Expertos en EEUU analizan las necesidades para lograr la completa descarbonización de los sistemas energéticos


La mayoría de las estrategias para combatir el cambio climático se concentran en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero mediante la sustitución de combustibles fósiles por fuentes de energía renovable. En Junio de 2016 el Secretario de Energía de Estados Unidos, Ernest Moniz, creo un grupo de trabajo formado por participantes de ocho universidades para evaluar las necesidades en investigación y desarrollo de dos estrategias adicionales: el reciclaje de dióxido de carbono y la eliminación de grandes cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera.

Autor: R.M. Navarro Yerga- Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC)

El grupo de trabajo, compuesto por expertos de Duke, Harvard, Georgia Tech, MIT, Princeton, Stanford, Universidad de Illinois y la Universidad de Washington estudiaron tecnologías de bajas emisiones de carbono que permitieran mantener el uso de los combustibles líquidos y gaseosos fósiles para la distribución de la energía en el transporte, los edificios y la industria de modo que fueran complementarios a las fuentes de energía libres de carbono basados en la electrificación de la energía eólica y solar. También analizaron tecnologías para permitir la eliminación total del carbono neto de la atmósfera, para si en algún momento futuro el mundo deseara reducir la concentración global de dióxido de carbono en la atmósfera. El grupo de trabajo ha analizado las tecnologías de eliminación de CO2 que tienen potencial para lograr reducciones en la escala de mil millones de toneladas métricas de CO2 por año, lo que representa alrededor del 2,5 por ciento de las emisiones globales anuales (alrededor de 40 mil millones de toneladas métricas). Las vías de  investigación para la eliminación de CO2 a gran escala incluye la utilización de cultivos agrícolas para almacenar más carbono en el suelo, la reutilización del dióxido de carbono para formar plásticos y combustibles y el almacenamiento de dióxido de carbono en grandes depósitos subterráneos asociado a procesos de recuperación mejorada de petróleo.

 

Las recomendaciones del grupo de trabajo fueron entregadas al Departamento de energía el pasado mes de diciembre y advierten de la complejidad y dificultad para el desarrollo de sistemas para la reducción de las emisiones de CO2 atmosférico. También instan a los gobiernos a invertir en investigación y desarrollo para evaluar los impactos de las tecnologías, tanto intencionales como no intencionales, más allá de su capacidad de reducir el CO2 atmosférico. La reducción del CO2 atmosférico requerirá una amplia cooperación entre investigadores académicos, industria y política gubernamental para reconfigurar el sistema energético para hacerlo sostenible frente al cambio climático, la estabilidad geopolítica y el uso responsable de la tierra. El informe del grupo de trabajo concluye con una agenda de investigación muy interesante para la comunidad científica para lograr la completa descarbonización de los sistemas energéticos del futuro con cinco principales recomendaciones sobre investigación y desarrollo:

1 Mejorar y ampliar el modelado de sistemas:  el grupo de trabajo encontró que debido a la complejidad de la reducción a gran escala del CO2, se necesitan modelos mejorados basados en un enfoque sistémico para evaluar los impactos  de la eliminación del CO2 sobre la atmósfera, los sistemas ecológicos y la economía.

2 Aprovechar el ciclo biológico natural en el que las plantas absorben y almacenan el CO2 atmosférico. Es necesario evaluar cómo optimizar los cultivos para absorber mayores cantidades de dióxido de carbono y almacenar más carbono en el suelo durante largos períodos de tiempo, sin un aumento importante de los recursos necesarios, como el agua y los fertilizantes. También se hace hincapié en promover técnicas agrícolas que prolonguen el tiempo que el carbono permanece en el suelo y la utilización de diversos recursos biológicos, como el quelpo gigante, como  reserva de biocombustibles.

3 Explorar la transformación sintética del CO2 en combustibles y productos útiles. El dióxido de carbono se puede convertir en productos químicos y combustibles valiosos, pero requiere energía para hacerlo. Una parte crítica de este sistema sería la energía libre de carbono de bajo costo para impulsar esta conversión. El grupo de trabajo recomienda investigación para explorar mejores materiales y sistemas que permitan reacciones que harían la conversión de CO2 más barata y más eficiente.

4 Evaluar el almacenamiento de CO2 en formaciones geológicas. Los trabajos anteriores sobre recuperación mejorada de petróleo se centraron en minimizar el almacenamiento de CO2 para extraer hidrocarburos. El grupo de trabajo recomendó el desarrollo de sistemas de recuperación de petróleo avanzados en donde se cooptimize el almacenamiento de CO2 y la extracción de hidrocarburos de tal manera que se almacenaría sustancialmente más carbono que se extrae en los combustibles fósiles.

5 Estudiar métodos mejorados para separar y capturar el dióxido de carbono de una mezcla de gases, un proceso que actualmente es demasiado costoso y requiere mucha energía. Tanto el descubrimiento de sustancias mejoradas para absorber dióxido de carbono como el desarrollo de procesos capaces de separar y almacenar dióxido de carbono a gran escala son necesarios. Los sorbentes mejorados reducirían el costo de la “captura directa de aire”, que implica absorber dióxido de carbono directamente desde el aire y concentrarlo para su uso o almacenamiento.

 

Más información:

 https://energy.gov/sites/prod/files/2016/12/f34/SEAB-CO2-TaskForce-FINAL-with%20transmittal%20ltr.pdf

 

Etiquetas:

Celdas de combustible microbianas con membrana intercambiadora de iónes


Autores: Daniel Herranz González, Pilar Ocón – UAM

Las celdas de combustible microbianas son una tecnología en desarrollo y generalmente se usan, más que para la producción directa de energía, para para el tratamiento energéticamente eficiente de distintos tipos de aguas residuales, las cuales contienen los substratos que hacen la función de combustibles. Algunos ejemplos de estos combustibles/substratos son el acetato o la sacarosa. También pueden ser usadas con otras funcionalidades interesantes como la descalcificación del agua, descontaminación de amoniaco o la electrosíntesis.

