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Proceso TriVersa: un paso adelante para optimizar el rendimiento de la biorrefinería lignocelulósica

La biomasa lignocelulósica puede fraccionarse en sus principales componentes para sustituir a los productos químicos derivados del petróleo usados actualmente en la vida diaria. Sin embargo, es necesario obtener un elevado rendimiento de aprovechamiento para que el proceso sea sostenible económica y ambientalmente. En este ámbito, un novedoso proceso de biorrefinería propuesto recientemente por el grupo del profesor J.A. Dumesic, denominado proceso TriVersa, plantea una estrategia integral de conversión de una biomasa tipo (en concreto, el abedul de papel) que permite valorizar hasta un 80% de la materia prima de partida obteniendo productos útiles con salida real en el mercado.

Autor: [Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos]

El grupo del Prof. James A. Dumesic, de la Universidad de Wisconsin-Madison, EE.UU., es uno de los grupos punteros a nivel mundial en el ámbito de la catálisis heterogénea aplicada a la producción sostenible de biocombustibles y bioproductos (obtenidos a partir de biomasa vegetal, principalmente de tipo lignocelulósico). Recientemente han desarrollado un proceso de fraccionamiento secuencial que maximiza la conversión de la biomasa lignocelulósica (hasta un 80%) dando lugar a productos comercializables, abriendo de este modo la puerta a un proceso comercial de biorrefinería lignocelulósica económicamente viable. Dicho método de fraccionamiento preserva el valor de los tres componentes primarios (Figura 1): (i) celulosa, que es convertida en pulpa de papel para la producción de fibras y compuestos químicos; (ii) hemicelulosa, que es convertida en furfural (molécula plataforma); y (iii) lignina, que es convertida en productos carbonosos (espuma de carbón, fibra de carbono o ánodos de batería). En global, el proceso permitiría obtener unos ingresos de más de 500 dólares por tonelada seca de biomasa. Adicionalmente, una vez que la tecnología se haya asentado y haya reducido los riesgos iniciales de inversión, puede extenderse fácilmente a otros bioproductos y biocombustibles, tales como azúcares fermentables, bioetanol, biocombustibles avanzados, productos químicos especializados, etc. Esto facilitaría el desarrollo del concepto de biorrefinería lignocelulósica renovable integrada de un modo competitivo con una refinería de petróleo actual.

Figura 1. Proceso TriVersa aplicado a abedul de papel.

La clave del proceso es la eficacia y alto rendimiento del fraccionamiento de la biomasa en sus componentes individuales, preservando el valor de cada una de las fracciones. Este fraccionamiento es posible gracias al uso de γ-valerolactona (GVL), un disolvente renovable y sostenible derivado de la propia biomasa, que ha demostrado propiedades favorables en el procesamiento de la biomasa lignocelulósica. El empleo de GVL como disolvente ofrece ventajas únicas en virtud de sus propiedades fisicoquímicas, y resuelve los problemas típicos asociados al fraccionamiento de este tipo de biomasa, tal como una alimentación en continuo de biomasa (debido a la baja presión de vapor de la GVL), una alta carga de biomasa (debido a la elevada solubilidad de la lignina y los azúcares en mezclas GVL/agua), un fraccionamiento limpio de los componentes (debido al uso de condiciones de proceso moderadas), y la capacidad de procesar eficazmente las corrientes con disolvente, lo que minimiza el uso de operaciones de separación que incrementan los costes. Además, la GVL puede producirse a partir de biomasa en el mismo proceso para compensar las pérdidas, haciendo que el proceso sea de ciclo cerrado. La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de la estrategia de biorrefinería propuesta para integrar las corrientes de productos de la biomasa usando GVL como disolvente.

Figura 2. Diagrama de flujo del proceso TriVersa.

 Según el proceso TriVersa, 1000 kg de biomasa seca pueden convertirse en 402 kg de celulosa, 156 kg de precursor de lignina para espuma de carbono de alta pureza y 138 kg de furfural (Figura 1). Estos rendimientos corresponden a la conversión de prácticamente un 70% de la masa inicial y >75% del contenido en carbono en productos de valor añadido (Figura 3). El rendimiento final de celulosa tras el tratamiento de blanqueo es similar a otras tecnologías convencionales (como el proceso Kraft o el de sulfitos). La fácil separación de la lignina y la hemicelulosa usando como disolvente GVL da lugar a una celulosa con una calidad de pasta de disolución. Las propiedades de esta celulosa (con un contenido de hexosas >96%, viscosidad CED de 5 a 15 cP, número Kappa <20) son similares a las de otras pulpas de disolución comerciales, lo que indica que este material es adecuado para la producción comercial de textiles (p.ej., rayón) y otros derivados de celulosa de valor añadido. Por otra parte, la cantidad de biomasa convertida aprovechada puede aumentar hasta el 80 wt% si se recuperan los subproductos ácidos: ácido acético (66 kg por tonelada de biomasa seca), ácido fórmico (27 kg) y ácido levulínico/HMF (10 kg). Considerando el proceso global, los rendimientos de valorización son significativamente más altos que los obtenidos con otras tecnologías de biorrefinería, como la producción de etanol celulósico (228 kg de etanol por tonelada, 22,8 wt%) o la operación de un molino de papel típico (de 400 a 500 kg por tonelada de biomasa), y similares a los obtenidos en procesos que se quedan en productos intermedios, tales como azúcares.

