambiental de infraestructuras”

13.-“Movilidad urbana sostenible”

14.-“Autopistas del mar”

15.-“Mejora de la calidad del aire”

16.-“Del residuo al producto. Ácido levulínico como fuente de recursos”

17.-“Nuevas tendencias y retos en la descontaminación de aguas.”

Además, como parte del curso, se hará una visita al Laboratorio Municipal de Salud Pública de Madrid Salud. Explicación de indicadores de gestión y control de calidad.

 

El segundo curso, que lleva por título: “Prevención ambiental y sostenibilidad – Retos para un desarrollo sostenible.” se celebrará del 6 al 8 de abril de 2016 en el Salón de actos de la Fundación Caja Rural del Sur, en Huelva. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en: https://extension.uned.es/actividad/idactividad/10523

Finalmente, entre los días 27 y 29 de abril de 2016, en el Centro Asociado de Madrid, C. Z. Escuelas Pías (C/ Tribulete 14), se celebrará el curso titulado: “Nuevas tendencias y retos de los procesos químicos en el siglo XXI (Tercera Edición)”. Toda la información sobre el mismo (condiciones de matriculación, créditos, horario, ponencias, etc…) se encuentran en:

http://extension.uned.es/actividad/11397

Para mayor información sobre cualquiera de los cursos se puede contactar con la profesora Rosa María Aranda, rmartin@ccia.uned.es

 

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La importancia del microorganismo en la producción de bioetanol: Mejora de levaduras frente a estrés mecánico

Autor: José M. Salor-IMDEA Energía

Debido a la crisis energética y al aumento de los gases causantes del efecto invernadero, la sustitución de combustibles fósiles por otras formas mucho menos contaminantes es uno de los campos de investigación más en auge en los últimos años. En ese contexto la producción de bioetanol, como sustitutivo de la gasolina, es una de las opciones más prometedoras. En la actualidad, la producción de bioetanol a escala industrial se basa principalmente en la utilización de materiales azucarados (caña de azúcar, remolacha, etc.) o ricos en almidón (maíz, trigo, cebada, etc.). Estas materias primas son también utilizadas para alimentación animal y uso humano, y parecen no ser suficientes para la creciente demanda de biocombustibles. Es por ello que los materiales lignocelulósicos son alternativas interesantes, puesto que no compiten con cultivos alimentarios y están ampliamente distribuidos.

 Desde hace varias décadas se han realizado avances significativos en la producción de este etanol lignocelulósico. Sin embargo, todavía no se ha conseguido que el proceso sea económicamente rentable y competitivo a nivel industrial. Para alcanzar la comercialización es necesario obtener mayores concentraciones de etanol con el objetivo de reducir el coste de la destilación, lo que se podría conseguir aumentado la concentración de sustrato en todo el proceso. Al realizarse el proceso a altas cargas de sustrato,  se podría producir estrés mecánico e inducir variaciones en la pared celular  las levaduras encargadas de la fermentación.  A pesar de la importancia de la pared celular de los microorganismos, dicha estructura sólo se conoce parcialmente y nunca se ha estudiado su papel en la producción de bioetanol.

Con el propósito de entender el efecto que altas cargas de sustrato ejerce sobre las levaduras se creó el proyecto “Lignoyeast”, en el cual trabajan los miembros de La Unidad de Procesos Biotecnológicos para la Producción de Energía de la Fundación IMDEA. Este proyecto consiste en la obtención de levaduras capaces de fermentar estos materiales lignocelulósicos de manera óptima para la producción industrial de biocombustibles. Para ello,   se estudia el efecto que tiene el estrés mecánico sobre la tolerancia a los productos inhibidores además de desarrollar y aplicar una estrategia de ingeniería evolutiva sobre estas levaduras para mejorar su capacidad fermentativa en estas condiciones.

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Estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR): Biorrefinerías del siglo XXI

En la actualidad diferentes grupos de investigación trabajan en proyectos innovadores para la valorización integral de los lodos de depuradora basados en el concepto de biorrefinería.

[Autor: Juan Antonio Melero Hernández. Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos]

Avanzando hacia una economía circular, nos encontramos con el desarrollo de las EDAR del futuro, concebidas como biorrefinerías que incorporan, entre otras mejoras, sistemas que ayudan a conseguir el máximo aprovechamiento de los recursos contenidos en los lodos. La escasez de los recursos fósiles y su elevado impacto ambiental como consecuencia de las emisiones de CO2 a la atmósfera está originando en la actualidad la búsqueda de alternativas energéticas más sostenibles y renovables. En este sentido la valorización energética de residuos de bajo coste es una alternativa muy interesante. Diferentes grupos de investigación estudían la obtención de bio-energía a partir de los lodos de depuradora.

Pero, ¿cómo obtenemos energía de estos lodos de depuradora?

Una de las alternativas más convencionales es la digestióna anaerobia en el que microorganismos metanogénicos convierten la materia orgánica biodegradable en biogás (mezcla de CH4 y CO2 principalmente). Sin embargo, diferentes grupos de investigación y empresas  están desarrollando tecnologías para mejorar el aprovechamiento energético de estos residuos (en general buscando una mayor producción de CH4 y reduciendo la cantidad de digestato). Entre los pre-tratamientos que se están estudiando se incluyen tratamientos térmicos, químicos y mecánicos (Jain y col., 2015). También se ha publicado los interesantes resultados obtenidos con la sonicación de los lodos previa a su digestión anaerobia. La acción de los ultrasonidos rompe los flóculos biológicos y digrega las particulas de elevado tamaño favoreciendo el proceso de metanizacion (Mao y col., 2015). Actualmente, nuestro grupo de investigación estudia el uso de hierro metálico (Fe0) para favorecer la digestión anaerobia de los lodos y en combinación con oxidantes (H2O2) y  ultrasonidos para la generación de radicales hidroxilo que favorezcan la cinética de digestión del lodo y su metanización.

