Energía y Sostenibilidad

La ineficiente y altamente contaminante industria actual del automóvil basada en el petróleo, tiene que dar paso a alternativas más sostenibles, eficaces y respetuosas con el medio ambiente.

Autora: Carmen García Gonzalo

En la actualidad, el mayor consumo de energía esta asociado al transporte, consumiendo este el 60% del petróleo extraído en todo el mundo. Así, los vehículos propulsados por motores térmicos son los responsables de la mayor parte de las emisiones de gases de efecto invernadero principalmente, CO₂, compuestos nitrogenados y sulfurados. Cuanto antes se reduzcan estas, menor será el impacto de nuestra actividad sobre el clima de nuestro planeta.

Según el Departamento de Asuntos Económicos y Sociales (ONU), el transporte será probablemente la fuerza principal que encabezará a escala mundial el aumento de la demanda de energía. Se trata del destino final más importante de la energía en los países desarrollados y el de crecimiento más rápido en la mayoría de los países en desarrollo.

A continuación, se muestra el consumo de energía final por sectores y previsiones, para el periodo 1980-2035.

Fuente: Annual Energy Outlook 2012

 El desarrollo tecnológico a nivel mundial de un transporte sostenible con vehículos eléctricos, esta propiciado por diferentes aspectos que conforman nuestra actualidad con distintos desafíos como son el problema del cambio climático, las emisiones de CO₂ y otros agentes contaminantes, la volatilidad de los precios de los combustibles y la garantía de seguridad en el suministro.

En este contexto, la situación mundial en cuanto al número de habitantes y el cambio de estilo de vida con un previsible aumento de la movilidad, conforman una realidad a la que hay que dar soluciones.

A este respecto, se muestra la distribución de la población mundial rural y urbana desde 1950 y con las previsiones al 2050. Apreciándose que la población urbana superó, por primera vez, a la rural en el año 2007.

Fuente:  United Nations.

Por otro lado, las previsiones de crecimiento del mercado mundial del automóvil en millones de vehículos en función de los años y por países, se pone de manifiesto en el siguiente gráfico:El transporte sostenible y energéticamente eficiente debe ser una prioridad y formar parte de una estrategia energética mundial, a fin de poder alcanzar cuanto antes el objetivo de un sistema de transporte en gran medida libre de emisiones de carbono, más eficiente y sostenible.

Como alternativa a esta problemática compleja, el vehículo eléctrico puede contribuir a una utilización más eficiente de los recursos y a una economía más ecológica, basada en el conocimiento y la innovación.

Desde el punto de vista de la tecnología, los principales componentes del vehículo eléctrico y valores aproximados de sus rendimientos, se describen a continuación:

Esquema vehículo eléctrico

La energía eléctrica es suministrada por la batería y el convertidor electrónico controla el flujo de energía de la batería al motor eléctrico, el cual entrega energía mecánica a la transmisión del vehículo.

Una alternativa de mejora de esta tecnología es el vehículo eléctrico con pila de combustible, en el que esta sustituye parcial o totalmente a la batería.

Esta pila de combustible es alimentada por el hidrógeno almacenado en un depósito situado en el vehículo y genera energía eléctrica para hacer funcionar el motor eléctrico que moverá las ruedas.

Los aspectos que aportan una optimización de la tecnología de pilas frente a la de baterías, principalmente son:

• Menor peso
• Producción de energía limpia a un voltaje constante
• Mayor tiempo entre recargas (en las pilas llenado de H₂) y menor duración de la recarga.
• Se elimina la necesidad de cargadores de batería, con el consiguiente gasto de energía eléctrica

Con este tipo de planteamiento, el coche eléctrico con pila de combustible puede jugar un papel importante ya que esta alternativa es capaz de proporcionar una potencia eléctrica libre de contaminantes, con un alto rendimiento.