 

 

Figura 3. Diagrama de Sankey del proceso integrado.

El principal reto de este proceso es controlar las pérdidas de disolvente. Aunque la GVL es estable en las condiciones de reacción y es de esperar que se produzcan pérdidas mínimas de disolvente por degradación o interacciones con moléculas derivadas de la biomasa, el trabajo experimental desarrollado por el grupo de Dumesic ha identificado otras pérdidas de disolvente en la salida de productos y en las etapas de lavado y procesado. En este sentido, se puede recuperar una cantidad significativa de GVL lavando la lignina con agua. Aunque esta etapa requiere energía adicional para recuperar la GVL, el coste del tratamiento del agua residual es reducido. En este escenario, las pérdidas de GVL se pueden reducir a tan solo 20 kg por tonelada de biomasa, o menos del 3% de los productos finales. La cantidad de GVL de reposición necesaria puede reducirse si tanto el ácido levulínico como el hidroximetilfurfural (HMF) producidos en el proceso (unos 10 kg por tonelada de biomasa) son convertidos a GVL por hidrogenación.

 Referencia:

Science Advances 2017, Vol. 3, no. 5, e1603301.

Increasing the revenue from lignocellulosic biomass: Maximizing feedstock utilization

David Martin Alonso, Sikander H. Hakim, Shengfei Zhou, Wangyun Won, Omid Hosseinaei, Jingming Tao, Valerie Garcia-Negron, Ali Hussain Motagamwala, Max A. Mellmer, Kefeng Huang, Carl J. Houtman, Nicole Labbé, David P. Harper, Christos T. Maravelias, Troy Runge, James A. Dumesic 

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La primera planta en EE.UU. para la producción de biocarburantes a partir de resíduos sólidos urbanos llevará el sello de Abengoa

Abengoa, una de las principales empresas que hicieron realidad la comercialización de etanol de celulosa, regresa al sector de los biocarburantes para participar en la construcción de la primera planta de EE.UU. que convertirá los residuos sólidos urbanos en biocombustibles para la aviación.

Autor: [Antonio D. Moreno – CIEMAT]

Tras recibir la notificación oficial por parte de las autoridades estadounidenses, Abengoa se encuentra en disposición de comenzar la construcción de esta nueva planta –por encargo de la empresa Fulcrum BioEnergy– en el estado de Nevada. Además de la construcción y puesta en marcha del proyecto, la empresa española será responsable de la ingeniería y el diseño de la planta, que tiene previsto producir unos 35-40 millones de litros de combustible para la aviación a partir de basuras. Este contrato supone para la compañía una oportunidad importante de afianzar su posicionamiento en un sector en continuo crecimiento, y cuya demanda en biocombustibles seguramente se verá incrementada en los próximos años ante la perspectiva de aumento en los niveles atmosféricos de CO2.

Además de la obtención de biocombustibles, otro de los principales puntos fuertes del proyecto radica en la utilización de los residuos sólidos urbanos como material de partida, hecho que garantiza una mejor gestión de estos residuos inherentes a la actividad humana, evitando su acumulación en vertederos o su incineración y reduciendo por tanto su impacto medioambiental.

En cuanto a la tecnología de conversión que utilizará la planta de Fulcrum BioEnergy, cabe destacar el papel fundamental de los resultados obtenidos en el proyecto “Waste 2 Biofuels” desarrollado en Babilafuente (Salamanca, España), donde además de transformar la fracción orgánica en biocombustibles se realiza una separación y clasificación del resto de los componentes de las basuras (como los plásticos, hierros o aluminios), lo que facilita su aprovechamiento y reciclado. Estos resultados sentaron las bases que situaron a Abengoa en una posición privilegiada para encarar la tarea encomendada y han contribuido a su vez al diseño de un modelo preliminar que permita minimizar los riesgos que puedan surgir durante la construcción de la planta final.

Más información:

[1] https://www.energias-renovables.com/biocarburantes/abengoa-renace-entre-los-biocarburantes-con-un-20171109

[2] https://www.biobasedworldnews.com/abengoa-embarks-on-us-first-with-the-construction-of-bio-jet-fuel-plant-in-nevada

[3] http://www.abengoabioenergy.com/web/es/nuevas_tecnologias/tecnologias/planta_babilafuente/waste_to_biofuels/

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Escuela del invierno del proyecto NESTER


Autor: Rocío Bayón, CIEMAT

Entre los días 6 y 16 de noviembre de 2017 tuvo lugar en la sede del Instituto de Chipre (Cyprus Institute, CyI) en Nicosia la segunda escuela de invierno organizada dentro del marco del proyecto europeo NESTER (Networking for Excellence in Solar Thermal Energy Research, G. A. Nº.692259.) [1].

El principal objetivo del proyecto NESTER [2] es mejorar el desempeño del Instituto de Chipre en términos de innovación científica en el campo de la energía solar térmica de concentración. Esta mejora se pretende alcanzar integrando las actividades de este instituto en una red de excelencia que proporcionará acceso a los conocimientos desarrollados en instalaciones más avanzadas, formando a su personal científico y técnico y ligándolo a la industria europea. La sustancial inversión tanto hecha como planificada por el CyI en términos de infraestructura y personal será más eficiente y competitiva pudiendo así alcanzar la excelencia internacional.