Empresas, como Veolia, ha desarrollado soluciones tecnológicas para lograr este objetivo, destaca el proceso Exelys™ de hidrólisis térmica en continuo que permite optimizar la digestión anaerobia convencional, maximizando la producción de biogás y reduciendo la cantidad de lodos a gestionar. Existen además numerosas propuestas tecnológicas para optimizar la digestión anaerobia mediante la mejora de la hidráulica del proceso, destacando en este campo la familia de tecnologías BIOPAQ™ desarrolladas por Paques. Este desarrollo industrial ha permitido que la digestión anaerobia sea actualmente una tecnología madura, con más de 10.000 grandes plantas instaladas a nivel mundial. La proyección futura es muy optimista y, según la iniciativa global metano (Global Methane Initiative, GMI), promovida por la Agencia de Protección del Medioambiente (EPA), el número de plantas instaladas sólo en Asia y África superará las 500.000 para el año 2050.

El alcance de la digestión anaerobia se ha expandido gracias a la posibilidad de combinación de etapas en serie. Así, una primera etapa trabajando a pH ácido y temperaturas elevadas (entre 45-65 ºC), así como a tiempos de residencia relativamente cortos, puede servir como pre-tratamiento de residuos poco biodegradables y, además, co-generación de bio-hidrógeno que puede valorizarse energéticamente (Lv y col., 2010). En una segunda etapa, empleando fotofermentación, la eficiencia de generación de hidrógeno puede multiplicarse por un factor entre 1.4 y 3 lo que, a su vez, permite incrementar la cantidad de materia orgánica que sirve como sustrato para una posterior digestión anaerobia convencional, incrementando así la cantidad de metano generado (Shi y col, 2015).

Asimismo, en paralelo es importante la recuperación de nutrientes, una solución que aúna la eficiencia económica, técnica y medioambiental gracias a la recuperación de fósforo y nitrógenos de las aguas residuales. A las tradicionales tecnologías de recuperación de fósforo empleadas en la actualidad en plantas de tratamiento de aguas, denominadas plantas de eliminación biologica avanzada de fósforo (EBPR), se han ido adaptando soluciones recientes muy innovadoras que incluyen además la recuperación de C, N, P y K promoviendo la asimilación, en lugar de la oxidación, de la materia orgánica y los nutrientes como biomasa. Éstos puden ser recuperados posteriormente mediante digestión anaerobia en la que se liberan los nutrientes como sales inorgánicas y el C como metano.

Por otro lado, otra vía de aprovechamineto de los lodos de depuradora con fines energéticos ha sido la producción de biodiesel a partir de los lípidos y ácidos grados libres extraidos de esta materia prima residual. Incluso, para mejorar la eficacia del proceso, se han desarrollado trabajos que describen el procesado in-situ de los lípidos y ácidos grasos libres para la producción de biodiesel sin la necesidad de una etapa previa de extracción. El grupo de investigación de la URJC ha desarrollado tecnologías catalíticas basadas en catalizadores heterógenos ácidos que han permitido obtener un rendimiento global a esteres metílicos del 15 % en peso referido a lodo seco cuando se parte de lodo primario y de un 10 % a partir de lodo secundario (Melero y col., 2015): Además, en la actualidad se estudia el aprovechamiento de la digestión del sólido resultante del que se espera una mejora en su digestabilidad como consecuencia del pre-tratamiento térmico y catalítico llevado a cabo en el lodo para la producción de biodiesel.

Y además la historia no acaba aquí, pues en la actualidad se están explorando la producción de materiales de interés a partir de los lodos de depuradora: la recuperación de fibras de celulosa así como la producción de biopláticos y biopolimeros (Van Loodsdrecht, 2014). Éstos procesos permiten, gracias a los conocimientos adquiridos en sistemas biotecnológicos avanzados, la generación de compuestos de alto valor añadido que permiten no sólo economizar el tratamiento de resíduos y aguas residuales, sino teóricamente convertirlo en un proceso de biomanufactura industrial (Mo y col., 2013).

La integración de estos procesos (biorrefinería) permitirá una valorización viable de los lodos de depuradora y con un máximo aprovechamiento no sólo energético sino para la recuperación de nutrientes y otros compuestos de interés. Además esta propuesta puede favorecer la construcción de EDAR de menor tamaño y que puedan ser viables económicamente y dando servicio a pequeñas areas urbanas, todo ello dentro del marco global de la bioeconomía descentralizada, la cual ha tenido un impacto muy positivo en la última reunión del Convenio Marco de las Naciones Unidas relativo al Cambio Climático, celebrada hace unos meses en París.

Referencias

Jain S., Jain S., Wolf, I., Lee J., Tong Y. (2015). A comprehensive review on operating parameters and different pretreatment methodologies for anaerobic digestion of municipal solid waste. Renewable Sustainable Energy Review, 52, 142-154.

Lv, W., Schanbacher, F. L., Yu, Z. (2010). Putting microbes to work in sequence: recent advances in temperature-phased anaerobic digestion processes. Bioresource Technology, 101(24), 9409-9414.

Mao C., Feng Y., Wang X., Ren G. (2015) Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable Sustainable Energy Review, 45, 540-555.

Melero, J.A., Sánchez-Vázquez, R., Vasiliadou, I. A., Martínez, F., Bautista, L.F., Iglesias, J. (2015) Municipal sewage sludge to biodiesel by simulatenous extraction and conversion of lipids. Energy Conversion Management 103, 111-118

Mo, W., & Zhang, Q. (2013). Energy–nutrients–water nexus: integrated resource recovery in municipal wastewater treatment plants. Journal of Environmental Management127, 255-267.