Las celdas de combustible microbianas suelen tener ánodos basados en carbono en los cuales ha sido inoculado alguna de las siguientes opciones: un conjunto microbiótico que contiene especies electroactivas (llamadas “exoelectrogens” en inglés) para el tratamiento de aguas residuales de distintos tipos en estudios más aplicados a situaciones reales ó una sola especie electroactiva (en cuyo caso se trata de un monocultivo) en estudios más fundamentales.1 Algunos ejemplos de estas especies electroactivas son la Escherichia coli, la Shewanella oneidensis, o la Geobacter Sulfurreducens. Estas especies se encargan de oxidar los substratos y descargar los electrones en el ánodo, deben estar en una cámara anaeróbica ya que si no descargarían los electrones en el oxígeno (que es el funcionamiento natural de estas bacterias en medios aeróbicos). Una vez los electrones han sido descargados en el ánodo viajan por el circuito externo hasta llegar al cátodo, donde se da la reacción de reducción de la especie aceptora de los electrones (generalmente es el oxígeno). El cátodo puede ser alimentado con una disolución que contenga esta especie o por “air breathing” (con aire del exterior que contiene el oxígeno, ya sea de forma pasiva o bombeado). Como se ha visto, en general no debe haber presencia de oxígeno en el ánodo y por lo tanto ambas zonas deben tener un separador eficiente entre ellas que no permita su paso. Los catalizadores usados en el cátodo pueden ser tanto abióticos (basados en Pt u óxidos de manganeso por ejemplo) como bióticos (pudiendo ser microbiales o enzimáticos). También pueden usarse cátodos fotoelectroquímicos.

Este tipo de celdas pueden diseñarse de muchas formas, y en bastantes casos incluyen la presencia de membranas de intercambio iónico. Si los iones que se mueven a través de la membrana están cargados positivamente se trata de CEM (Cation Exchange Membranes) y si están cargados negativamente son AEM (Anion Exchange Membranes). Varios estudios realizados hasta el momento indican que se obtiene mejor funcionamiento (en potencia y eficiencia culómbica) y estabilidad temporal usando AEM que CEM. Las razones más relevantes aportadas son las siguientes: las AEMs (o las celdas que las usan) tienen menor permeabilidad de oxígeno, menor problema de diferenciación de pH entre la cámara del ánodo y la del cátodo, menor resistencia catódica, menor formación de precipitados sobre el catalizador del cátodo y mayor conductividad iónica. Esto último es un contraste curioso con las celdas de combustible comunes (no bióticas), en las que las membranas transportadoras de cationes suelen tener mejor conductividad que las de aniones, aunque hay que resaltar que los iones implicados son distintos a los de las celdas de combustible microbianas. En cualquier caso este tipo de celdas de combustible aún se hayan en una etapa muy inicial de su desarrollo y más investigación será necesaria antes de poder afirmar qué tipo de membranas serán las que aporten un mejor funcionamiento.2

 

Bibliography

1         B. E. Logan, Nat. Rev. Microbiol., 2009, 7, 375–381.

2         J. R. Varcoe, P. Atanassov, D. R. Dekel, A. M. Herring, M. a. Hickner, P. a. Kohl, A. R. Kucernak, W. E. Mustain, K. Nijmeijer, K. Scott, T. Xu and L. Zhuang, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 3135–3191.

 

Etiquetas:

El talento, la curiosidad y la inquietud científica no son patrimonio de ningún género


Autora: Esther Rojas-CIEMAT

De acuerdo con el informe She Figures 2015 elaborado por la Dirección General de Investigación e Innovación de la Comisión Europea[1], en 2012 el 42% de los alumnos que acabaron un posgrado universitario en ciencias, matemáticas y computación eran mujeres (en España el 47%). Sin embargo, en 2013, el número de investigadoras en Europa era tan solo el 30% del total de investigadores. Este desequilibrio no es sino un reflejo del sesgo, inconsciente o no, a favor de los varones que aún existe en el mundo de la ciencia en general[2]. Con el fin de lograr el acceso y la participación plena y equitativa en la ciencia para las mujeres y las niñas, y además para lograr la igualdad de género y el empoderamiento de las mujeres y las niñas, la Asamblea General de las Naciones Unidas decide proclamar, a finales de 2015, el 11 de febrero como el Día Internacional de las Mujeres y las Niñas en la Ciencia.

Con motivo de esta celebración numerosas organizaciones, colectivos y personas individuales organizaron actividades (charlas, talleres, actuaciones, exposiciones, concursos) para visibilizar a las científicas, proporcionar roles femeninos en el ámbito de la ciencia y fomentar las vocaciones científicas entre las más jóvenes. La Unidad de Excelencia María de Maeztu CIEMAT-Física de Partículas (CIEMAT-FP) junto con el Laboratorio Nacional de Metrología de Radiaciones Ionizantes (LMRI) se sumó a esta iniciativa organizando tres actividades divulgativas entre los días 8 y 10 de febrero de 2017.

El 8 de febrero tuvo lugar un encuentro en el que nueve investigadoras del CIEMAT, con diferentes formaciones académicas (Física, Ingeniería, Biología, Economía, Geología y Química), trabajando en diferentes áreas del centro (Energía, Investigación Básica, Fusión, Tecnología y Medioambiente), se pusieron a disposición de  alumnas de 3º de la Educación Secundaria Obligatoria a 2º de Bachillerato para charlar con ellas y contestar a sus preguntas, bien sobre su propio trabajo o sobre las perspectivas de futuro de las alumnas. Tras la bienvenida al CIEMAT por parte de su Director General, y para facilitar el planteamiento de estas preguntas, se hizo una breve presentación de las actividades y trayectoria profesional de cada científica/ingeniera. Fue el Science Dating.