Fuente: Renault-Nissan

REFERENCIAS:

Resolución del Parlamento Europeo, de 6 de mayo de 2010, sobre los vehículos eléctricos

Estrategia de vehículos de bajas emisiones de CO₂. PSA PEUGEOT CITROËN

Annual Energy Outlook 2012

Nueva estrategia energética para Europa 2011-2020. Parlamento Europeo

 Del 23 al 25 de mayo  abrió sus puertas GENERA, la Feria Internacional de Energía y Medio Ambiente, cuya 15ª edición se celebró en la Feria de Madrid (IFEMA). GENERA constituye la plataforma de referencia para el sector de las energías renovables y la eficiencia energética. La edición de este año fue inaugurada oficialmente por el Ministro de Industria, Energía y Turismo, D. José Manuel Soria.

 [Autora: Cristina Alvarez Vaquerizo. Unidad de Biocarburantes- Dpto. de Energía- CIEMAT]

 Las actividades estaban divididas en:

 Foro GENERA :donde las empresas explican sus  propuestas comerciales  y novedades.

Galería técnica : un escaparate donde se muestran los proyectos más vanguardistas  en materia de eficiencia energética, energía renovables y protección del medio ambiente.

 Jornadas Técnicas: ofrecieron una visión muy amplia de la actualidad de los diferentes campos integrantes en el sector de las energías renovables y la eficiencia energética.

 El día 24 tuvo lugar la “Jornada sobre capacidades de investigación pública en la comunidad de Madrid en Energías Renovables” en la que participaron: Instituto de Ingeniería del Conocimiento de la UAM, IMDEA Energía, IMDEA Agua, ETSIA- Universidad Politécnica de Madrid y el CIEMAT, tratando temas tan diversos como. Modelos predictivos de producción energéticos,  Tecnologías de gestión de agua y consumo energético, Evaluación de recursos en energías renovables. Predicción de la producción.

 La Unidad de Biocarburantes del CIEMAT  participó con una ponencia en la que se presentó el proyecto PERSEO, cuyo título  fue “Utilización de la fracción orgánica de RSU para la producción de bioetanol de segunda generación” el que participa junto con Imecal S.A y FORD. El objetivo de este proyecto es el diseño y construcción de una planta de demostración que utilice la fracción orgánica contenida en los residuos sólidos urbanos para la producción de bioetanol de segunda generación. El papel del grupo de biocarburantes ha sido la realización de las actividades de I+D relacionadas con las distintas fases del proceso de producción (pre-tratamiento, hidrólisis enzimática y fermentación). Una vez determinadas las etapas y sus condiciones óptimas a escala de laboratorio, se procedió a la construcción de una planta piloto de demostración a nivel semi-industrial del proceso, en las instalaciones de IMECAL en L´Alcúdia-Valencia, y que cuenta con una capacidad de procesado actual de 70 toneladas al día de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos. Finalmente el bioetanol obtenido en el proceso deberá ser validado en vehículos de combustible flexible (FFV) por parte de Ford.

Autora: Rosalía Rodríguez- Universidad Rey Juan Carlos

Tras los procesos de combustión con aire de un combustible fósil (carbón, gas natural, etc.), el CO₂ producido conjuntamente con el resto de los gases de escape a alta temperatura (principalmente nitrógeno proveniente del aire) debe separarse para reducir su emisión al medio ambiente, siendo este gas uno de los responsable del efecto invernadero. Para su captura posterior, entre los procesos más desarrollados se encuentran la absorción química con aminas y los ciclos de carbonatación-calcinación. Otros procesos serían la separación por membranas o la separación criogénica, que son procesos muy interesantes desde el punto de vista tecnológico aunque no están tan implantados a nivel industrial.

 La separación criogénica consiste en que el CO₂ se separa físicamente de la corriente de gas condensándolo a bajas temperaturas para producir CO₂ líquido, listo para su almacenamiento. Esto se lleva a cabo en una serie de etapas de compresión, enfriamiento y expansión, en las cuales los componentes del gas se pueden separar en una posterior columna de destilación.

 La principal ventaja de este proceso es que permite obtener directamente CO₂ líquido facilitando considerablemente el transporte (barco) uno de los principales problemas que tienen las diversas etapas de captura y almacenamiento de CO₂. Por el contrario, una de las desventajas más importantes que presenta esta tecnología es la gran cantidad de energía requerida para llevar a cabo el proceso. Además, otra de las desventajas sería la necesidad de retirar algunos de los componentes de las corrientes, como el agua, previamente a su enfriamiento, con el fin de evitar bloqueos en el sistema.