La localización geopolítica de Chipre ofrece excelentes oportunidades para desarrollar un nicho de investigación y desarrollo dentro de las tecnologías solares. Sin embargo, la lejanía con los correspondientes centros de excelencia europeos en este campo supone un gran impedimento. En este sentido la propuesta del NESTER pretende reforzar las ventajas y mejorar las desventajas de esta situación geográfica.

La red del proyecto NESTER incluye a cuatro instituciones que son líderes en campo de la investigación en energía solar como son CIEMAT, ENEA, PROMES/CNRS y RWTH – Aachen. Todas ellas poseen un elevado conocimiento en este campo además de operar algunas de las instalaciones más importantes del mundo. La mejora de las capacidades y el status del CyI resultante de este proyecto se traducirían positivamente en un desarrollo en la economía del conocimiento de Chipre. Así mismo, mejoraría la posición de Chipre como un importante actor en la investigación científica aplicada entre Europa y las regiones de Oriente Próximo y Norte de África.

La propuesta de actividades dentro del programa del proyecto NESTER comprende actividades de formación y transferencia de conocimiento, seminarios y eventos para establecer contactos entre socios europeos y del EMME, escuelas de verano e invierno así como eventos de carácter público. Todo diseñado para asegurar la sostenibilidad, la evolución y la continuidad de las actividades incluyendo la cooperación entre los socios más allá de la finalización del proyecto el cual tiene una duración de tres años.

La segunda escuela de invierno del proyecto NESTER sobre tecnologías de energía solar térmica de concentración ha estado dirigida tanto a investigadores en fase de iniciación como a investigadores con cierta experiencia que quieran desarrollar habilidades en una nueva área de investigación. En este sentido la escuela ha ofrecido una visión general de dichas tecnologías de concentración en la primera semana mientras que en la segunda semana se ha tratado una temática más específica, que en esta edición ha sido el almacenamiento térmico. Así pues durante la segunda semana se ha profundizado en los distintos tipos de almacenamiento térmico (sensible, latente y termoquímico) tanto desde el punto de vista de los materiales como los sistemas así como desde el punto de vista de la integración de los mismos en las centrales termosolares. En todos los casos se ha mostrado el estado actual de desarrollo e implantación comercial así como las tendencias en investigación de cara al futuro.

Para el desarrollo de todos los contenidos del curso se ha contado con la participación de investigadores expertos de los distintos centros de investigación europeos socios en este proyecto así como personal del CyI. Por parte del CIEMAT han asistido la Dr. Esther Rojas y la Dr. Rocío Bayón como ponentes expertas en almacenamiento térmico las cuales han impartido varias clases relacionadas con esta temática.

En cuanto al número de participantes, se ha contado con unos 20 alumnos procedentes en su mayoría de países del Mediterráneo (Egipto, Jordania, Marruecos, España, Grecia, Chipre) aunque también ha habido alumnos de países como Chile y Australia. Esto demuestra el gran interés que suscita este tipo de actividades de formación relacionadas con la energía solar de concentración no sólo en los países del Mediterráneo sino en el resto del mundo.

[1] http://nester.cyi.ac.cy/index.php/schools/2017-school

[2] http://nester.cyi.ac.cy/

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Señales de alerta: las emisiones globales de CO2 se prevé que aumenten este año tras tres años estancadas

Las emisiones de CO2 provocadas por los combustibles fósiles y la industria suponen el 90% de las emisiones globales de CO2 asociadas a las actividades humanas. En los últimos tres años (2014-2016) el nivel global de emisiones de CO2 se mantuvo estable a pesar del aumento del crecimiento económico en esos años. Elementos positivos, como el menor uso del carbón en China, las mejoras en la eficiencia energética y el mayor uso de energías renovables como la solar o la eólica han contribuido a la estabilización en las emisiones de CO2. Sin embargo según un estudio publicado por investigadores del Global Carbon Project [1] se estima que las emisiones de CO2 vuelvan a aumentar en el año 2017 alrededor de un 2% respecto de los valores del año 2016 alcanzando un record de 36.8 Gt de CO2 emitidas a la atmósfera.

Autor: Rufino M. Navarro Yerga- Instituto de Catálisis y Petroleoquímica

La temperatura global de la tierra continúa en aumento. Los cinco años con mayor temperatura global se han alcanzado a partir de 2010 y 16 de los 17 años más calurosos se han registrado desde el año 2000. En este sentido es prioritario reducir las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a las actividades industriales y territoriales de los seres humanos. Mientras las temperaturas globales continúan en aumento, la estabilización de las emisiones de CO2 observada en los años 2014-2016 parece que llega a su fin ya que para el año 2017 se prevé que las emisiones vuelvan a aumentar (Figura 1). En el periodo 2014-2016 se observó un desacoplamiento entre la curva de crecimiento económico y el de emisiones de CO2 (Figura 1) producido por las mejoras en la eficiencia energética, el menor uso del carbón y el mayor uso de renovables. Sin embargo para el año 2017 las proyecciones para las emisiones de CO2 apuntan a un aumento del 2% respecto de las alcanzadas en 2016 con un valor record de emisiones de 36.8 Gt de CO2. Si a esa cifra se le suman el resto de emisiones de CO2 causadas por otras actividades humanas como la deforestación, 2017 se saldaría con un valor total de emisiones de 41 Gt de CO2.