El 9 de febrero el LMRI organizó una jornada  orientada a alumnas de 2º de Bachillerato. La radiación, ya sea de origen natural o con fines médicos diagnósticos o terapéuticos, es un motivo de preocupación social ya que es una posible causa, entre otras muchas, de la aparición del cáncer. Sin embargo, se puede usar la radiación en nuestro propio beneficio: en radioterapia, para destruir el tejido tumoral maligno; en el diagnóstico médico, para la observación de una fractura ósea con rayos X; para la esterilización de materiales, etc. En la jornada, científicas del LMRI explicaron estas  aplicaciones, así como su proyección en el mercado laboral. Se realizaron varios experimentos para mostrar los efectos de la radiación y su detección y se visitaron dos laboratorios del LMRI.

En la Girls’ Masterclass, realizada el 10 de febrero,  cuarenta estudiantes de 2º de Bachillerato realizaron una práctica de análisis de datos reales tomados del solenoide compacto de muones (CMS en sus siglas inglesas -Compact Muon Solenoid-) que es uno de los dos detectores de partículas de propósito general del Gran Colisionador de Hadrones, (LHC en sus siglas inglesas -Large Hadron Collider-) del CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas). Para entender esta práctica, científicas del CIEMAT impartieron previamente un seminario sobre física de partículas, realizando una demostración con un detector de rayos cósmicos. La discusión de los resultados de la práctica y de lo aprendido durante esta jornada se hizo en colaboración con científicas del CERN en Ginebra y con otros institutos de investigación participantes en unas jornadas similares en Cagliari (Italia) y Rio de Janeiro (Brasil)mediante video-conferencia.

Con la recepción de inscripciones de doscientas sesenta alumnas (algunas con interés en varias de las actividades ofertadas), procedentes de cincuenta institutos, para las ciento sesenta plazas disponibles, esta iniciativa divulgativa de CIEMAT-FP y del LMRI no puede clasificarse sino de exitosa. Las impresiones recibidas de muchas estudiantes son, en general, muy positivas, constatando que la experiencia ha sido muy motivadora para ellas. El impacto real será difícil de evaluar y habrá que esperar a las estadísticas de los próximos años. Romper las barreras que encuentran las mujeres y las niñas en la ciencia no es tarea fácil. Las científicas e ingenieras del CIEMAT lo saben con certeza… Confiemos que organizando y participando en estas tres actividades se haya contribuido a transmitir que el talento, la curiosidad y la inquietud científica no son patrimonio de ningún género.


 

[1]https://ec.europa.eu/research/swafs/pdf/pub_gender_equality/she_figures_2015-final.pdf

[2] Moss-Racusin et al, 2012, Science faculty’s subtle gender biases favor male students, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America PNAS 109 (41) 16474-16479;

Etiquetas:

Combustibles alternativos y la sostenibilidad del transporte


Autores: Diego García y Diego Iribarren-Instituto IMDEA Energía

A finales del año 2014, la Unión Europea publicó la Directiva 2014/94/UE para la implantación de una infraestructura de combustibles alternativos. Tras un arduo proceso, España aprobó el diciembre pasado el Real Decreto 639/2016 que presentaba las medidas, a modo de resumen, del Marco de Acción Nacional de energías alternativas en el transporte. Dicho documento, fechado en octubre de 2016 y validado en el citado real decreto, detalla medidas que promueven el despliegue de las diversas alternativas existentes para mejorar el transporte –tanto por carretera como marítimo, ferroviario y aéreo– y que pasa por el gas natural, la electricidad, el gas licuado del petróleo, el hidrógeno y los biocarburantes.

De acuerdo al RD 639/2016, se fijan plazos máximos (18 de noviembre de 2019) para detallar un informe con medidas específicas, tanto legales como técnicas y presupuestarias, que impliquen el despliegue de dichos vectores energéticos en el transporte. Asimismo, resulta interesante que en el Anexo I se enlisten como necesarios aspectos tales como la estimación del número de vehículos propulsados con cada uno de los combustibles alternativos para 2020, 2025 y 2030, así como el grado de consecución de objetivos concretos. Este proceder, mirando al largo plazo, brinda una oportunidad a los agentes involucrados y los decisores políticos para ir estableciendo objetivos ambiciosos encaminados al logro.

A este respecto, el uso conjunto de Análisis del Ciclo de Vida y Modelización de Sistemas Energéticos cobra especial relevancia dado que permite enfoques prospectivos de sostenibilidad basados en el análisis de escenarios. Si a esto se le añade el esfuerzo conjunto de expertos y agentes involucrados, se estaría en disposición de atajar los problemas derivados del uso de los derivados petrolíferos en un sector tan crucial como el del transporte. En este sentido, son varias las experiencias que anticipan tales avances. Así, el programa de investigación regional ResToEne-2 (S2013/MAE-2882), centrado en las opciones futuras de biocombustibles desarrollados a partir de residuos agroforestales, y el proyecto PICASO, que persigue una adecuada planificación de la implementación de combustibles alternativos en el ámbito nacional (ENE2015-74607-JIN AEI/FEDER/UE), contribuirán significativamente a la meta de sostenibilidad en el sector transporte.