 Por las desventajas mostradas, esta tecnología, aunque se plantea como procedimiento postcombustión, se utiliza sobre todo para separar las impurezas de una corriente de CO₂ que ya se ha separado en una primera etapa y que posee alta pureza, normalmente valores superiores al 90%. Este es el caso de las corrientes obtenidas mediante la tecnología de captura denominada proceso de oxicombustión, donde se pueden obtener concentraciones de CO₂ finales entre el 75-90%. Este procedimiento de separación criogénica no suele usarse para corrientes más diluidas.

 En Australia, Air Liquide es socio del proyecto Callide Oxyfuel proporcionando dos Unidades de Separación del Aire y una Unidad de Purificación Criogénica (CPU) de CO₂ para la tecnología de oxicombustión.

 Un estudio realizado por Bloomberg New Energy Finance ^[1] ha evaluado el impacto que tendría un incremento del objetivo europeo de reducción de emisiones para el año 2020, considerando una subida de un 20 a un 30%. Esta medida permitiría una reducción del 21% de las emisiones de gases de efecto invernadero, que según este estudio llevaría asociado un coste inferior al 0.04% del PIB medio europeo, equivalente a unos 7-9€ por persona al año ^[2].

 Autora: Laura Collado [Instituto IMDEA-Energía]

Según un estudio recientemente publicado por Bloomberg New Energy Finance ^[1], la Unión Europea podría hacer frente de forma más ambiciosa al objetivo de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) con un bajo coste económico asociado. En la actualidad, el paquete de medidas 20-20-20 establece un compromiso de reducción de emisiones de un 20% con respecto a los niveles del año 1990. Sin embargo, en los últimos años están surgiendo propuestas para que la Comisión Europea incremente este objetivo hasta un 30%. El debate surge en este punto ante la necesidad de una mayor reducción de las emisiones de GEI, pero también ante los costes que llevaría asociado este nuevo objetivo en el momento de recesión económica actual.

El estudio ha evaluado el impacto que tendría el establecimiento del objetivo del 30% a través de un modelo de reducción de costes que considera los mercados de carbono, las mejoras tecnológicas y el precio de la electricidad, entre otros. En el modelo se asume que cada Estado Miembro sólo se comprometería a la reducción de emisiones en los casos en los que el coste marginal de reducción fuera menor al coste de compra de permisos en otro estado. Si esta medida se llevara a cabo y el objetivo de reducción de emisiones se incrementase del 20 al 30%, el coste medio anual estimado según este estudio aumentaría aproximadamente un 15%, pasando de un total de 23.3 MM€ a 26.7 MM€. La mayor parte de los costes de reducción se centrarían en los sectores energético, transporte y construcción, y tan sólo equivaldrían a una pequeña proporción del PIB, siendo de un 0.21% para el objetivo 20% y de un 0.24% para el objetivo del 30%. La Tabla 1 muestra la reducción de emisiones de CO₂ que se lograría para diferentes escenarios con distintos objetivos de reducción.

Tabla 1. Emisiones UE-27 y proyección del año 2020 según diferentes objetivos de reducción de emisiones. Fuente: Comisión Europea/ Bloomberg New Energy Finance. 

 En el modelo planteado, los quince Estados Miembros con mayor índice de bienestar sufragarían la mayoría de los costes asociados a alcanzar los objetivos, principalmente debido a la importación de créditos de carbono fuera de Europa y a la compra de los excedentes de derechos de emisión de otros países, mayoritariamente aquellos con PIB inferiores.

Así, Bloomberg New Energy Finance estima que si la implantación del objetivo del 30% se hiciera efectiva, las emisiones de gases de efecto invernadero en la UE27 para el año 2020 se reducirían en un 21% con respecto a los niveles de 1990, en comparación con la actual reducción del 13% prevista con el objetivo del 20%. El incremento del objetivo supondría un coste medio adicional de 3.5 MM€/año para el conjunto de la UE durante el periodo 2011-2020, equivalente a un 0.03-0.04% de la media del PIB europeo y equiparable según este estudio a un coste de 7-9€ por persona al año ^[2].