 

 

Figura 1. Emisiones globales de CO2 a partir de combustibles fósiles e industria en el periodo 1990-2017 (los puntos rojos se corresponden a los datos para el año 2017) [1]

Los autores del trabajo indican que el aumento de las emisiones en 2017 está asociado a una mejora de la economía global que ha significado mayor producción de bienes que son los que acarrean más emisiones.  El mayor uso del carbón, petróleo y gas natural en China (un 3%. 5% y 12% respectivamente más que en 2016) junto con su menor generación hidroeléctrica es fundamental en el resultado global de emisiones en 2017 ya que este país es el responsable del 28 % de las emisiones globales de CO2. La reducción prevista para el año 2017 en las emisiones de CO2 en EEUU (-0.4%) y  en la Unión Europea (-0.2%) no son suficientes para compensar los aumentos producidos en China, India y el resto del mundo cuyas emisiones suman el 40% del global  y que se estiman que aumenten un 2.3%.

Con las previsiones de crecimiento económico para el año 2018 (2.9% según el Banco Mundial, el mayor crecimiento desde 2011) y con unas emisiones anuales globales de CO2  del orden de 41 Gt anuales,  el tiempo de respuesta para conseguir no alcanzar el límite de 2ºC de incremento de temperatura como recoge el acuerdo de Paris empieza a agotarse y es crítico. Los mismos autores plantean que lo fundamental es que las emisiones toquen techo cuanto antes y nada que no sea un descenso rápido y profundo de la decarbonización de la economía podría evitar alcanzar con el ritmo actual de emisiones superar el límite de calentamiento de 1.5ºC en un tiempo tan corto como una década y superar el calentamiento de 2ºC tan sólo unas pocas décadas después.

Más Información

[1] R-B. Jackson, C. Le Quere, R.M. Andrew, J.G. Canadell, G. P. Peters, J. Roy, L. Wu, “Warning sings for stabilizing global CO2 emissions” Environmental Research Letters, 12 (2017) 110202

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Transparencia y Eficiencia en la gestión de la I+D, ¿son atributos incompatibles en España?

Autor: Eduardo Zarza-CIEMAT

Los Blogs que he escrito anteriormente dentro del marco del Proyecto ALCCONES han tenido un claro contenido científico o técnico, pero este que escribo ahora es más una reflexión en voz alta sobre la gestión de la I+D que en España se hace actualmente desde la Administración. El actual Gobierno mostró desde su nombramiento una especial atención y compromiso por evitar que en el ámbito de la Administración Pública pudieran darse casos de corrupción o uso indebido de los fondos públicos.

Esta preocupación del actual Gobierno es muy comprensible dada la larga sucesión de casos de uso indebido de fondos públicos que han ido salpicando a múltiples entidades públicas, especialmente ayuntamientos, gobiernos regionales, diputaciones y partidos políticos. Pero la forma en que dicha preocupación se ha plasmado en medidas concretas dentro del ámbito científico español ha sido, en mi opinión, muy desafortunada, pues ha originado situaciones difícilmente entendibles desde la perspectiva de una eficiente gestión de los recursos de I+D en España.

Las medidas implantadas por el actual Gobierno durante los dos últimos años se han cebado especialmente en los Organismos Públicos de Investigación (OPIS), algo extraño a la vista que los casos de corrupción y uso indebido de medios públicos que han llegado a la opinión pública han ocurrido en otros ámbitos muy diferentes de la esfera pública, como todos sabemos. El afán del actual Gobierno por garantizar la transparencia en el uso de los fondos públicos y la aplicación de procedimientos que garanticen un uso correcto de los mismos ha llevado a situaciones que podríamos definir como irracionales si nos ceñimos a la definición de “irracional” dada por el diccionario de la RAE (dícese de lo que es absurdo o que no obedece a la razón). Ningún calificativo mejor que “absurdo” puede emplearse para definir a los procedimientos implantados en los OPIS durante los últimos años. Tan absurdos que son incompatibles en muchos de los casos con la propia naturaleza de las actividades que debe desarrollar el OPI. Como ejemplo, podemos citar el hecho que los proyectos europeos plurianuales con financiación de la Comisión Europea tienen que ser llevados a cabo bajo el marco de las normas de los Presupuestos Generales del Estado (PGE), que están diseñadas y pensadas para ejecuciones que no superan el ámbito temporal de un año. Esto provoca situaciones tan absurdas como que los pagos por adelantado que reciben los OPIS de la Comisión Europea para los proyectos plurianulaes, con la finalidad de cubrir sus costes durante aproximadamente los dos primeros años del Proyecto, tienen que ser gastados dentro del mismo año en que son recibidos por el OPI, porque los fondos remanentes a fecha de 31 de diciembre dejan de estar disponibles contablemente el 1 de enero del año siguiente, impidiendo de este modo la continuidad del Proyecto. El resultado de esto es claramente negativo y pernicioso, por las siguientes razones:

  • la financiación plurianual obtenida de la Comisión Europea no puede ser gastada, y por consiguiente se pierde la generación de empleo e inversiones que habría conllevado su gasto,
  • el dinero no gastado no ayuda a reducir el déficit público del Estado Español, pues el dinero no gastado tiene que ser devuelto a Bruselas por el OPI
  • los retrasos, y a veces cancelación del proyecto, originados por no poder disponer de las subvenciones recibidas de la Comisión Europea, merman la credibilidad del OPI frente a los socios del proyecto que se han visto perjudicados por los retrasos, e incluso a veces cancelación, del proyecto.