Shi, X. Y., Li, W. W., & Yu, H. Q. (2015). Microbial hydrogen production from phenol in a two-step biological process. International Journal of Hydrogen Energy40(37), 12627-12633.

Van Loosdrecht, M., Brdjanovic, D. (2014). Anticipating the next century of wastewater treatment. Science, ,344 1452-1453.

 

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Las centrales termosolares: clave para un mix energético renovable

[Autora: Esther E. Rojas, PSA-Ciemat]

La gestionabilidad de las tecnologías de generación de electricidad de origen renovable se ha convertido, junto con su coste, en el punto crítico para la incorporación de dichas tecnologías en los mixes energéticos actuales.  Ambos puntos, gestionabilidad y coste, se conjugan para dar un determinado valor a cierta tecnología renovable. La gestionabilidad se consigue gracias a sistemas de almacenamiento de energía de gran capacidad, es decir, sistemas capaces de almacenar suficiente energía como para que la producción eléctrica se mantenga durante 6, 7, e incluso 15 horas a pesar de que el recurso renovable no esté disponible.

Y esta gestionabilidad, a fecha de hoy, solo la tienen de forma comercial las centrales termosolares. Las centrales termosolares convierten en electricidad la energía térmica obtenida a partir de la radiación solar concentrada a través de un bloque de potencia que consta de un ciclo termodinámico y a un generador eléctrico o turbina y que es muy similar al que utilizan las centrales convencionales térmicas y nucleares. Los sistemas de gran capacidad de almacenamiento comerciales que incorporan estas centrales utilizan una mezcla de sales de nitrato (conocida como ‘sal solar’) en estado líquido como sustancia de almacenamiento y que gracias a un aumento de su temperatura en 100 o 300ºC almacenan la energía térmica procedente del campo solar. Las sales de nitrato son sustancias naturales cuya extracción y procesamiento no implica impactos medioambientales relevantes, a diferencia de los materiales de base necesarios en las baterías eléctricas.

Las 50 centrales termosolares en funcionamiento a día de hoy en España suman una potencia total de 2.300 MWe. De ellas 21 tienen almacenamiento de gran capacidad. El 80% de las centrales de captadores cilindroparabólicos instaladas España tienen sistemas con 7.5 horas de almacenamiento, todas con una potencia eléctrica nominal cercana a los 50 MWe por limitaciones gubernamentales.  Estas centrales son capaces de producir electricidad a potencia nominal durante 7.5 horas sin radiación solar alguna. Otro tipo de centrales termosolares son las de receptor central o de torre. La central Gemasolar, ubicada en Fuentes de Andalucía (Sevilla) lleva en funcionamiento desde 2011, tiene una potencia nominal de 19 MWe y una capacidad de almacenamiento de 15 horas que le permite funcionar en condiciones nominales durante 24 horas diarias.

Gracias a los sistemas de almacenamiento de gran capacidad de estas centrales termosolares,  la curva de producción agregada de las mismas se acopla perfectamente a la curva de demanda eléctrica nacional (datos obtenidos de Red Eléctrica). Basta echar un vistazo a un día cualquiera para ver gráficamente el perfecto acoplamiento de las dos curvas.

 

 Comparación de la curva de producción horaria de las centrales termosolares con la de demanda eléctrica española para un día de verano de 2014.

Resaltar que los sistemas de almacenamiento térmico de gran capacidad instalados en las centrales termosolares no sufren degradación alguna de su rendimiento con sucesivos ciclos, a diferencia de las baterías eléctricas. La planta Andasol I lleva en funcionamiento desde finales de 2008, habiéndose realizado más de 2000 ciclos de carga/descarga diaria, sin que ello haya supuesto ninguna alteración y disminución de su rendimiento de producción eléctrica.

La actual disponibilidad de sistemas de almacenamiento de gran capacidad hace de la energía solar térmica de concentración una tecnología clave e ineludible en el concepto de un mix energético que pueda ser calificado globalmente como renovable. Existen tecnologías renovables, desarrolladas y disponibles comercialmente a costes directos más atractivos que la termosolar, pero cuyo valor (gestionabilidad y coste) está por debajo de la termosolar al  carecer actualmente de adecuados sistemas de almacenamientos de gran capacidad, por lo que su implementación no puede sino ser limitada. La complementariedad de estas tecnologías con la termosolar puede ser considerada la solución a la siempre reclamada no gestionabilidad de las tecnologías renovables y la forma de romper el círculo vicioso sobre la necesidad de mantener y promover tecnologías convencionales que apoyen e hibriden con tecnologías renovables. Recordemos, como hacía L. Crespo en el 3er Congreso IPES, la frase de  Antonio Machado “Todo necio confunde valor con precio” y situemos la termosolar donde le corresponde en el contexto energético actual.

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Los biocarburantes españoles, obligados a acreditar que son sostenibles

Los biocarburantes españoles, obligados a acreditar que son sostenibles Desde el 1 de enero se debe acreditar la sostenibilidad de cada litro puesto en el mercado en España para que compute en la obligación nacional de incorporación de biocarburantes en el transporte. Deben acreditar el cumplimiento de los criterios de sostenibilidad “mediante una declaración responsable, pudiendo dichos sujetos estar acogidos a un régimen voluntario reconocido por la Comisión Europea”. “De otra forma, el biocarburante no será certificable”

Autor: [Alberto Gonzalez -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT]

A partir del 1 enero de 2016 se debe acreditar la sostenibilidad que deben cumplir los biocarburantes para que su consumo pueda contabilizarse en la obligación nacional de incorporación de biocarburantes en el transporte. La Directiva de la Unión Europea en materia de energía procedente de fuentes renovables estableció requisitos específicos para la verificación de los biocombustibles y con ello garantizar su sostenibilidad.