Fuentes:

[1] The cost of meeting a 30% emission reduction target in Europe, Bloomberg New Energy Finance White Paper, 2012.

[2] www.energiasrenovables.com

Investigadores de la Universidad de California han mostrado por primera vez un método integrado para convertir CO₂ en combustible líquido (isobutanol) usando electricidad.

 Autor: [R.M. Navarro – Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC)]

 La energía eléctrica generada por diferentes métodos renovables (hidráulica, eólica, fotovoltaica…) presenta la dificultad de su almacenamiento en los momentos en los que la producción sobrepasa la demanda. Los métodos de almacenamiento de electricidad actuales basados en baterías, bombeo hidráulico y electrolisis para producir hidrógeno tienen el inconveniente de su baja densidad y su baja eficiencia de almacenamiento.

 Para superar estos inconvenientes, se ha presentado en la revista Science [1] un método alternativo de almacenamiento de electricidad basado en la producción de alcoholes líquidos. Esta forma de almacenamiento permite una elevada densidad de acumulación de electricidad en forma química (alcoholes) además de poder ser una vía para la utilización de la electricidad renovable en los sistemas de  transporte sin modificar la infraestructura actual.

 El nuevo método de almacenamiento propuesto se inspira en la fotosíntesis. La fotosíntesis es el proceso de conversión de energía solar en energía química y su almacenamiento en forma de enlaces químicos en moléculas de azúcares.  El proceso de fotosíntesis se desarrolla en dos fases, la fase luminosa, en la que la energía lumínica se transforma en energía química, y la fase oscura en la que se convierte el CO₂ en azúcares.

 Siguiendo el esquema de la fotosíntesis, los investigadores de la Universidad de California, proponen un método de almacenamiento (Figura 1) en el que usan paneles solares para la transformación de la luz solar en electricidad que es utilizada para generar electroquímicamente ácido fórmico (simulando la fase luminosa de la fotosíntesis) y después utilizar este ácido fórmico para fijar el CO₂ en forma de isobutanol y otros alcoholes usando microorganismos (fase oscura fotosíntesis).

Figura 1- Método integrado de almacenamiento de energía solar en alcoholes

 El microorganismo utilizado en el proceso requiere poseer elevada selectividad para la producción de alcoholes así como estabilidad al crecimiento en un medio con corriente eléctrica. El microorganismo desarrollado por los autores del estudio es la Ralstonia eutropha H16 modificada genéticamente para producir isobutanol y 3-metil-1-butanol. Utilizando esta aproximación los autores alcanzan una producción superior a los 140 mg/l de alcoholes usando electricidad y CO₂ como únicas fuentes de energía y carbón.

El estudio publicado es el primero que permite la conversión de CO₂ en alcoholes líquidos usando  electricidad lo que lo convierte en una interesante opción para el almacenamiento químico de la electricidad. Adicionalmente también abre una interesante puerta en el campo de la valorización química del CO₂ de importancia en la lucha contra el cambio climático así como en los procesos de bio-refinería.

 Más información

“Integrated electromicrobial conversion of CO₂ to higher alcohols”, H. Li et al, Science, March 2012, vol 335 1596

Figura 1- Método integrado de almacenamiento de energía solar en alcoholes

El microorganismo utilizado en el proceso requiere poseer elevada selectividad para la producción de alcoholes así como estabilidad al crecimiento en un medio con corriente eléctrica. El microorganismo desarrollado por los autores del estudio es la Ralstonia eutropha H16 modificada genéticamente para producir isobutanol y 3-metil-1-butanol. Utilizando esta aproximación los autores alcanzan una producción superior a los 140 mg/l de alcoholes usando electricidad y CO₂ como únicas fuentes de energía y carbón.

El estudio publicado es el primero que permite la conversión de CO₂ en alcoholes líquidos usando  electricidad lo que lo convierte en una interesante opción para el almacenamiento químico de la electricidad. Adicionalmente también abre una interesante puerta en el campo de la valorización química del CO₂ de importancia en la lucha contra el cambio climático así como en los procesos de bio-refinería.

Más información

“Integrated electromicrobial conversion of CO₂ to higher alcohols”, H. Li et al, Science, March 2012, vol 335 1596