Hay centros públicos de I+D dependientes de OPIS, como es el caso de la Plataforma Solar de Almería, que se ven imposibilitados para poder realizar las actividades y proyectos que como Instalación Científico Técnica Singular (ICTS) deben llevar a cabo, pues las normas impuestas por el Gobierno son incompatibles con proyectos plurianuales que cuentan con una importante financiación de Bruselas. Como consecuencia de esto se está produciendo un rápido declive en la relevancia internacional de estos centros, perdiendo su excelente posicionamiento en el sector y echando por tierra el gran esfuerzo realizado por sus investigadores durante muchos años.

La irracionalidad de los procedimientos implantados por el actual Gobierno lleva a multitud de circunstancias que resultarían increíbles si no fuera porque están sucediendo. Un ejemplo concreto: se prohíbe que los propios Gabinetes Jurídicos de los OPIS tramiten Acuerdos de poca relevancia, como son los Acuerdos de Cooperación Educativa, mediante los cuales se realizan intercambios de investigadores o cortas estancias de estudiantes e investigadores en otros centros. Este tipo de Acuerdos, que no tiene contenido económico alguno y solo contiene cláusulas donde se define la duración de la estancia, finalidad y el compromiso del estudiante o investigador a mantener, cuando sea necesario, la debida confidencialidad sobre los datos a los que tenga acceso durante su estancia, ya no puede ser tramitado por los Gabinetes Jurídicos de los propios OPIS, teniendo que ser tramitados a través de la Abogacía General del Estado, lo que implica periodos de tramitación y esfuerzos que resultan desproporcionados si se tiene en cuenta la poca relevancia de este tipo de Acuerdos.

Los ejemplos puestos de manifiestos anteriormente son solo una mínima muestra de los procedimientos irracionales implantados por el actual Gobierno en los OPIS, los cuales se ven abocados a la irrelevancia por no poder realizar los proyectos comprometidos, ni hacer frente a sus compromisos.

Todo esto parece poner de manifiesto que las nuevas normas implantadas por el actual Gobierno en los OPIS con el fin de asegurar una gestión transparente ha conducido a una situación altamente ineficiente debido a la torpeza que se ha exhibido a la hora de diseñar e implantar dichas medidas, porque son claramente incompatibles con la propia naturaleza de un OPI que aspire a tener relevancia internacional.

Afortunadamente, ni las Universidades, ni el propio CSIC han sido víctimas de esta torpeza, pues ellos no están sujetos a las normas de los Presupuestos Generales del Estado. Tal vez este sea el principal problema: los actuales OPIS representan una parte pequeña de la Ciencia en España, y esta circunstancia hace que este mal que están padeciendo no sea un tema prioritario para los políticos.

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Las Biorrefinerías como elemento estratégico de la bioeconomía en España

Se presenta el ‘Manual sobre las Biorrefinerías en España” que han elaborado conjuntamentelas Plataformas Tecnológicas Españolas de la Biomasa – BIOPLAT – y de Química Sostenible – Suschem-España.

Autor: Alberto González  -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT

Las Plataformas Tecnológicas Españolas de la Biomasa – BIOPLAT – y de Química Sostenible – Suschem-España han presentado el ‘Manual sobre las Biorrefinerías en España” que han elaborado conjuntamente. En él se subraya la importancia de la biomasa como elemento coadyuvante necesario para alcanzar los objetivos energéticos y medioambientales presentes y futuros, destacando el papel vertebral de las biorrefinerías como elemento estratégico de la bioeconomía en España así como en la economía circular.

Una vez conocida la diversidad y enorme cantidad de recursos biomásicos de todo tipo (agrícolas, forestales, ganaderas, industriales y residuos orgánicos municipales) con los que cuenta España, se definen los procesos de transformación o valorización que pueden llevarse a cabo sobre los mismos en las biorrefinerias y se exponen los tipos de biorrefinerias que serían susceptibles de ser desarrollados en España. La posibilidad de apostar por la valorización de estos recursos autóctonos, creación de nuevos modelos productivos de alto valor añadido la dinamización del medio rural, así como las iniciativas privadas junto con las estrategias de economía circular seguidas en las políticas marcadas por la Comisión Europea enmarcan un contexto favorable para el impulso de las biorrefinierias como elemento clave para fomentar la estrategia de bioeconomía.

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Incendios

Autora: Raquel Portela, ICP-CSIC

La ciencia ha empezado a romper mitos y a deshacer medias verdades sobre los incendios forestales.

Los incendios siempre han existido y existirán, no es posible impedirlos, pero no necesariamente tienen que ser un desastre ecológico: la naturaleza sabe sobreponerse a un régimen de incendios sostenible, es decir, con la frecuencia, intensidad y estacionalidad a los que se ha adaptado durante su evolución; es más, el fuego es admitido hoy día por la comunidad científica como un factor ecológico más. Sin embargo los incendios han empezado a ser en algunas regiones recurrentes, muy intensos y de propagación descontrolada: no sostenibles. Sus consecuencias son cada vez más catastróficas y han dejado de ser una emergencia estrictamente rural para pasar a tener un gran impacto en la sociedad. De esto en el noroeste peninsular sabemos. Como ejemplo, la ola de incendios en 2006 en Galicia, que arrasó cerca de 85.000 hectáreas y la vida de 4 personas; o la de este reciente puente del Pilar en Galicia y Portugal, de la que todavía estamos viendo las consecuencias, pero ha habido y habrá muchos más ejemplos.

Las causas del problema: la intervención humana.

