Energía y Sostenibilidad

La Comisión Europea acaba de publicar el informe “Actitud de los europeos ante la calidad del aire. Esta encuesta va encaminada a examinar el nivel de conocimiento de los europeos a cerca de los problemas y los cambios percibidos en la calidad del aire en los últimos años

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

El objetivo primordial de la Unión Europea (UE) en relación con la calidad del aire, es alcanzar unos niveles que no den lugar a riesgos sobre la salud humana y el medio ambiente. En la actualidad ya hay legislación e iniciativas para mejorar la calidad del aire, mediante el control de las emisiones nocivas en los sectores del transporte, la industria y la energía para proteger el medio ambiente. Además, la contaminación del aire es uno de los temas clave que se incluyen en la Propuesta de la Comisión Europea para un nuevo Programa de Acción Medioambiental (EAP) para 2020 “Vivir bien, dentro de los límites de nuestro planeta”.

La encuesta sobre el nivel de conocimiento de los europeos sobre la calidad del aire fue realizada sobre un total de 25.525 ciudadanos europeos mayores de 15 años de los 27 Estados miembros de la UE. Los resultados se han analizado tanto a nivel de la UE como de cada país individualmente. De los resultados de este estudio, en primer lugar decir que el 17% de los europeos declara sufrir de problemas respiratorios y el 87% piensa que las enfermedades respiratorias (asma y alergia) son un grave problema en nuestra sociedad.

En cuanto a la calidad del aire en Europa y los factores que la afectan, el 56% de los europeos considera que se ha deteriorado en los últimos 10 años, mientras que el 16% dicen que ha mejorado. Cuando se les pidió identificar los factores que repercuten en su calidad, el 96% piensan que son las emisiones de automóviles y camiones y el 92% las emisiones industriales y de la energía originada a partir de combustibles fósiles. La opinión de los europeos de cual es el sistema de transporte que utiliza el combustible más respetuoso con el medio ambiente el 71% de los encuestados considera los coches eléctricos y en segundo termino los coches híbridos (eléctrico / gasolina) con el 39%. Y en cuanto a los sistemas de calefacción en los hogares, la electricidad se considera el sistema de energía más ecológica en términos de la calidad del aire con un 50%, seguido de la biomasa de madera con un 46%, gas y el pellet de biomasa ambos con el 39%.

Las acciones más comunes para reducir las emisiones y abordar los problemas de la calidad del aire es utilizar el transporte público, la bicicleta o caminar en vez de recurrir al automóvil (63%) y sustituir los viejos equipos por otros nuevos con mejores eficiencias (54%).

El 43% tienen la opinión de que la forma más eficaz de abordar los problemas relacionados con la calidad del aire es la aplicación de estrictos controles en las actividades de producción industrial y energética. El 85% de los europeos está de acuerdo con el principio de quien contamina paga. El 49% piensa que los problemas de contaminación del aire pueden abordarse mejor a nivel europeo, mientras que el 23% piensa que estos problemas se abordan mejor a el nivel nacional y el 24% cree que el nivel local.

En cuanto a como reducir el impacto que la producción y uso de la energía tiene sobre la calidad del aire, el 70% piensa que las fuentes de energía renovables deben ser ineludibles y la eficiencia energética sólo un 28%. En los 27 países, la energía renovable es la opción energética más mencionada para ser prioridad ahora con vistas a los próximos 30 años en cuanto a calidad del aire.

Los resultados de este trabajo han permitido conocer el nivel de información y la actitud de los ciudadanos europeos, ante los problemas que genera y las medidas adoptadas, en cuanto a la calidad de nuestro aire.

Autor: José A. Villajos-Departamento de Tecnología Química y Energética. Universidad Rey Juan Carlos

El pasado día 11 de enero de 2013 dio comienzo el prestigioso salón del automóvil de Bruselas, donde se hizo entrega de la duodécima edición del premio FuturAuto que premia la innovación tecnológica en la industria del automóvil. Este año el ganador ha sido un vehículo automóvil eléctrico impulsado con hidrógeno mediante celda de combustible de fabricación en serie, el Hyundai ix35 FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle). A pesar de que Hyundai no ha sido la primera compañía en anunciar la fabricación en serie de vehículos de hidrógeno, ya que en el año 2009 Daimler y Mercedes Benz, así como Honda, anunciaron la distribución mediante “leasing” de un reducido número de unidades del Clase B F-Cell y del CFX Clarity, respectivamente, sí ha tomado la delantera tanto en la fecha de lanzamiento (a partir de este año 2013) como en el número de unidades producidas, que alcanzará las 1.000 unidades antes del 2015.