Etiquetas:

Lloyds lo confirma: las renovables son ya plenamente competitivas


Las tecnologías de generación con fuentes renovables ya son competitivas con los combustibles fósiles y la innovación está cobrando ritmo en todo el sector, según pone de relieve un nuevo informe de Lloyd’s Register, publicado hoy. El estudio también destaca el papel protagonista que van a tener la energía solar y el almacenamiento en un futuro inmediato.

Fuente: www.energias-renovables.com

Avanzar hacia la sostenibilidad nunca ha sido más urgente y la tecnología seguirá desempeñando un papel crucial en este recorrido. El Lloyd’s Register Technology Radar – Low Carbon examina las perspectivas que como consecuencia de ello se abren para las energías renovables, la energía nuclear, la red y las infraestructuras eléctricas, junto con el almacenamiento de energía.
Para la realización del estudio, Lloyds sondeó la opinión de líderes del sector, preguntando a casi 600 profesionales y expertos de todo el mundo, desde empresas de servicios públicos y distribuidores hasta operadores y fabricantes de equipos. A todos ellos les pidió que calificaran una serie de tecnologías según su impacto potencial, el tiempo que llevaría que llegaran al mercado y la probabilidad de que fueran adoptadas una vez que lo hicieran.

También se les pidió que reflexionaran sobre el ritmo y el éxito de la innovación en su sector y cuáles son, en su opinión, los principales mecanismos que impulsan del desarrollo de las tecnologías bajas en carbón y lo que más las frena.

Principales resultados

• Las tecnologías de generación con bajas emisiones de carbono son competitivas en términos de coste. El 70% de quienes trabajan en renovables creen que estas tecnologías han alcanzado o están alcanzando la paridad de coste con los combustibles fósiles.

• De todas, la solar fotovoltaica es probablemente la que tendrá el mayor impacto. El sector se muestra optimista sobre su potencial de avance y en la facilidad de aceptación de esta tecnología.

• Los avances en software serán fundamentales en la transmisión y distribución de electricidad. Los encuestados opinan que esta será la innovación más rápida en llegar y  la más fácil de aceptar. Consideran que la cadena de bloques (tecnología que tiene el poder de cambiar para siempre nuestra relación con el mundo digital)  podría remodelar definitivamente la forma en que entendemos la transmisión y la distribución de electricidad.

• Las tecnologías que transformarán el almacenamiento serán las eléctricas, más que las mecánicas o químicas. En particular, los encuestados esperan que los supercondensadores, que aceleran rápidamente el tiempo de carga de las baterías grandes, tengan un fuerte impacto en este campo.

• El mayor obstáculo para la implementación de las energías renovables es su despliegue. No obstante, el 71% de los sondeados coincidió en que se está produciendo un aumento en la escala de despliegue de estas fuentes.

• La normalización es muy necesaria para el sector. Los expertos de la industria renovable están de acuerdo en que un consenso nacional y global sobre las regulaciones podría acelerar el despliegue de estas tecnologías y reducir aún más los costes.

“Estas conclusiones nos han hecho sentirnos muy animados: ponen de relieve no sólo un creciente optimismo en toda la industria, sino un debate vigoroso e inteligente sobre las vías de descarbonización”, ha declarado Alasdair Buchanan, director de Energía de Lloyd’s Register. “Hay muchas incertidumbres acerca de cómo evolucionará la industria, pero lo que es incuestionable es que la discusión ya no se centra en el `¿deberíamos?`, sino en `¿cómo debemos hacerlo?´”

Este es el tercer año consecutivo que Lloyd´s Register realiza su “radar tecnológico”. Pero mientras que en las dos ocasiones anteriores se centró en el petróleo y del gas, en esta ocasión la consultora dirige toda la atención al sector de bajas emisiones de carbonos, en especial a las renovables, el almacenamiento de energía y las infraestructuras eléctricas. Con sus informes, LLoyds busca aportar información al debate gubernamental y a la política energética en todo el mundo.

 

Etiquetas:

Biohidrógeno – Proyectos NREL


El biohidrógeno se define como “hidrógeno producido biológicamente”, habitualmente a partir de algas, bacterias y arqueas. El biohidrógeno es un biocombustible con gran potencial que puede obtenerse mediante cultivo específico o a partir de desechos orgánicos. En el NREL se están llevando a cabo varios proyectos dirigidos a una producción sostenible de este tipo de hidrogeno biológico.

 Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos

National Renewable Energy Laboratory (NREL) (http://www.nrel.gov/)

El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (National Renewable Energy Laboratory, NREL), con sede en Golden, Colorado, es el principal centro de investigación de los EE.UU. en temas de energías renovables y de eficiencia energética. Se trata de una institución pública, dependiente del gobierno y financiada por el Departamento de Energía (DOE). Entre sus campos de investigación más activos se encuentran: la bioenergía, la eficiencia energética en edificios, la química y nanociencia, las ciencias computacionales, la energía solar de concentración, la integración de sistemas energéticos, la energía geotérmica, las redes eléctricas avanzadas, las células de hidrógeno y de combustible, la ciencia de materiales, la energía solar fotovoltaica, la electrificación del transporte, la energía hidráulica, y la energía eólica. Está constituido por 3 centros nacionales más otros 3 centros de investigación asociados, tiene abiertos 13 programas de investigación, con una financiación acumulada de más de 350 millones de dólares, su actividad genera más de 1000 publicaciones al año, mantiene más de 800 patentes, con más de 2700 personas entre empleados e investigadores visitantes y post-doctorales.

Campus del NREL en Golden, Colorado.