Para que se produzca un incendio es necesaria la ignición y la propagación del fuego. El ser humano, desde siempre, está en el origen de la mayoría de los focos. Según el informe realizado por la Fiscalía Superior de Galicia en 2007, uno de los pocos estudios serios existentes en la región, casi todos los autores de fuegos actúan en solitario, el 84% de las veces en su misma localidad, y se pueden clasificar en pirómanos (causan sólo el 7% de los fuegos), imprudentes (en torno al 25%), e incendiarios (en torno al 70%). Los incendios intencionados tienen su origen principalmente en prácticas tradicionales inadecuadas, aunque también con frecuencia carecen de un sentido definido, o pretenden obtener beneficio o causar perjuicio, en este orden). No parece que haya tramas organizadas, aunque no se descartan los posibles intereses de algunos grupos o sectores económicos. Lo que es reseñable es que la incidencia ambiental es cada vez más preocupante debido a dos aspectos relacionados con la actividad humana que favorecen la propagación: en primer lugar, que a las características de nuestro clima, en el que la época del año más cálida y la más seca coinciden, ahora se suman los efectos constatados del cambio climático: disminución de las precipitaciones en primavera (Galicia está en prealerta de sequía desde enero de este año), entrada más temprana y frecuente de olas de calor, etc. a los que quizá se podría añadir fenómenos antes casi inéditos, como ha ocurrido en estos días con la llegada, aunque sea de refilón, de la inoportunaOphelia (aunque no se ha constantado que cambios recientes en la frecuencia o intensidad de huracanesse puedan vincular al cambio climático). En segundo lugar, debido al progresivo abandono del medio rural y la actividad agraria y a la escasa gestión forestal la superficie arbolada crece de manera imparable, de modo que el combustible se acumula y cada vez más cerca de núcleos habitados.

¿La solución?

Con el éxodo rural de los años 50 aparecen por primera vez en décadas paisajes continuos, y con ellos los primeros grandes incendios (1ª generación), que se atacan con los primeros retenes y cortafuegos. La paradoja del fuego consiste en que el éxito de los programas de extinción implica un aumento en el número de incendios por la acumulación de biomasa. Con la continua acumulación de combustible proliferan incendios que son ya continuos e intensos (2ª generación) y dan lugar a la profesionalización, especialización y diversificación de los medios de respuesta en los años 70 y 80. La 3ª generación aparece en los 90, incendios grandes con focos secundarios masivos y velocidades extremas. Con la aparición dela interfase urbano-rural se constituye la 4ª generación, y la 5ª la conforman las olas de grandes incendios simultáneos que se producen últimamente, megaincendios que colapsan los operativos de extinción y ponen en riesgo la vida de los operarios.

El debate sobre cómo gestionar el fuego está abierto. La prevención, predicción y extinción de incendios son tareas complejas y costosas, y parece que serán un reto cada vez mayor. Invertir en apagar llamas sin atender a la gestión forestal es ineficiente, y la estacionalidad de los dispositivos especiales es más que cuestionable cuando los días de riesgo, también llamados de factor 30 (temperaturas superiores a 30 grados, humedad relativa por debajo del 30% y viento a más de 30 km/h) son cada vez más frecuentes y en épocas más alejadas del verano. En cualquier caso, parece evidente que es necesario un enfoque que integre políticas de prevención basadas en la propia ecología del fuego y la gestión territorial y dispositivos de prevención y extinción estables, profesionalizados y coordinados a varios niveles.


Para consultar:

Investigación y divulgación científica:

- Decálogo de incendios forestales. Fundación Pau Costa (FPC).

- 10 ideas básicas sobre incendios forestales. Colegio Oficial de Ingenieros de Montes.

- FuegoLab. Bitácora sobre incendios forestales.

- RealClimate. Climate science by climate scientists.

- Incendios Forestales. Una visión desde la ecología. Pausas J.G. 2012. Catarata-CSIC.

- Socio-geographic analysis of the causes of the 2006’s wildfires in Galicia (Spain).  Balsa-Barreiro, J; Hermosilla, T. 2014. Forest Systems 22 (3): 497-509.

Global Wildfire Information System (GWIS): visor con información mundial sobre incendios

 

Divulgación documental:

- Arde Galicia.  A Caixa Negra, TVG, 2006.

- Incendios forestales, detrás del objetivo. Pedro Armestre para Greenpeace, 2010.

- Queimar o Monte. Walkie Talkie Films, 2012.

- La huella del fuego. Crónicas, RTVE, 2016.

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SOLAR-JET: un proyecto de síntesis de keroseno a partir de agua y CO2

Autor: J.L.G. Fierro, Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC, Cantoblanco, 28049 Madrid

En el proyecto SOLAR-JET, financiado por el 7PM de la Unión Europea se abordó la producción de combustible sintético de aviación utilizando agua y CO2 como materias primas en un proceso termoquímico de alta temperatura acoplado a un equipo Fischer-Tropsch de síntesis de hidrocarburos. Si bien el producto obtenido es una mezcla de hidrocarburos, la fracción de keroseno con una densidad de energía elevada resulta particularmente atractiva. El análisis del ciclo de vida proporcionó una emisión de gases de efecto invernadero de 0.49 kg de CO2 por litro, cifra que contrasta con 3.03 kg CO2 por litro que produce el combustible convencional.  El vapor de agua y el dióxido de carbono (CO2) pueden convertirse en un combustible solar termoquímico mediante el uso de energía solar térmica a muy elevada temperatura. En un estudio reciente se ha analizado la producción de este combustible y se encontró que, bajo condiciones apropiadas de reacción, el coste del combustible  líquido resulta del orden de 1.28 Euros por litro, con producción simultánea de gases de efecto invernadero próxima a cero. Si bien el producto obtenido es una mezcla de hidrocarburos, resulta particularmente atractiva la fracción de keroseno con una densidad de energía elevada.