Estos criterios de sostenibilidad consisten principalmente en que los biocarburantes deben permitir una reducción mínima de emisiones de gases de efecto invernadero del 35%, respecto a los combustibles fósiles a los que sustituyen. Asimismo, no deben estar producidos a partir de materias primas procedentes de tierras con elevado valor en cuanto a la biodiversidad (por ejemplo, áreas protegidas), ni con elevadas reservas de carbono (tales como determinados bosques). Además, las materias primas cultivadas en la UE han de respetar las buenas prácticas agrarias y medioambientales.

Hasta ahora en España los sujetos obligados deben informar a la CNMC sobre ciertas características de sostenibilidad de las partidas –tipo de biocarburante, tipo de materia prima, país de origen del biocarburante y de la materia prima- no siendo obligatorio aportar información sobre los criterios de sostenibilidad.

Desde el 1 de enero de 2016 será preciso que los sujetos obligados acrediten el cumplimiento de los criterios de sostenibilidad (criterio de reducción de emisiones y criterios de uso de la tierra) mediante una declaración responsable, pudiendo dichos sujetos estar acogidos a un régimen voluntario reconocido por la Comisión Europea. De otra forma, el biocarburante no será certificable.

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Jornada SIMBIOCAT III: “Aplicaciones de la catálisis en el área de la energía”

[Autora: Raquel Portela-ICP-CSIC]

El próximo día 23 de febrero de 2016 se celebrará en las instalaciones del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) la tercera edición de las jornadas SimbioCAT – Simbiosis entre la Academia y la Industria, “de la investigación a la aplicación industrial”. El lema de SIMBIOCAT III es “Aplicaciones de la catálisis en el área de la energía”. La jornada va dirigida exclusivamente a empresas del sector energético, para las cuales la asistencia es gratuita previa inscripción, ya que las plazas son limitadas (confirmar asistencia con sus datos a la Dra. Sara Junco: s.junco@csic.es)

El Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, perteneciente al CSIC, viene organizando en los últimos años estas jornadas, orientadas a empresas e investigadores con proyectos afines, en colaboración con el Parque Científico de Madrid. El objetivo es que las empresas del sector conozcan las líneas de I+D y las actividades que se realizan en el instituto para fomentar la colaboración. Para ello, durante el encuentro se habilitan salas de reunión por si surgieran propuestas de trabajo que debatir entre los investigadores y los asistentes. La primera jornada de estas características, SimbioCAT I, se realizó en 2011 y estuvo dedicada a “Biocombustibles, bio-refinerias y valorización de los subproductos”, mientras que SimbioCAT II, en 2013, se centró en “Biocatálisis, transformaciones enzimáticas y biomateriales”. El programa de esta jornada es el siguiente:

Fecha: 23 de febrero de 2016

Lugar: ICP-CSIC, c/ Marie Curie, 2. Campus Mixto UAM/CSIC, Cantoblanco, Madrid.

9:45 Bienvenida: Dr. Jose Carlos Conesa, Director del ICP-CSIC.

10:00 Ponencias de investigadores del ICP: Combustibles

  • Dr. Francisco Plou y Miguel A. Galeote: “Degradación enzimática de lignocelulosa para la producción de bioetanol de segunda generación”
  • Dra. Cristina Otero y Dr. Roberto Fernández-Lafuente: “Mejora de la producción de biodiésel basada en nuevos conceptos de biocatálisis”
  • Dr. Enrique Sastre: “Transformación de metanol en hidrocarburos”
  • Dr. José M. Campos “Biocombustibles de segunda generación”
  • Dr. Sergio Rojas, “Combustibles sintéticos”

 11:15 Café

 11:30 Ponencias de investigadores del ICP: Hidrógeno y pilas de combustible

  • Dr. Miguel Á. Bañares, “Materiales ligeros para almacenamiento de hidrógeno”
  • Dr. Rufino Navarro, “Aplicaciones y usos del hidrógeno”
  • Dr. Miguel Peña, “Pilas de combustible”.
  • Dr. Arturo Martínez y Dr. Marcos Fernández, “Catalizadores nanoestructurados para energía”
  • Dr. Antonio López de Lacey, “Acoplamiento de bioelectrocatalizadores a electrodos con aplicaciones energéticas”

 12:30 Ponencias empresas y centros tecnológicos

  • D. José J. Brey, de ABENGOA HIDRÓGENO
  • D. Fernando Grau, de AIR LIQUIDE

 13:15 Herramientas de financiación CDTI para proyectos de I+D en empresa

  • D. Gabriel Barthelemy, del CDTI

 13:45 Comida

 14:45 Ponencias empresas y centros tecnológicos

  • Maja Jousif Gagovic, ALBUFERA ENERGY STORAGE
  • Dña. Lourdes Rodríguez, Centro Nacional del Hidrógeno
  • D. Fernando Palacín, Fundación del Hidrógeno de Aragón

 15:45 Preguntas

 16:00 Cierre de la jornada y reuniones

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La energía solar termoeléctrica: Objetivo mundial 2030

[Autora: Noemí Arconada, Instituto IMDEA Energía]

El pasado 4 de febrero, Marruecos inauguró una megaplanta de energía termosolar denominada Noor I. Esta planta ha sido construida por firmas españolas, Acciona, Sener, TSK y Aries quienes han ejecutado la obra en Ouarzazate, ciudad considerada la puerta del desierto y situada al sur del país.

Noor I, considerada como un éxito de la marca España y de la cooperación hispano-marroquí, ocupa 480 hectáreas, tiene una capacidad de 160 megavatios y suministrará energía a 135.000 hogares. Esta es la primera de cuatro fases de un complejo que se prevé operativo para 2018 convirtiéndose en una de las mayores plantas termosolares del mundo con más de 3.000 hectáreas y 580 megavatios de potencia.