Proyectos sobre biohidrógeno en el NREL

En el departamento de bioenergía del NREL se han desarrollado dos plataformas renovables para la producción sostenible de hidrógeno. Una de dichas plataformas se basa en una fermentación microbiana de azúcares (es decir, biomasa lignocelulósica) mediante la cual se pueden producir grandes cantidades de hidrógeno, conocida como fermentación oscura. Consiste en la obtención de hidrógeno a partir de compuestos orgánicos ricos en carbohidratos en ausencia de luz por la acción combinada de un grupo de bacterias anaerobias. Es un proceso complejo en el que intervienen diferentes grupos microbianos que crecen en la oscuridad, principalmente del género Enterobacter, Bacillus y Clostridium, los cuáles actúan de manera coordinada y secuencial, para descomponer la materia orgánica en ausencia de oxigeno libre. Los monosacáridos son la principal fuente de carbono, particularmente la glucosa seguida de la xilosa, el almidón, la celulosa y otras fuentes que pueden ser generadas a partir de la hidrólisis de polisacáridos, proteínas y lípidos. En ambientes anóxicos, los protones pueden actuar como un aceptor de electrones en presencia de la enzima hidrogenasa. En estas condiciones las bacterias anaerobias, sin requerimientos de energía lumínica, fermentan sustratos ricos en carbohidratos. En este proceso interactúan diversas clases de microorganismos, los cuales convierten la materia orgánica en otros compuestos, incluido el hidrógeno, y en nuevas células bacterianas.

La otra plataforma de producción sostenible de hidrógeno se basa en las algas verdes y en la capacidad innata de las cianobacterias para catalizar la producción de hidrógeno, ligándola directamente a las rutas fotosintéticas. Las algas (específicamente la Chlamydomonas reinhardtii y la Chlamydomonas moewusii) producen hidrógeno bajo ciertas condiciones. Cuando dichas algas son privadas de azufre dejan de producir oxígeno mediante fotosíntesis, y producen hidrógeno.

La clave en ambos procesos son unas metalo-enzimas, las hidrogenasas, que son enzimas que catalizan de modo reversible la oxidación de hidrógeno; y sus mecanismos catalíticos subyacentes también están siendo objeto de investigación actualmente en el NREL.

 

Proyecto de Producción Fermentativa de Hidrógeno

La biomasa lignocelulósica es una fuente atractiva para la producción de hidrógeno mediante fermentación oscura debido a su abundancia y al elevado contenido en azúcares (aprox. 40% de celulosa, y aprox. 30% de hemicelulosa). El objetivo principal del proyecto del NREL en este ámbito es conseguir una producción de hidrógeno más económica cambiando el tipo de materia prima de biomasa de elevado coste de los procesos tradicionales e incrementando el bajo rendimiento molar de hidrógeno (mol H2/mol hexosa).

Para disminuir los costes de la biomasa, el NREL ha desarrollado la bacteria degradadora de celulosa Clostridium thermocellumpara convertir directamente la celulosa/hemicelulosa en hidrógeno sin depender de un costoso cóctel de enzimas hidrolíticas en una configuración de bioproceso integrado. Para mejorar el rendimiento molar de hidrógeno, se ha desarrollado una caja de herramientas (“toolkit”) genética, una tecnología que facilita la manipulación de las rutas metabólicas de C. thermocellum para dirigir un mayor flujo celular hacia la producción de hidrógeno. Además, se puede producir más hidrógeno a partir de la corriente residual de la fermentación (acetato, lactato, formiato, etanol) usando una célula de electrólisis microbiana (MEC). Esta integración fermentación oscura-MEC, desarrollada en colaboración con la Penn State University, ha permitido alcanzar un rendimiento molar a hidrógeno combinado de 10, el mayor publicado hasta la fecha.

 

Proyecto de Producción Fotobiológica de Hidrógeno

Empleando la energía del sol y los electrones del agua, tanto las algas verdes Chlamydomonas reinhardtii como las cianobacteriasSynechocystis sp. PCC 6803 son microorganismos fotosintéticos modelo para la producción de hidrógeno renovable. Una importante barrera técnica para la producción sostenible de hidrógeno fotolítico es la sensibilidad de las hidrogenasas de las algas y las cianobacterias frente al oxígeno molecular (O2), subproducto inherente de la fotosíntesis oxigénica. En una estrategia para abordar dicha barrera, en el NREL se ha transformado en ambos hospedantes una hidrogenasa tolerante a O2 procedente de Clostridium acetobutylicum (una hidrogenasa-FeFe en las algas verdes) o de Rubrivivax gelatinosus (una hidrogenasa-NiFe en las cianobacterias), diseñadas para producir de forma continua hidrógeno durante el día. En una segunda estrategia, el grupo del NREL ha restringido el nutriente azufre de las algas verdes para atenuar la generación de O2 a fin de alcanzar una producción de hidrógeno simultánea durante la fotosíntesis. La sobre-expresión de las enzimas hidrogenasas y su integración en las rutas fotosintéticas del hospedante son áreas prioritarias en este campo de investigación.

Etiquetas:

Residuos de poda y limpieza de jardines para la obtención de Bioproductos


El pasado miércoles 18 de Enero se ha celebrado en Madrid la Reunión de Lanzamiento del Proyecto BIO-LIGWASTE, “Nuevo concepto de biorrefinería multifuncional basado en la producción de bioetanol lignocelulósico y otros bioproductos a partir de residuos de poda y limpieza de jardines”

Autor: Ignacio Ballesteros  -Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT

El pasado día 18 de Enero el CIEMAT acogió la reunión de lanzamiento del Proyecto BIO-LIGWASTEL del Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad (http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/). El consorcio está formado por las empresas; Técnicas y Tratamientos Medioambientales SAU (TETma), Vivers Centre Verd, SAU (centreVERD) ambas empresas pertenecientes al grupo OBINESA (http://www.obinesa.com/), empresa especializada en el área medioambiental, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y el Instituto IMDEA Energía.