En la  actualidad el transporte utiliza combustibles derivados mayoritariamente del petróleo los cuales tienen un impacto ambiental negativo. Otras opciones como la electricidad y el hidrógeno podrían ser portadores de energía alternativos para automoción, pero para aviación no resultan adecuados ya que no reúnen el requerimiento de elevada densidad de energía y potencia. Por esta razón, tanto el keroseno derivado del petróleo como el sintético son las opciones del combustible para aviación. Los biocombustibles utilizados como sustitutos del keroseno son todavía bastante caros y la tierra utilizada para cultivar las plantas que los producen compite con la que se utiliza para producir semillas utilizadas en alimentación. Puesto que este proceso permite obtener un combustible de aviación de forma segura, sostenible y escalable, puede hacer que la industria de aviación europea adquiera una posición de ventaja en el mercado global.

Los equipos que han participado en el programa SOLAR-JET combinaron las competencias necesarias para realizar los objetivos entre los que cabe mencionar un simulador solar de flujo elevado, el estado del arte de la simulación del proceso y el software apropiado para reducir el número de experimentos, así como la unidad Fischer

 

Figura 1. Diagrama de bloques el proceso combinado de producción de combustible de aviación sintético a partir de agua y CO2.

Tropsch de producción de keroseno por primera vez. En la Figura 1 se presenta un esquema simplificado del proceso completo. El keroseno sintético puede usarse como mezcla al 50% con la fracción obtenida a partir de petróleo. Si bien se ha estimado que el keroseno producido en el proceso solar termoquímico-FT tiene un impacto ambiental menor que el derivado del petróleo, se ha realizado un análisis del ciclo de vida y de las emisiones de gases de efecto invernadero del combustible. Para ello se consideró una planta teórica capaz de producir 1000 barriles por día (30 galones por minuto), instalada en una región que recibe 2500 kW/m2 de energía solar, sin aporte de calor o electricidad y utilizando CO2 del aire y agua de mar. El análisis del ciclo de vida proporcionó una emisión de gases de efecto invernadero de 0.49 kg de CO2 por litro, cifra que contrasta con 3.03 kg CO2 por litro que produce el combustible convencional.  

Referencia   

[1]        http://www.solarjet.aero 2

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El pueblo que se alimenta de todo

En Olot (Girona) un sistema de energía geotérmica, fotovoltaica y de biomasa nutre a una decena de edificios del centro

Fuente: El país (09/10/2017). Isabel Valdés

https://elpais.com/economia/2017/10/03/actualidad/1507040753_227608.html

Olot no se levantó en cualquier sitio. Lo hizo en medio de cráteres y conos volcánicos, hayas,encinas, alcornoques y robles; en medio del Pirineo Oriental, en el punto central de los 120 kilómetros cuadrados que ocupa el Parque Natural de la Zona Volcánica de la Garrocha. Mucho tiene que ver toda esa exuberancia verde que la rodea para que acabara convertida en el único lugar de España con un sistema de trigeneración de energía —geotermica, fotovoltaica y de biomasa, esta última de kilómetro cero proporcionada por empresas cercanas— que proporciona calor, frío y electricidad a varios edificios en el centro de la ciudad.

Allí, en el casco histórico de esta población de Girona de 34.000 habitantes, con huella modernista y sede del mejor estudio de arquitectos del mundo, el antiguo Hospital de Sant Jaume ha pasado de tener paritorios a dos salas de acumulación de biomasa con dos calderas que alcanzan los 450 y 150 kilovatios de potencia, tres bombas geotérmicas de sesenta kilovatios, placas solares fotovoltaicas y dos acumuladores de agua caliente de 20.000 litros. Se ha convertido en la central de la red de climatización de este distrito inteligente, puesta en marcha por Gas Natural Fenosa y Wattia Innova, que se extiende a algunos comercios y edificios públicos. Una apuesta que, según Josep Maria Corominas, el alcalde, es el camino por el que las administraciones deberían ir: “Son proyectos que no solo hacen ilusión, sino que son un reto, suponen un ahorro energético y monetario importante para todos y son imprescindibles para el entorno”.

Las residencias geriátricas Montsacopa, Sant Jaume y La Caritat, el Mercado, el Museo Comarcal de la Garrotxa, la Oficina de Turismo, el edificio multiusos Can Monsà, sede de la Fundación de Estudios Superiores, entre otros organismos, son los inmuebles que gozan del suministro de renovables. “Además del centro donde nuestros abuelos van a bailar, una tienda Mango y un Abacus (cooperativa de venta de material escolar). Todo funciona con estos tipos de energía y un control automático que permite suministrar frío, calor y electricidad de la forma más eficiente. A través de sus 1.800 metros de red llega a dar servicio a 40.000 metros cuadrados”, explica Francesc Comino, director general de Wattia, la empresa de eficiencia energética y especializada en automatización de edificioscon la que Gas Natural Fenosa contó para el proyecto.