Esta apuesta de la Agencia Marroquí de Energía Solar, forma parte de un plan marroquí cuyo objetivo es producir 2000 megavatios de electricidad a partir del sol en 2020 con una inversión total de 9.000 millones de dólares.

 

 Figura 1. Imagenes aéreas de la central térmica solar de Ouarzazate, en Marruecos.

Aprovechando esta inauguración, Greenpeace Internacional, SolarPACES y Estela (Asociación Europea de la Industria Solar Termoeléctrica) han publicado conjuntamente un informe sobre “Energía Solar Termoeléctrica, Perspectiva Mundial 2016” que pone de manifiesto el enorme potencial de la energía solar termoeléctrica en los próximos años.

Los autores consideran esencial que la Unión Europea, Estados Unidos, Australia y otras regiones actúen para eliminar las barreras que hoy impiden que los proyectos de energía solar termoeléctrica alcancen su máximo potencial siendo necesario que los responsables energéticos de los países del cinturón solar distingan entre “valor” y “precio” a la hora de incorporar nueva capacidad de generación”.




Dicho estudio analiza varios escenarios a futuro de crecimiento de esta tecnología. Mientras en 2006 la capacidad instalada era de solo 0,5 GW, en 2015 es de casi 5 GW con un volumen anual del mercado de 3.000 millones de dólares y el sector prevé capacidades instaladas de dos dígitos en los próximos cinco años. En condiciones favorables para la energía solar termoeléctrica, los escenarios muestran que esta tecnología podría dar empleo hasta a 2,7 millones de personas en 2030, podría suministrar el 6% de la demanda de electricidad global para 2030 y alcanzar el 12% en 2050. Además la energía solar termoeléctrica podría reducir en más de 37 millones de toneladas las emisiones mundiales de CO2, una cantidad equivalente a cuatro años de emisiones de gases de efecto invernadero de China. Citando textualmente las palabras de Emily Rochon responsable de Greenpeace Internacional, “la energía termoeléctrica puede impulsar las economías locales, proporcionar un suministro de energía fiable y lo más importante, reducir las emisiones de CO2”.

Tal y como reconocieron los líderes mundiales responsables del Acuerdo de París en diciembre de 2015, el reloj climático no se detiene, es necesario reducir drásticamente las emisiones de forma urgente y la energía solar termoeléctrica debe ser parte de ese proceso. Luis Crespo, presidente de la asociación Estela reconoce que la importancia de la energía solar termoeléctrica radica en su capacidad para aprovechar el sol y proporcionar energía durante las veinticuatro horas del día. Crespo afirma que la energía solar termoeléctrica es clave para lograr un mundo impulsado 100% por energías renovables para el año 2050, algo esencial para salvar el clima y alcanzar un futuro de energía libre de emisiones a nivel mundial.

En España, la energía termosolar ha superado en 2015 todos los registros de demanda y capacidad, hasta alcanzar una potencia generada de 5.113 GWh frente a los 89 GWh registrados en 2014. Para 2016, se espera mantener este proceso de consolidación y crecimiento. De momento, las empresas españolas continúan tomando un papel clave en las energías renovables a nivel mundial, ya que el consorcio formado por la empresa Saudí Acwa Power y la española Sener (responsable de la ingeniería) han ganado la licitación para la construcción de la segunda y la tercera fase de la megaplanta solar marroquí. El conocimiento y la experiencia de técnicos y expertos españoles en energías renovables han ganado un importante reconocimiento a nivel mundial en los últimos años, lo que está suponiendo un alivio para las empresas españolas que sufren los efectos de la crisis.

Referencias:

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El CO2 capturado de la atmósfera puede ser transformado en combustible

 Investigadores han demostrado por primera vez que el CO2 capturado del aire puede ser convertido directamente en metanol (CH3OH) mediante el uso de un catalizador homogéneo altamente activo y selectivo. El beneficio del proceso es doble: por un lado se elimina el CO2 de la atmósfera y por otra el metanol puede ser usado como combustible alternativo a la gasolina.

R. M. Navarro-  Grupo de Energía y Química Sostenibles- Instituto de Catálisis y Petroleoquímica-CSIC

El incremento en la demanda de energía procedente de fuentes fósiles ha dado lugar a un aumento en la concentración de CO2 en la atmósfera con las consiguientes consecuencias climáticas que se están observando. La eliminación del CO2 de fuentes industriales o de la atmósfera  junto con los recortes en el uso de recursos energéticos fósiles son esenciales para estabilizar y en la medida de lo posible descender la concentración global de CO2 en la atmósfera. La captura y secuestro de CO2 ha sido propuesta como una posible solución a este problema pero también otra alternativa deseable sería la de la captura y reciclado del CO2, sintetizando a partir de él productos de valor energético o químico. Muchos compuestos con interés energético y químico pueden ser sintetizados a partir de la hidrogenación  del CO2 (con hidrógeno generado a partir de fuentes renovables) como por ejemplo metano, metanol o ácido acético. Dentro de esos productos, el metanol es uno de los más atractivos ya que  puede ser utilizado como combustible en motores de combustión y en pilas de combustible y también como compuesto base de la industria química para la síntesis de etileno y propileno que son la base de la síntesis de plásticos y otros polímeros.  En la actualidad la industria química produce más de 70  millones de toneladas  de metanol y su producción se hace a partir de la hidrogenación de CO2 y CO (producidos a partir de metano fundamentalmente) utilizando catalizadores heterogéneos basados en cobre que operan a elevada presión  (25-50 bar) y temperatura (>200ºC).