El Proyecto de tiene como objetivo la revalorización de los residuos de la limpieza y poda de los jardines urbanos para la producción de bioetanol y otros bioproductos de alto valor añadido.

Este proyecto pretende desarrollar una alternativa, basándose en el concepto de biorrefinería, para la obtención de biocombustibles y bioproductos de alto valor añadido, utilizando como materia prima los residuos vegetales que se generan como resultado del mantenimiento y limpieza en los espacios públicos o privados. Estos residuos constituyen una materia prima renovable disponible en grandes cantidades y a bajo coste, carente de otras aplicaciones económicamente viables y cuya eliminación es necesaria desde el punto de vista medioambiental.

El interés de este proyecto radica en la utilización y valorización de todas las fracciones obtenidas tras el pretratamiento de los residuos vegetales generados. La fracción de azúcares celulósicos será convertida en etanol mediante un proceso de hidrólisis y fermentación separadas. La fracción líquida, rica en xilosa, será convertida en ácido láctico para que pueda ser utilizado en la industria cosmética, farmacéutica o como precursor de bioplásticos. Por último, la fracción sólida residual, compuesta en su mayoría por lignina y cantidades menores de carbohidratos, será convertida en un bioaceite mediante su descomposición termo-catalítica en un reactor de pirolisis-rápida.

Gracias a esta nueva propuesta de valorización se contribuirá a una mejor gestión de los residuos, proporcionando una propuesta sostenible ambientalmente, viable económicamente, generadora de empleo y que ayude al cumplimiento de los objetivos legislativos en materia de residuos urbanos.

Etiquetas:

Membranas poliméricas para baterías de Li-ion


Autor: Ricardo Escudero Cid, Pilar Ocón-UAM

Uno de los mayores problemas con el que se enfrentan los gobiernos en la actualidad es el aumento de la contaminación en las grandes ciudades. Este preocupante aumento de la polución se debe en gran medida a la dependencia que existe de combustibles fósiles en el sector energético y en mayor medida en el transporte. Es por eso que, en los últimos meses en ciudades grandes como Madrid se están alcanzando límites preocupantes de contaminación que suponen un riesgo para la salud de sus habitantes. Es por eso que se están tratando de estudiar y desarrollar nuevas tecnologías capaces de abastecer las necesidades de la población, pero causando menores daños medioambientales y mejorando el bienestar de la sociedad.

En la actualidad la mayor dependencia de combustibles fósiles contaminantes se encuentra en el transporte que, a su vez, se encuentra principalmente en las ciudades y es el causante de la alta contaminación de las mismas. Por todo ello, hoy en día se están estudiando multitud de alternativas para el transporte sostenible. Además del incremento de medios de transporte públicos más ecológicos y basados en tecnologías no contaminantes se están realizando grandes avances para la mejora de medios de transporte privados basados en motores híbridos o eléctricos.

Los coches eléctricos son, a día de hoy una realidad y una gran promesa para los próximos años con grandes inversiones de las empresas de automoción. Para poder llevar a cabo un mayor desarrollo de estas tecnologías una de las claves se encuentra en las baterías de este tipo de vehículos, las encargadas de asegurar una alta autonomía necesaria para su implantación a gran escala. Unas de las baterías más extendidas y a la vez más prometedoras para su uso en este tipo de automóviles son las de Li-ion, ya que presentan una alta densidad energética.

Figura 1. Comparación de diferentes tecnologías de baterías dependiendo de su densidad de energía volumétrica y másica [1].

Dentro de este tipo de baterías se encuentran dos grandes grupos, las de electrolito líquido, más tradicionales, y las que usan materiales poliméricos como electrolito sólido. Las de electrolito líquido son las más extensamente utilizadas para este tipo de aplicaciones por su alta conductividad iónica. A pesar de eso, muestran ciertos problemas de seguridad asociados a los ánodos de litio metálico, sus solventes orgánicos volátiles e inflamables y las posibles pérdidas de electrolito. Las baterías de electrolito solido presentan importantes ventajas mejorando su seguridad, flexibilidad y procesabilidad.

Debido a estas ventajas en los últimos años se están haciendo grandes avances en el estudio de este tipo de baterías de membrana polimérica. Las principales características que se buscan en los materiales poliméricos son: alta conductividad iónica cercana a 10-4 S·cm-1 a temperatura ambiente, apreciable transferencia de Li+ con valores próximos a la unidad, buenas propiedades mecánicas, estabilidad en amplia ventana electroquímica próxima a los 4–5 V vs. Li/Li+ y excelente estabilidad química y térmica [2].

Son diferentes las membranas que se están estudiando en la actualidad para su uso en este tipo de dispositivos. Entre los tipos más investigados se encuentran los electrolitos poliméricos sólidos secos (dry-SPE), los sistemas de polímero en sal y los electrolitos poliméricos conductores de Li único.

El primero de ellos, dry-SPE, consiste en una matriz polimérica y una sal de Li. Normalmente poseen una baja conductividad iónica, lo que supone un gran problema para su utilización en aplicaciones reales. La manera de aumentar esa conductividad se realiza modificando la matriz polimérica llegando a incrementarla en 1 o 2 órdenes de magnitud. El segundo tipo de membranas bajo estudio, las de polímero en sal, se lleva a cabo al intentar incrementar la conductividad aumentando la cantidad de sal en la membrana y llegando a valores de composición en peso superiores al 50%. Esto permite llegar a valores elevados en conductividad y en transferencia de iones comprometiendo en parte las propiedades mecánicas del material.  En ambos casos hay una migración de los aniones que produce una importante bajada en conductividad. Para ello se está tratando de estudiar materiales poliméricos capaces de evitar este problema. Por un lado, se trata de anclar los aniones al polímero y por otro se añade un receptor de los aniones que interactúe con ellos mejorando el rendimiento final del dispositivo.