Ángel Gonzalo, responsable del proyecto de la energética en Olot, recuerda cómo comenzó todo a través de una licitación del consistorio, coincidiendo con las obras que iban a comenzar en la plaza del Mercado y en cuyo subsuelo acabaron excavando 24 pozos geotérmicos. “La cosa había empezado incluso antes, con el EspaiZero”, apunta Comino, el director de Wattia. El EspaiZero fue el primer centro de trabajo estatal autosuficiente energéticamente, terminado en 2013 y prueba de que se puede funcionar, también en espacios propiedad del Estado, sin ningún tipo de energía externa. “Cuando llegó la remodelación del mercado de Olot, empezó a florecer la idea de aprovechar esas obras para crear algo parecido al EspaiZero. Y así fue como nació el germen de este District Heating and Cooling Multienergía de Cataluña”.

El Ayuntamiento de Olot arrimó el hombro institucional, Wattia el conocimiento del entorno y la tecnología, y Gas Natural Fenosa la financiación: 1,7 millones de euros en una concesión a 15 años. El proyecto, incluido en el Plan de Energía y Cambio Climático de Cataluña 2012-2020, supondrá un ahorro anual de emisiones de cerca de 750 toneladas de CO2 y una reducción de la factura energética de los edificios municipales incluidos en el proyecto. Todavía no se atreven a dar cifras. “Con solo unos meses, no se puede hacer balance con perspectiva”, apunta Comino. Aunque tienen previsiones: “Podría llegar a ahorrar, por año, 750 toneladas de CO2, es decir, las mismas emisiones que podrían absorber 290 hectáreas de bosque”.

Esa reducción es gracias, sobre todo, a la previsión del tiempo que hará el día siguiente y la configuración de cada sistema energético en función de ello: “Con un protocolo de comunicación abierto entre los distintos sistemas para que los aparatos puedan ‘hablar’ entre sí y decidir cuál es la energía más eficiente en cada momento”. Todo esto, según Comino, tiene además un filón pedagógico y social: “Ha de ser algo que pueda aprenderse y divulgarse, es esencial el conocimiento sobre eficiencia energética”. Su EspaiZero ya acumula más de 2.000 visitas de escolares, universitarios e investigadores; el distrito inteligente es, si cabe, más “abierto”. Cuenta Comino que la planta baja de lo que ahora es la central de esa red se ha cubierto de cristaleras para que se vea el interior, donde están los tubos, las máquinas y los tanques, y al lado de cada uno, letras adhesivas que indican qué es: “Ahora, el objetivo es seguir haciendo crecer esta red”.

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Biorrefinerías: Microalgas como sustrato para la producción de moléculas plataforma (carboxilatos)

Autor: José A. Magdalena-Instituto IMDEA Energía

Las biorrefinerías son instalaciones en las que se transforma biomasa en diferentes bioproductos de un modo sostenible. Entre los productos energéticos que se pueden obtener en una biorrefinería cabe destacar los biocombustibles líquidos como el bioetanol o el biodiésel, y los biocombustibles gaseosos como el biogás o el biohidrógeno. Debido a la gran variedad de productos que se obtienen en las biorrefinerías, las materias primas que se utilizan para su obtención también son muy diversas. Destaca la utilización de residuos orgánicos como los residuos lignocelulósicos, residuos de la industria alimentaria, residuos animales, y más recientemente, las microalgas.

La digestión anaerobia es una tecnología ampliamente utilizada para la producción de bioenergía. En ella, la materia orgánica del sustrato es degradada en ausencia de oxígeno por bacterias y arqueas hasta la producción de biogás (mezcla de metano y dióxido de carbono ≈60-40%). Este proceso de digestión anaerobia consta de diferentes fases como son la hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.

Debido a las crecientes necesidades de la sociedad, es necesario obtener un mayor rendimiento de los recursos disponibles que se someten a la digestión. Es por ello, que  se quiere implementar nuevas tecnologías complementarias a la digestión anaerobia, que resulten no solo en la producción de biogás, sino también en la producción de otras moléculas plataforma. Son moléculas plataforma aquellos productos intermedios que se obtienen tras diferentes transformaciones de la biomasa y que pueden convertirse en otros bioproductos. Estas moléculas plataforma confieren al proceso un valor añadido. En el caso de la digestión anaerobia, las moléculas plataforma son los carboxilatos o ácidos grasos volátiles, que se producen durante la acidogénesis. Entre ellos destacan el ácido acético, que se utiliza ampliamente en la industria alimentaria, el ácido propiónico, que se usa como conservante, el ácido butírico y el ácido valérico. Además, estos ácidos pueden ser utilizados para la fabricación de polihidroxialcanoatos y de biosurfactantes, siendo estructuralmente idénticos a los que se obtienen por la vía petro-química.

 De entre los sustratos de la digestión anaerobia, las microalgas han sido ampliamente estudiadas en los últimos años. Estas presentan una serie de ventajas como su alta velocidad de crecimiento, su capacidad de realizar la fotosíntesis oxigénica de manera eficiente y los bajos porcentajes de lignina en su composición.

En este contexto, investigadores de la Unidad de Procesos Biotecnológicos de IMDEA Energía están estudiando el proceso de digestión anaerobia utilizando diferentes especies de microalgas para la producción de energía en forma de biogás. Paralelamente, se realizan experimentos en los que se alteran las condiciones operacionales de este proceso con el fin de optimizar la producción de los ácidos grasos volátiles para su posterior conversión en productos de alto valor añadido.

 

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