La obtención en serie de las celdas de combustible ha sido crucial para el importante abaratamiento de costes, desde los cerca de 600.000 € del primer prototipo presentado por Mercedes Benz hasta los 129.000 € estimados por la firma coreana (última cifra oficial, aunque en la presentación se habló de 86.000 €); cantidades aun prohibitivas para los bolsillos de los usuarios corrientes. Sin embargo, Hyundai pretende utilizar la experiencia recogida en la fabricación para el abaratamiento de los costes y la experiencia del uso y los avances tecnológicos para la solución de las deficiencias técnicas detectadas a fin de impulsar, con la construcción de 15.000 unidades a partir de 2015, la irrupción definitiva de la marca en el mercado del coche de hidrógeno, compitiendo de este modo con las actuales tecnologías alternativas de vehículos híbridos y eléctricos.

Como principales ventajas de esta tecnología se encuentran las de sobra conocidas y relacionadas con las “cero emisiones” contaminantes, aunque para que esto sea cierto es necesario desarrollar paralelamente un esquema de suministro de hidrógeno producido a partir de fuentes de energía renovables, que no impliquen el uso de combustibles fósiles para su obtención (si bien es cierto que aun siendo este su origen se conseguirían reducir las emisiones de gases de efecto invernadero como consecuencia del aumento del rendimiento energético). En añadido a las ventajas medioambientales, también hay importantes mejoras tecnológicas desde el punto de vista de la conducción y prestaciones en comparación con los modelos eléctricos actuales: a los 155 caballos de potencia máxima que mueven sus 1.835 kg de peso y que le confieren una conducción relativamente ágil,  de respuestas similares a las de un vehículo de gasolina, se le unen una autonomía de hasta 588 km y un tiempo de recarga de tan solo 3 minutos. Además, el ix35 FCEV es capaz de acelerar de 0 a 100 km/h en 12,5 segundos, una marca que es comparable al modelo estándar con motor térmico.

En cuanto a las desventajas, éstas siguen siendo las mismas que a principios de siglo, relacionadas con el precio de la celda de combustible, el del hidrógeno (en este caso, con un consumo de 1,01 kg de combustible por cada 100 km, unos 10-12 €/100 km, sin impuestos), el bajo desarrollo de la red de suministro de hidrógeno, incapaz de responder a una demanda a gran escala, y la durabilidad de las celdas de combustible. Eso por no hablar de la presencia de pesados tanques de gas a alta presión (hasta 700 bar) que incrementan la masa total del vehículo y hacen del repostaje a altísima presión una operación peligrosa, aunque caben otras posibilidades aun en fase de investigación.

Cabe destacar que la intención del fabricante no es la venta directa de estas mil unidades, sino la exposición mundial del modelo mediante el alquiler a clientes seleccionados. Por tanto, aunque el coche de hidrógeno se vislumbra aún desde lejos, cada vez más a consecuencia de la crisis económica y la inestabilidad política, este es un importante paso en el sector para promover el movimiento de los grandes fabricantes ante el  posicionamiento de Hyundai, dejando patente la cada vez mayor desventaja de occidente respecto de Japón y Corea en el desarrollo del hidrógeno como la energía del futuro.

Parece evidente que la manipulación precisa de la tensión elástica en los materiales constituye un nuevo y prometedor campo de investigación y desarrollo.

 Autora: [Mª Belén Gómez Mancebo – CIEMAT]

Para mejorar los paneles solares se investigan, en especial, nuevos materiales, buscando la reducción de costes al tiempo que se aumenta la eficiencia energética. Pero un grupo de científicos ha decidido enfocar la mejora desde otro punto de vista que implica el cambio de la forma de la tecnología.

Parte de la investigación que busca celdas solares cada vez más eficientes, se está enfocando en conseguir energía de un espectro más amplio de la luz solar, para lo que han desarrollado el Embudo para la Energía Solar. En este concepto desarrollado por un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, con la colaboración de la Universidad de Pekín en China, el término “embudo” es una metáfora: Los electrones separados de los átomos por la energía de los fotones son impulsados hacia el centro de la estructura por fuerzas electrónicas, no por la gravedad como en un embudo común.