Los diferentes tipos de membranas que se están estudiando en la actualidad muestran interesantes propiedades que permiten ser optimista con la implantación de éstas en la tecnología actual con el fin de mejorar las prestaciones de las baterías de Li-ion así como mejorar sus medidas de seguridad. Todo esto supone un gran reto y a la vez supondrá un gran avance en las tecnologías futuras.

 

Referencias:

[1] Tarascon J-M., Armand M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature, 2001, 414, 359-367.

[2] Long L., Wang S., Xiao M., Meng Y. J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10038–10069.

Etiquetas:

Influencia de la porosidad en la transferencia de calor en mallas metálicas aplicadas a receptores volumétricos


Autor: Antonio Luis Ávila-Marín (CIEMAT-PSA)

La tecnología de receptores volumétricos se encuentra en un momento en el que está recibiendo gran interés como se observa por la multitud de proyectos y trabajos científicos recientes [1-6], debido al potencial para aumentar la temperatura de trabajo del fluido caloportador, para reducir las pérdidas térmicas frontales con nuevos diseños y su aplicación en ciclo de potencia más eficientes.

La tendencia actual muestra que con los nuevos diseños se trata de conseguir mayores temperaturas en el fluido de trabajo que conllevan mayores eficiencias en los ciclos de potencia. Por todo ello, los materiales cerámicos son los que están recibiendo un mayor interés, a pesar de que la mayor parte de los diseños no cumple con las condiciones nominales previstas inicialmente [7]. Por otro lado, los materiales metálicos no reciben tanto interés como los cerámicos por no poder trabajar a temperaturas mayores a 800 °C, a pesar de sus importantes ventajas: como la facilidad para trabajar con nuevos diseños geométricos, estructuras más ligeras, menores pérdidas térmicas frontales debido a las menores temperaturas de trabajo (< 800 °C), etc. es por todo ello, que desde el grupo de sistemas de concentración solar de la Plataforma Solar de Almería se está trabajando en una línea prometedora de absorbedores volumétricos con mallas metálicas. A pesar de no llegar a las temperaturas objetivo de 1000 °C, se prevén otras ventajas potenciales asociadas a trabajar a menor temperatura, además de la facilidad para ensayar distintos diseños geométricos de una manera más ágil.

En este sentido, se está efectuando un trabajo experimental y de simulación, estudiando la importancia que tienen distintos parámetros geométricos como el diámetro de hilo, tamaño de malla, porosidad volumétrica y, superficie específica. Un fenómeno de transferencia de calor de gran relevancia es la convección en mallas metálicas con similar porosidad pero distintas propiedades geométricas, dado que anteriores trabajos mostrados en la literatura, muestran una discriminación en la transferencia de calor por influencia de la porosidad, pero sin considerar la influencia de los parámetros geométricos. Es el caso del trabajo publicado por Wu [8], que muestra una correlación para distintas porosidades, pero de la que se concluye que porosidades iguales obtenidas con distintos parámetros geométricos tienen tasas de transferencia de calor iguales.

En nuestro trabajo, se muestra que esta aproximación está lejos de ser cierta, si bien, es un avance en el conocimiento de la tasa de transferencia de calor en espumas.

En la Fig. 1 se muestra una malla tipo A con una porosidad del 70.1 %, un diámetro del hilo de 1.00 mm y un diámetro hidráulico de 2.35 mm y una malla tipo B con una porosidad del 67.6 %, un diámetro de hilo de 0.70 mm y un diámetro hidráulico de 1.46 mm. Como se aprecia, el valor de la porosidad es similar con una diferencia del 3.6 %, mientras que el diámetro del hilo y el diámetro hidráulico difieren en un 30 y 38 % respectivamente.

A la hora de realizar la comparación entre los dos tipos de mallas existen dos posibilidades:

En ambas opciones, los resultados son similares y muestran la importancia de las características geométricas de una malla sobre el coeficiente de transferencia de calor. Estos resultados van íntimamente ligados a la superficie específica que presenta cada configuración geométrica. Mientras que la malla tipo A tiene una superficie específica de 1194 , la malla tipo B presenta un valor de 1849 . El incremento de superficie específica conlleva, en este caso, la mejora en la transferencia de calor volumétrica, aun teniendo porosidades similares.

 

 Bibliografía

[1] F. Gomez-Garcia, J. González-Aguilar, G. Olalde, M. Romero, Thermal and hydrodynamic behavior of ceramic volumetric absorbers for central receiver solar power plants: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57 (2016) 648-658.

[2] S. Mey-Cloutier, C. Caliot, A. Kribus, Y. Gray, G. Flamant, Experimental study of ceramic foams used as high temperature volumetric solar absorber, Solar Energy, 136 (2016) 226-235.

[3] R. Capuano, T. Fend, P. Schwarzbözl, O. Smirnova, H. Stadler, B. Hoffschmidt, R. Pitz-Paal, Numerical models of advanced ceramic absorbers for volumetric solar receivers, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58 (2016) 656-665.

[4] X. Chen, X.-L. Xia, H. Liu, Y. Li, B. Liu, Heat transfer analysis of a volumetric solar receiver by coupling the solar radiation transport and internal heat transfer, Energy Conversion and Management, 114 (2016) 20-27.

[5] A.L. Avila-Marin, J. Fernandez-Reche, M. Casanova, C. Caliot, G. Flamant, Numerical Simulation of Convective Heat Transfer for Inline and Stagger Stacked Plain-Weave Wire Mesh Screens and Comparison with a Local Thermal Non-Equilibrium Model, Proceedings of 22nd International SolarPACES Symposium on Solar Thermal Concentrating Technologies, Abu Dhabi, UAE, (2016).