Recientemente se han estudiado nuevos procesos de producción de metanol basados en la disolución de CO2 en un disolvente que contiene un catalizador que realiza la hidrogenación del CO2 hacia metanol en fase homogénea[i].  Este tipo de procesos utilizan catalizadores basados en rutenio y permiten realizar la síntesis en condiciones menos severas de presión y temperatura que las utilizadas en los procesos industriales de hidrogenación basados en catalizadores heterogéneos de Cu. El gran desafío en el desarrollo de catalizadores para la síntesis de metanol en disolución es encontrar un material estable a la temperatura a la que se lleva a cabo el proceso (150ºC), capaz de activar a la muy estable molécula de CO2 y capaz catalizar la reacción multietapa de hidrogenación de CO2 en metanol. En un reciente trabajo publicado en  Journal of the American Chemical Society[ii] el profesor G. K. Surya Prakash y el premio Nobel George A. Olah han presentado un nuevo catalizador homogéneo muy eficiente basado en Ru, capaz de producir metanol a partir de CO2 capturado de la atmósfera. La captura del CO2 se hace mediante burbujeo del aire en una solución de aminas que fijan el CO2 en forma de carbonatos, bicarbonatos y carbamatos que son transformados con el nuevo catalizador de Ru en metanol. La nueva formulación de catalizador es capaz de transformar el 79% del CO2 atmosférico en metanol a 125-165ºC y una presión de 50 bar. Se obtiene una mezcla de metanol y agua que es separada mediante destilación y el catalizador y el disolvente de aminas pueden ser reusados para subsiguientes ciclos de reacción. Desde un punto de vista más amplio, los autores del trabajo esperan que estos desarrollos puedan contribuir a la futura economía basada en metanol que permita un ciclo antropogénico del carbón basado en el par CO2/metanol en el cual el CO2 es continuamente reciclado mediante su transformación en metanol y subsiguientemente usado como combustible o compuesto químico y transformado en CO2.

En próximas etapas, los investigadores planean rebajar la temperatura de operación de los catalizadores desarrollados y mejorar los niveles de eficiencia alcanzados en la producción de metanol.



[i] Wesselbaum S., Vom Stein T., Klankermayer J., Leitner W. Angew. Chem. Int. Ed. 2012 51 7499

[ii] Kothandaraman, J. , Goeppert A., Czaun M, Olah G.A., Surya Prakash G.K, Journal of the Americal Chemical Society 2016, 138,778

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Diseñan prototipos de paneles solares que alimentan smartphones y pequeños motores

Fuente: Agencia Informativa Conacyt / Ana Luisa Guerrero

Cargar la batería de un smartphone o encender un ventilador personal sin necesidad de una conexión eléctrica a través de paneles portátiles de celdas solares orgánicas desarrolladas por científicos mexicanos, es ahora posible.

Tras nueve años de investigaciones y ardua labor en equipo entre diversas instituciones del país, el Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM) del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) ha desarrollado el primer prototipo portátil en el país capaz de absorber la luz del sol, transformarla en electricidad y almacenarla para ser utilizada en aparatos de uso cotidiano, como el teléfono celular o motores eléctricos de mediana potencia.

Esta aportación mexicana de energía renovable es emergente a nivel mundial, por lo que tiene la oportunidad de ser punta de lanza para la creación de nuevos dispositivos basados en materiales orgánicos que permitan el uso de la energía solar fotovoltaica.

El panel de área grande, llamado así porque es de varios centímetros (unos 50 cm2), entrega cinco V de voltaje DC y alrededor de 20 mA/cm2 de corriente DC, también está diseñado para almacenar energía eléctrica de un tomacorriente normal cuando esté descargado y la luz solar no sea suficiente, por ejemplo en días nublados o de noche.

Este avance es resultado de la colaboración académico-científica de un grupo que se ha desarrollado en la materia y que ha sido financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), del Fondo Sectorial entre el Conacyt y la Secretaría de Energía en el rubro de Sustentabilidad Energética, del Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (Cemie-Sol) y del propio CIO.

Particularmente, este prototipo fue diseñado y elaborado por tres estudiantes que lo realizaron como proyecto de titulación bajo la asesoría de Enrique Pérez Gutiérrez, investigador asociado del GPOM. Se trata de Blanca Gómez, ingeniera en energías renovables por el Instituto Tecnológico Superior de Cintalapa, Chiapas; Francisco Amores, ingeniero en electrónica por el Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas; y Leonardo Saavedra, ingeniero en biotecnología por el Instituto Politécnico Nacional (IPN) campus Guanajuato.

El doctor Enrique Pérez Gutiérrez explica a la Agencia Informativa Conacyt que en el GPOM del CIO han desarrollado celdas solares con eficiencia de conversión energética de siete por ciento. En este caso se utilizaron seis paneles solares interconectados que fueron depositados en sustratos de vidrio conteniendo un electrodo transparente y otro opaco de una aleación de tres metales; el material orgánico fotoactivo es una mezcla de dos compuestos orgánicos que captan la luz solar y generan electricidad.

Los jóvenes estudiantes, ahora ingenieros profesionales, diseñaron un circuito electrónico adaptado especialmente para la potencia eléctrica entregada por el panel. La energía eléctrica se almacena en cuatro baterías recargables comerciales que están integradas al prototipo.

Con estas características técnicas, el panel solar orgánico puede cargar en su totalidad la batería de un smartphone; esto ha sido probado en diferentes modelos y marcas, desde los más sencillos hasta aquellos que requieren más potencia.

En diciembre de 2015 se logró con éxito esta innovación, por lo que el grupo de investigación trabaja en un proceso de caracterización opto-eléctrico más completo y en la mejora del prototipo con miras a fabricar paneles flexibles y semitransparentes.

Energías renovables, prioridad nacional

En los últimos años, México ha emprendido esfuerzos para incrementar la generación de energías renovables y no contaminantes. La Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (LAERFTE) establece que para el 2024 la participación de las fuentes no fósiles en la generación de electricidad debe ser de 35 por ciento.

De ahí que se haya implementado el Programa Especial para el Aprovechamiento de las Energías Renovables 2014-2018, a fin de promover tecnologías que permitan aprovechar las fuentes renovables de energía que garanticen la seguridad energética y la sustentabilidad ambiental.

En busca de ese propósito fue que se conformaron los Centros Mexicanos de Innovación en Energía con recursos provenientes del Fondo de Sustentabilidad Energética, para fortalecer, consolidar y vincular las capacidades científicas y tecnológicas en el país, que además coadyuvaran a la formación de recursos humanos especializados.

De ellos se desprende el Cemie-Sol, un consorcio virtual coordinado por el Instituto de Energías Renovables de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) que agrupa a 57 instituciones de investigación y/o educación superior y a diez empresas para generar sinergias en torno al aprovechamiento de la energía solar.

Con arranque formal en marzo de 2014, el Cemie-Sol abanderó y apoyó 22 proyectos iniciales, actualmente suman 50; uno de ellos enfocado en el desarrollo de celdas solares orgánicas con participación del GPOM del CIO, que hasta el momento ha generado paneles con una eficiencia energética competitiva a los desarrollos que realizan otros grupos de investigación a nivel mundial.

Para México, el desarrollo de celdas solares orgánicas e híbridas es fundamental no solo para disminuir el consumo de hidrocarburos y la generación de dióxido de carbono, sino para utilizar el gran potencial energético solar que hasta ahora se desaprovecha.

El doctor Elder de la Rosa, director del CIO, plantea en una aportación que la irradiación solar promedio en el territorio nacional es de cinco kWh/m2/día, y con dispositivos fotovoltaicos de 10 por ciento de eficiencia de conversión bastaría utilizar el 0.1 por ciento de la superficie de México para obtener 355 TWh/año, que es mayor al consumo total de energía actual del país, que se ha estimado en 271 TWh/año.

“Si suponemos un incremento en el consumo de energía del tres por ciento anual, tendríamos más de 300 años para explotar al máximo la energía solar disponible. Dicho de otro modo, el sol es sin duda la mayor fuente de energía de que disponemos”, enfatiza.

Celdas solares orgánicas

El doctor José Luis Maldonado Rivera, investigador titular del GPOM, refiere que el trabajo teórico y práctico se está realizando en el CIO con técnicas que se han estado implementado en el GPOM, a través de las cuales se ha posibilitado obtener celdas de varios centímetros cuadrados que, a su vez, fueron interconectadas en serie para incrementar el voltaje, y también conectadas en paralelo para aumentar la corriente.

Resalta que las celdas orgánicas tienen una eficiencia de conversión energética menor a las fabricadas con materiales inorgánicos, como el silicio, y difícilmente podría igualarse, pero se trabaja para hacerlas más eficientes aprovechando sus características, tales como fácil procesamiento, ligereza, bajo costo de elaboración, flexibilidad y potencial transparencia.

Miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), detalla que los paneles solares funcionan bajo el efecto fotovoltaico que consiste en absorber la luz solar y generar electricidad.

Se componen de un material activo depositado entre dos electrodos llamados ánodo y cátodo, colocados en un sustrato como vidrio, plástico o acetato. Cuando reciben la luz solar comienza el proceso de absorción de fotones que generan pares de cargas eléctricas de tipo electrón-hueco, que se conocen como excitones, y que por su naturaleza se pueden disociar. En esta fase, los electrones se dirigen al cátodo y los huecos al ánodo, produciéndose una diferencia de potencial y una corriente eléctrica.

Prototipo del CIO

La innovación desarrollada en el CIO es una muestra clara del potencial de México en tecnologías basadas en materiales orgánicos, considera Maldonado Rivera, quien asegura que se trata del primer panel y prototipo desarrollado en nuestro país producto de la colaboración académica y científica.

El doctor Pérez Gutiérrez señala que hay grupos de investigación en otros países que han obtenido resultados con aplicaciones similares, pero para México lograr este prototipo implica estar a la par no solo de investigación científica sino de desarrollos tecnológicos.

“Al día de hoy, a nivel mundial hay pocas empresas o centros de investigación con prototipos como este, entonces lo que ha logrado el grupo y el CIO es colocarnos a la par no solo para entender los procesos físicos que puedan ocurrir con este tipo de materiales, sino a nivel tecnológico para desarrollar este tipo de tecnologías”, abunda.

Producto de estos trabajos, el centro público de investigación ya ha iniciado trámites de patentes, uno relacionado con los materiales que utilizan, y en el cual ya pasaron el primer filtro, y están a la respuesta del segundo correspondiente a la evaluación.

Además ha establecido contacto con algunas empresas, particularmente una dedicada a las celdas solares basadas en silicio ubicada en Irapuato, Guanajuato, que está interesada en expandir sus desarrollos a celdas orgánicas.

Enlace a la noticia: http://invdes.com.mx/medio-ambiente-mobil/10305-disenan-prototipos-de-paneles-solares-que-alimentan-smartphones-y-pequenos-motores

 

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Madrid + Natural: Adaptación al cambio climático basado en la naturaleza

[Autora: Raquel Portela, ICP-CSIC]

En Ayuntamiento de Madrid ha puesto en marcha un plan de regeneración urbana basado en la naturaleza. El proyecto Madrid+Natural identifica múltiples soluciones de “renaturalización” susceptibles de ser aplicadas mediante pequeñas actuaciones con un elevado potencial de replicación, visionando una red urbana donde las intervenciones propuestas contribuyan en su conjunto a la resiliencia de la ciudad frente al cambio climático, generando un entorno más amable para las personas y más resistente frente a los impactos externos. El presupuesto, millonario, contempla intervenciones en múltiples ubicaciones, entre las que destaca la ribera del Manzanares. Las propuestas de actuación se basan en las siguientes ideas:

Gestión sostenible de las aguas pluviales

Adaptación de los sistemas de drenaje de espacios urbanos a los fenómenos meteorológicos extremos, de frecuencia creciente, mediante soluciones discretas que emulen la infiltración natural de las aguas pluviales, atenuando su volumen y facilitando la absorción de agua de escorrentía que proviene de superficies duras. Los pavimentos permeables y la vegetación son herramientas de transformación del ámbito urbano, una tecnología simple que puede ser fácilmente implementada en zonas actualmente pavimentadas y que, generalizada a la escala urbana, ayuda a hacer frente a condiciones climáticas extremas, a la vez que mejora significativamente el paisaje urbano. La infiltración al terreno favorece que la humedad del suelo sea acorde al ciclo natural del agua, y por tanto el desarrollo de la vegetación urbana, y atenúa el impacto de precipitaciones intensas en la red de drenaje, racionalizando su dimensionamiento y evitando reestructuraciones de mayor coste.

De forma complementaria, la recuperación de los trazados originales de los ríos y la reducción de su canalización puede facilitar la recuperación de riberas, y por tanto de su biodiversidad, y el rediseño de cauces y llanuras fluviales mediante la creación de zonas verdes con superficies permeables permite la formación de áreas inundables. Las áreas temporalmente inundables amortiguan el caudal de agua que llega a la red de drenaje en periodos de precipitaciones intensas, evitando así el colapso de estos sistemas de saneamiento y tratamiento de aguas. La presencia de vegetación ribereña también ayuda a mitigar el impacto de las precipitaciones fuertes.

Renaturalización

Fomento de políticas orientadas a promover, proteger y restaurar los bosques urbanos, que son de gran valor social y ambiental por múltiples funciones. Por un lado son espacios que permiten interactuar socialmente, practicar actividades deportivas y saludables, y acercarse a la naturaleza, escapando un poco del ambiente urbano. Además, proporcionan sombreado y son beneficiosos para la gestión del agua de lluvia y la calidad del aire. Pueden incluso concebirse como estrategias de recuperación de terrenos degradados o vertederos agotados, en línea con otras de las propuestas que consisten en el reaprovechamiento de espacios y solares  vacíos, degradados o en desuso -originados como consecuencia de cambios demográficos o motivos económicos, por ejemplo- en base a principios de bajo coste y baja demanda de mantenimiento. Estas estrategias incluyen, por un lado, el fomento del apoyo de la comunidad local para la revegetación de solares, el ajardinamiento de infraestructuras y el aumento de la vegetación en las calles mediante procesos participativos, que ayuden a superar los desafíos de su gestión y al mismo tiempo reactiven la interacción social y refuercen el sentido de pertenencia en los barrios, aumentando el bienestar. Por otro lado, es importante la elaboración de directrices sobre espacios verdes para las nuevas urbanizaciones y la incentivación de la mejora voluntaria de las estructuras existentes, involucrando a las empresas e instituciones locales en estrategias resilientes de desarrollo que fortalezcan su responsabilidad social, promoviendo el bienestar de las personas y la adaptación al cambio climático.

Las directrices de selección de especies vegetales y técnicas de plantación en estos y otros espacios públicos y privados tendrá en cuenta el impacto de las alergias provocadas por algunas especies vegetales sobre la población y se adaptarán a las condiciones ambientales venideras: períodos de sequía más largos, clima más cálido o lluvias poco frecuentes pero más intensas, marcan las predicciones del escenario de cambio climático. El diseño de espacios verdes en base a especies locales aumenta la diversidad de flora y fauna silvestres y contribuye a preservar hábitats naturales.

Huertos urbanos

Impulsar la agricultura urbana en todo tipo de superficies, optimizando así el uso de espacios públicos y edificios. Ésta práctica, además de acercar la urbe al campo, puede ayudar a crear un sentido de comunidad y pertenencia, incentivar el consumo de alimentos locales, y tener beneficios educativos y terapéuticos si se incluye en escuelas y residencias de mayores.

Actuación sobre el microclima

Diseño de edificios y barrios teniendo en cuenta el potencial de actuación sobre el microclima, especialmente fomentando la humedad y el sombreado estacional. Por un lado, si en el diseño de los espacios urbanos se aumenta el número de fuentes, rociadores u otros elementos de agua se aprovecha su capacidad para reducir las temperaturas y mitigar el efecto “isla de calor”. Imprescindible es el estudio previo de cuál es el uso correcto del agua teniendo en cuenta el consumo de energía, las pérdidas de agua y el mantenimiento para conseguir un efecto positivo en el microclima local con un coste razonable. Por otro lado, las estructuras de sombreado temporales, tanto cubiertas textiles como especies de hoja perenne, contribuyen a mitigar el calor en el verano, principalmente durante las horas más calurosas del día, y maximizan la ganancia de calor solar en invierno, haciendo los espacios públicos más confortables. También aplicar en las cubiertas de edificios pintura blanca reflectante o materiales como la grava reduce significativamente el calentamiento de éstos por radiación solar en los meses de calor, y por tanto el consumo energético y el “efecto isla”. Sin embargo, dado que las cubiertas de los edificios constituyen una gran cantidad de espacio infrautilizado, es muy conveniente también la creación de cubiertas ajardinadas, que facilitan la gestión de las aguas pluviales, mejoran el aislamiento e incrementan la calidad del aire, además de crear hábitats para la biodiversidad. Adicionalmente se pueden emplear las fachadas para hacer jardines verticales, como elementos verdes alternativos que mitiguen la escasez de espacio en superficie, ayudando a mejorar la calidad del aire al tiempo que aislan acústica y térmicamente los edificios. Sin embargo su mantenimiento es costoso, las soluciones económicas requieren una cuidadosa selección de las especies vegetales que las componen.

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