El material es una lámina estirada de material infinitamente delgada, de disulfuro de molibdeno (MoS₂),  que empuja electrones hacia abajo, hacia su centro, gracias a una aguja microscópica que actúa sobre la superficie y produce una curvatura en forma de embudo.

La presión ejercida por la aguja provoca una deformación elástica, la cual crece hacia el centro de la lámina. La tensión variable cambia la estructura atómica lo suficiente como para sintonizar las diferentes secciones con las diferentes longitudes de onda de luz – que incluyen no sólo la luz visible, abarcando de este modo una porción más amplia del espectro de la luz solar, con la consecuencia de un mejor aprovechamiento energético de la radiación emitida por el Sol.

Las propiedades semiconductoras del MoS₂, unidas a ese efecto embudo, lo convierten en candidato perfecto para conseguir células solares más eficientes que las basadas en silicio.

Hasta ahora, la idea sólo se ha contemplado desde el punto de vista teórico. Ahora queda comprobar el funcionamiento en condiciones de laboratorio para confirmar que el material responde de la misma manera que predicen los modelos.

El Programa SOLGEMAC (Aprovechamiento térmico de la energía Solar de manera Gestionable, Eficiente y Modular en sistemas de Alta Concentración) involucra a un consorcio formado por seis grupos de investigación: IMDEA-Energía, CIEMAT-SSC, CIEMAT-DQ, URJC, INTA y UAM. Cada uno de estos organismos dedica su actividad investigadora al desarrollo de un aspecto tecnológico específico de las centrales solares termoeléctricas: sistemas de concentración, receptores, acumuladores, etc. Una de las Tareas que se exige a los participantes del Proyecto es que realicen una integración óptima de los esquemas desarrollados, es decir, que establezcan las posibilidades de integración de las diferentes tecnologías, analizando su compatibilidad con el resto de tecnologías adyacentes, y determinando su potencial de integración en plantas termoeléctricas de generación distribuida.

 Autora: M. Pilar Orihuela-INTA

El Programa SOLGEMAC tiene por objeto sentar las bases científicas y tecnológicas que permitan abordar el desarrollo de nuevos sistemas de aprovechamiento térmico y químico de la energía solar concentrada de forma más eficiente, gestionable y modular. Todas las tareas que se están llevando a cabo, y que forman parte del programa de trabajo, están enfocadas a mejorar alguno de estos tres aspectos de los sistemas termosolares: la modularidad de diseño, la eficiencia en el aprovechamiento térmico, y la gestionabilidad de la energía térmica producida mediante sistemas de almacenamiento.

A pesar de tener un enfoque común, el Programa SOLGEMAC involucra a un consorcio formado por seis grupos de investigación y dos empresas colaboradoras:

- Grupos de Investigación: IMDEA-Energía, CIEMAT-SSC, CIEMAT-DQ, URJC, INTA y UAM

- Empresas colaboradoras: TORRESOL Energy Investment; Hynergreen Technologies.

 Cada uno de estos organismos dedica su actividad investigadora al desarrollo de un aspecto tecnológico específico de las centrales solares termoeléctricas: sistemas de concentración, receptores, acumuladores, etc. Cada grupo está encargado de desarrollar un esquema tecnológico diferente en base a un componente concreto de la planta. A pesar de la disparidad tecnológica, todos los esquemas están enfocados a la consecución de un objetivo común: la mejora de la modularidad, la eficiencia y la gestionabilidad de la planta.

En la siguiente tabla (tabla 1) pueden verse todas las Tecnologías que se están desarrollando dentro del Programa SOLGEMAC y los grupos de investigación que participan de su desarrollo.

Tabla 1. Listado de tecnologías del Programa SOLGEMAC y grupos responsables de su desarrollo

Con el fin de realizar una integración óptima de los esquemas desarrollados, se plantea una Tarea específica dentro del Programa SOLGEMAC denominada Integración de Tecnologías. Los principales objetivos de esta Tarea son:

-          Trazar la interrelación entre los diversos sistemas en desarrollo dentro del Programa SOLGEMAC.

-          Analizar la compatibilidad técnica entre los mismos.

-          Probar su integrabilidad dentro del esquema global de una planta solar térmica para generación distribuida de potencia.

El trabajo que están desarrollando los participantes del Proyecto para esta Tarea tiene por objeto establecer las posibilidades de integración de las diferentes tecnologías del Programa SOLGEMAC, analizando su compatibilidad con el resto de tecnologías adyacentes, y determinando su potencial de integración en plantas termoeléctricas de generación distribuida. El estudio incluirá distintos escenarios temporales derivados del grado de desarrollo y madurez de las diferentes tecnologías.

En la siguiente figura (Figura 1) puede verse un diagrama preliminar de conexiones entre las diversas tecnologías que forman parte del Programa SOLGEMAC.

Figura 1. Interrelación entre las diversas tecnologías que se están desarrollando dentro del Programa de I+D SOLGEMAC

Es de esperar que los resultados de este estudio contribuyan a homogeneizar el programa de trabajo y reducir el riesgo de dispersión en los resultados, dada la diferente aplicabilidad e interés industrial de las diversas tareas del Programa.

La central Termosolar Borges (Lleida) de 22,5 MW, primera instalación híbrida en el mundo que combina energía termosolar y biomasa, suministrará energía eléctrica limpia a 27000 hogares, evitando así la emisión de 24500 toneladas de CO₂ anuales.

 Autor: [Javier Fermoso – Instituto IMDEA Energía]

La central Termosolar Borges, es un claro ejemplo de que la combinación de fuentes de energía renovable, en sus distintas formas, puede constituir a medio plazo una alternativa viable al uso masivo de combustibles fósiles, cuyos efectos sobre el medio ambiente son sobradamente conocidos, en una sociedad cada día más energéticamente dependiente.

A finales de marzo de 2011 Abantia y Comsa Emte, dos grupos empresariales españoles con amplia experiencia en el campo del desarrollo, construcción y explotación de infraestructuras de generación de energías renovables, iniciaron la construcción de la planta Termosolar Borges en el municipio de Les Borges Blanques (Lleida). En la Figura 1 a) se muestra una panorámica de esta planta de generación de electricidad que combina la tecnología solar termoeléctrica (Figura 1b: campo solar) con el uso de calderas de combustión de biomasa. Esta iniciativa se considera pionera a nivel mundial ya que, la mayoría de las plantas termosolares existentes hasta la fecha, utilizan gas natural durante la noche para completar la producción de electricidad continuada durante las 24 horas del día.

Figura 1. Vista panorámica (a) y campo solar (b) de la planta Termosolar Borges (Lleida).

Esta planta de generación de energía limpia, que ha supuesto una inversión de 153 millones de euros, se ha instalado en un tiempo record de 20 meses, concluyendo el pasado mes de noviembre la fase de pruebas de sincronización de la turbina y ya ha comenzado el suministro de energía eléctrica a la red. La termosolar Borges de 22,5 MW de potencia instalada comienza ahora la curva de producción hasta llegar a alcanzar la máxima potencia, lo que se traducirá en una producción eléctrica anual de 98000 MWh, capacidad suficiente como para abastecer de energía limpia a 27000 hogares, evitando así la emisión de 24500 toneladas de CO₂ anuales.

Este sistema de hibridación con biomasa permite el funcionamiento las 24 horas del día al conseguir un mayor aprovechamiento de la instalación, ya que la captación de rayos solares durante las horas diurnas, a través la tecnología de colectores cilíndrico parabólicos, permite calentar hasta 400ºC un aceite industrial que circula por un tubo situado a lo largo de cada uno de los colectores. Este aceite es conducido al generador de vapor de media y alta presión, el cual acciona la turbina de vapor produciendo energía eléctrica. El campo solar está formado por 2688 receptores parabólicos (dispositivos que se orientan según la trayectoria de desplazamiento del sol). Éstos tienen unas dimensiones de 5,5 metros de diámetro y 12 metros de longitud, y ocupan una superficie de 96 hectáreas. La producción de electricidad continuada durante las 24 horas del día se completa durante las horas nocturnas mediante la generación de vapor de agua en las calderas de combustión de biomasa instaladas a tal efecto, cuyo combustible principal serán residuos de biomasa forestal y agrícola, así como cultivos energéticos.

Este es un buen ejemplo de las muchas posibilidades que nos ofrece la hibridación de las diversas tecnologías basadas en energías renovables, mediante la cual, las debilidades de unas son contrarrestadas por los puntos fuertes de otras, e ir así hacia sistemas energéticos cada vez más sostenibles y basados en fuentes de energía renovable.

 Referencias

 http://www.abantia.com/media/upload/pdf//01_abantia_termosolarborgescast_editora_58_66_1.pdf

 http://www.energias-renovables.com/articulo/entra-en-funcionamiento-la-primera-planta-hibrida-20121213