[6] CAPTURE, Competitive solar power towers, http://capture-solar-energy.eu/, (2015).

[7] A.L. Avila-Marin, Volumetric receivers in Solar Thermal Power Plants with Central Receiver System technology: A review, Solar Energy, 85 (2011) 891–910.

[8] Z. Wu, C. Caliot, G. Flamant, Z. Wang, Numerical simulation of convective heat transfer between air flow and ceramic foams to optimise volumetric solar air receiver performances, International Journal of Heat and Mass Transfer, 54 (2011) 1527-1537.

 

Etiquetas:

¿Quo vadis, fracking?


Autor: J.L.G. Fierro, Instituto de catálisis y Petroleoquímica, CSIC, Marie Curie 2, Cantoblanco, 28049 Madrid

La tecnología de fractura hidráulica “fracking”, cuyo concepto es conocido desde hace tiempo, permite extraer la última porción de petróleo aún remanente en los yacimientos que se abandonaron por no resultar rentables. El resultado de la puesta en práctica de esta tecnología es que se  ponen en circulación mayores cantidades de gas y petróleo, lo que ha presionado los precios del mercado norteamericano a la baja. Con la nueva administración que empieza ahora cabe esperar que esta tecnología se potencie en Estados Unidos en la próxima década y previsiblemente este país puede hacerse autosuficiente. Si estas estimaciones se hacen realidad, se puede  producir una verdadera revolución en el mercado del crudo de petróleo ya que Estados Unidos, mayor consumidor de petróleo convencional, puede condicionar el precio del crudo.               

La fractura hidráulica, conocida como fracking en la terminología inglesa, es una forma de recuperar el gas y petróleo que están retenidos en las formaciones de  esquisto o de pizarra de la corteza terrestre. La forma usual de recuperar estos hidrocarburos es mediante la inyección de agua a la que se incorpora arena junto a una serie de sustancias, algunas de naturaleza tóxica. Esta técnica requiere la perforación horizontal y, frecuentemente utiliza pequeñas explosiones durante la perforación lo que facilita la penetración del agua.

Esta tecnología de explotación de gas e hidrocarburos se viene utilizando en Estados Unidos desde los años 70 si bien la explotación masiva se alcanzó a partir de 2009 hasta alcanzar en 2010 unos 200.000 pozos en explotación. Según las estimaciones del Departamento de Energía, la producción diaria actual de petróleo y gas en Estados Unidos alcanzó en 2010 unos 15 millones de barriles de gas y 10 millones de  barriles petróleo, una producción total superior a las de Arabia Saudí y Rusia. Lo que ha sucedido con el desplome de los precios del crudo convencional en 2016 es que una parte importante de las explotaciones mediante fractura hidráulica no resultó competitiva frente al crudo convencional. De hecho dos de los países que han venido explotando la fractura hidráulica a gran escala, como son estados Unidos y Canadá, han clausurado una parte de sus instalaciones de explotación de gas e hidrocarburos mediante esta tecnología. Sin embargo, por mucho que los costes de producción obliguen a las empresas a desaparecer, no significa que lo vaya a hacer este tipo de petróleo no convencional. Una vez que liquiden, su misma competencia puede hacerse con sus activos, esto es hacerse con los derechos a perforar. Esta estrategia que viene defendiendo la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) ha hecho que las compañías sean más eficaces. Además, hay que añadir el desconocimiento del resultado que tendrá esta estrategia de la OPEP. Lo que si parece claro es que el alto precio del petróleo es algo del pasado y que lo más normal es que vaya a la baja.

Ante la presión por explotar las fuentes de hidrocarburos propias, los países utilizan la potencialidad de la fractura hidráulica como una tecnología efectiva de explotación de estos recursos. Las reservas mundiales probadas hasta 2015 ascienden a unos 3.000 miles de billones  de barriles. En la tabla adjunta se recopilan las reservas probadas de algunos países:

 

 

Tabla 1. Reservas probadas de hidrocarburos no convencionales susceptibles de ser explotados mediante la tecnología de fractura hidráulica.

Esta tabla indica el potencial que tienen estos países de explotación futura de estos recursos mediante la tecnología de fractura hidráulica. China, con una extensión similar a la de Estados Unidos pero con una población cuatro veces superior, es el país con mayores reservas probadas de hidrocarburos no convencionales. La Unión Europea depende en gran medida de las importaciones por lo que trata de diversificarlas, aunque esto no siempre es posible.

Las estimaciones recientes del Departamento de Energía de Estados Unidos cifran una producción diaria de unos 10 millones de barriles de petróleo y de 15 millones de barriles de gas hasta 2020. Con la nueva administración que empieza ahora cabe esperar que la tecnología de la fractura hidráulica se potencie en Estados Unidos en la próxima década de forma que pueda alcanzar una producción diaria de 18 millones de barriles de petróleo, una cifra muy significativa en cuanto que se acerca al consumo diario y así puede hacerse autosuficiente. Si estas estimaciones se hacen realidad se puede  producir una verdadera revolución en el mercado del crudo de petróleo ya que Estados Unidos, mayor consumidor de petróleo convencional, puede condicionar el precio del crudo y que su tendencia sea más hacia la estabilización que hacia el alza. 

Referencias

  1. A. Kleinschmidt, Why we will still need oil and gas in the future, Siemens, February 29, 2016
  2. El futuro del fracking en la lógica energética, A. Arias, Energy News, 18 Enero, 2016

    Energy Policy 2016: Spotlight on Donald Trump, The Fuse, May 12, 2016

Etiquetas: