Energía y Sostenibilidad

Autor: José Julián Alemán Lara. UAM

En 1957 se publicó una fotografía en The New York Magazine donde podía verse a un hombre con los ojos vendados mezclando algunos reactivos y cuyo pie de foto decía: “El Dr Arnold Moore llevando a cabo un experimento para probar la teoría de que los mayores descubrimientos científicos se encuentran por accidente”. Este tipo de descubrimientos están basados en lo que se conoce como “Serendipia”.

Durante la última década, el uso de la fotocatálisis ha abierto la puerta al desarrollo de nuevos métodos sintéticos que dan acceso a una amplia gama de moléculas activas, generalmente radicales, que siguiendo distintas vías dan acceso a productos de gran valor farmacológico y agrícola. Un ejemplo de ello es la reacción de arilación fotocatalítica, descrita por primera vez hace cinco años. Sin embargo, la version fotocatalítica de la reacción de alilación era desconocida hasta ahora. Trabajando con sistemas alílicos y fotocatálisis, Ana Martínez-Gualda, primera autora del proyecto que se describe a continuación, observó la formación de un subproducto que correspondía con la ruptura de un enlace C-O de un sistema alílico. Tras estudiar este resultado inespor: José Julián Aleman Laraerado se dio cuenta de que la importancia de esta transformación, lo que resulta un caso claro de serendipia. Dos años después, presentamos por vez primera la version fotocatalítica de la reacción de alilación de nucleófilos como heteroarenos, aminas y alcoholes (Figura 1). Esta nueva metodología permite la síntesis cromoselectiva de los compuestos Z- y E- alilados. Mientras que el uso de radiación UV permite obtener los hasta ahora inaccesibles compuestos Z-alilados, los isómeros E- pueden obtenerse mediante irradiación con luz visible y cambiando el sistema catalítico.

 Fig. 1 Síntesis cromoselectiva fotocatalizada de compuestos alilados Z- o E- presentada en este trabajo.

Uno de los aspectos más excitantes de este proyecto fue la elucidación del mecanismo de reacción mediante el trabajo de un excepcional grupo de investigadores que combinaron cálculos DFT, estudios de fotólisis de destello de láser y datos espectroscópicos (Figura 2). La detección de la formación de un carbocatión después de un proceso de oxidación-reducción consecutivos fue un gran descubrimiento. Tras la demostración de la existencia de este intermedio mediante estudios de fotólisis de destello de láser, el siguiente paso fue extender esta metodología tanto como fuera posible. Las aminas alílicas están presentes en numerosos productos naturales y fármacos con actividad anti-fúngica, anti-bacterial y anti-inflamatoria. Además fue posible utilizar también como nucleófilos alcoholes y heterociclos ricos en electrones para formar los correspondientes productos Z- y E- alilados. Aunque la actividad biológica de los compuestos E- es bien conocida, creemos que el acceso a los correspondienbtes compuestos Z- abrirá nuevas vías para futuras investigaciones.

Fig. 2 Propuesta de mecanismo para la reacción de alilación (izquierda) y estudios de fotólisis de destello láser (derecha).

Contacto

José Alemán, Responsable de grupo FRUAM en FotoArt-CM – jose.aleman@uam.es

Coordina FotoArt-CM: Víctor A. De la Peña O´Shea. IMDEA Energía.

https://rdcu.be/bGHSA

Un nuevo protocolo químico introduce el diseño en superficie de polímeros basados en antraceno con un bandgap electrónico estrecho, de amplio interés para la optoelectrónica orgánica.

Autor: David Écija Fernández. IMDEA nanociencia

Las propiedades ópticas y electrónicas de los polímeros π-conjugados los han colocado en el paradigma de la electrónica orgánica. A pesar de los grandes avances en el campo, la escasa solubilidad de muchos de estos compuestos impide su síntesis por métodos químicos estándar, como es la química de disolución. Por ejemplo, los compuestos de acenos (anillos de benceno fusionados en una disposición rectilínea) presentan un gran potencial para la electrónica plástica, pero el diseño de polímeros conjugados de alta calidad basados en unidades de aceno no se ha logrado completamente hasta la fecha. Aquí, la síntesis en superficie (on-surface) se ha convertido en una poderosa herramienta para diseñar con precisión atómica una amplia variedad de nanomateriales.

En la reciente publicación de Angewandte Chemie Int. Ed., investigadores liderados por los profesores David Écija, Nazario Martín, Pavel Jelínek y Jonas Björk han presentado un extenso estudio sobre la síntesis en superficie de nanohilos moleculares de poli(p-antraceno etinileno), en una superficie de oro. En el estudio se ha utilizado la microscopía de efecto túnel (STM), microscopía de fuerza atómica (AFM) y teoría funcional de la densidad (DFT). La nueva estrategia química se basa en la deshalogenación, el homo-acoplamiento y la aromatización de un precursor de antraceno quinoide dotado de grupos =CBr₂. El calentamiento a 400K permitió la desbromación y, después de la difusión de la especie, se formaron hilos moleculares sin defectos de hasta 30 nm de largo. La microscopía STM reveló la distribución espacial de los bordes de las bandas de valencia y conducción, y se encontró un estrecho bandgap de 1.5 eV, posteriormente confirmado por los cálculos DFT.

Síntesis de polímeros de antraceno enlazados con puentes etinileno (-C≡C-) sobre una superficie de oro

Hasta la fecha, nadie había logrado polimerizar la familia de los acenos. Este desafío fue abordado mediante la combinación de la química orgánica (Prof. Nazario Martín) y la química en superficie (Prof. David Écija). En la síntesis, las especies precursoras estaban equipadas con grupos funcionales adecuados para dirigir la formación de puentes de etinileno (-C≡C-). Esta elegante reacción de acoplamiento tiene pocos productos secundarios y permite el estudio detallado a nivel atómico de la estructura molecular. En particular, su bajo bandgap hace de esta estructura un interesante nanomaterial para dispositivos optoelectrónicos. Se necesitarán estudios posteriores que ya están en curso para investigar la transferencia óptima de los polímeros a dispositivos funcionales.

Écija señala que “el estudio es exhaustivo; incluye no solo la síntesis de una nueva familia de polímeros, sino que también abarca sus propiedades electrónicas a lo largo de la macromolécula”. Los autores confían en las nuevas posibilidades de este nanomaterial: “Creemos que este avance traerá nuevas posibilidades para el desarrollo de dispositivos electrónicos orgánicos; ahora hay mucho trabajo por delante”, dice Santos, coautor de la publicación de acceso abierto. Por ejemplo, la transferencia del grafeno poroso a otros sustratos ya se ha demostrado recientemente, lo que abre nuevas vías para llevar estos nanomateriales a nuevas aplicaciones.

Este trabajo es una colaboración multidisciplinar entre científicos de IMDEA Nanociencia (Madrid), la Universidad Complutense de Madrid, el Centro Regional de Tecnologías y Materiales Avanzados (República Checa), la Academia de Ciencias de la República Checa y la Universidad de Linköping.

David Écija y Nazario Martín son investigadores de IMDEA Nanociencia, Centro de Excelencia Severo Ochoa. El trabajo de Écija y su grupo se centra en la química física y la nanociencia molecular en interfaces. David Écija fue galardonado recientemente con la beca ERC Consolidator por su proyecto ELECNANO, que diseñará nanomateriales eléctricamente ajustables que incorporan lantánidos. Nazario Martín (IMDEA Nanociencia y Universidad Complutense de Madrid) tiene actualmente una beca Advanced del ERC y su investigación se centra en la química de las nanoestructuras de carbono. El trabajo ha sido cofinanciado por el proyecto sinérgico QUIMTRONIC de la Comunidad de Madrid que dirigen Martín y Écija.

Fuente: IMDEA Nanociencia

Publicación de Acceso Abierto

 A. Sánchez-Grande et al. Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201814154 (2019).

David Écija Fernández

david.ecija@imdea.org

http://ecijalab.com/

Hito mundial en la produción de combustible solar: SUN-to-LIQUID produce queroseno solar a partir de energía solar, agua y CO2

Autores: Manuel  Romero Álvarez y José González Aguilar.

La transición desde los combustibles fósiles a los combustibles de origen renovable es uno de los retos más importantes a los que nos enfrentamos para el futuro. El proyecto SUN-to-LIQUID aborda este reto con el objetivo de producir combustibles renovables para el transporte a partir de agua y CO₂ utilizando energía solar concentrada. El proyecto, que recibe financiación de la UE y de Suiza, acaba de demostrar con éxito la primera síntesis de queroseno solar. “La tecnología solar en la que se fundamenta SUN-to-LIQUID y su planta química integrada se han podido validar experimentalmente en condiciones reales de operación relevantes para su desarrollo industrial”, afirma el Prof. Aldo Steinfeld del ETZ de Zúrich, quien lidera el desarrollo del reactor químico utilizado en el proceso termoquímico solarizado. “Esta demostración tecnológica podría tener importantes consecuencias para el sector del transporte, especialmente para la aviación de larga distancia, así como para el sector naval, pues dependen totalmente del repostaje de combustibles líquidos”, ha anunciado el coordinador del proyecto, el Dr. Andreas Sizmann de Bauhaus Luftfahrt, “Estamos ahora un poco más cerca de vivir en un sistema basado en la generación energética renovable en vez de quemar nuestra herencia energética fósil. Se trata de un paso necesario para proteger nuestro medio ambiente.”

Desde el laboratorio al campo solar

En el proyecto europeo precedente, denominado SOLAR-JET, se desarrolló la tecnología de base y se realizaron los primeros ensayos de producción de combustible de turbinas de aviación a escala de laboratorio. El proyecto SUN-to-LIQUID ha llevado a cabo el cambio de escala de la tecnología para la realización de los primeros ensayos con radiación solar real en una torre solar. Para llevar a cabo esta demostración, se ha construido una planta de concentración solar ubicada en el Instituto IMDEA Energía de Móstoles, España. Según nos explica el Dr. Manuel Romero de IMDEA Energía, “Se dispone de un campo de heliostatos, espejos que siguen en todo momento la posición del sol, que consigue concentrar 2.500 veces la radiación solar – tres veces más de la concentración utilizada en las torres solares comerciales habitualmente utilizadas para producir electricidad”.  Este flujo tan intenso de energía solar, que ha sido verificado por el sistema de medida de flujo desarrollado para este proyecto por el Centro Aerospacial Aleman (DLR), permite que se alcancen temperaturas de más de 1.500 ºC en el interior del reactor solar que se ubica en la parte superior de la torre. El reactor solar, desarrollado por el ETH de Zúrich, produce gas de síntesis, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono, a partir de agua y CO₂ mediante un ciclo termoquímico de reducción-oxidación. Posteriormente, dicho gas se transforma en queroseno in-situ mediante una planta química de transformación gas-a-líquido y que ha sido desarrollada por la empresa holandesa Hygear.

Suministro ilimitado de combustible medioambientalmente sostenible

Comparado con los combustibles de turbinas de aviación de origen fósil, las emisiones netas de CO₂ a la atmósfera se pueden llegar a reducir en más de un 90%. Además, dado que el proceso solarizado utiliza recursos abundantes y que no compiten con la producción de alimentos, se puede aplicar para cubrir la futura demanda mundial de combustible sin necesidad de remplazar la actual infraestructura de distribución, almacenamiento y utilización del combustible líquido.

Datos del proyecto

SUN-to-LIQUID es un proyecto con una duración de cuatro años que recibe financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea y de la Secretaría de Estado de Educación, Investigación e Innovación de Suiza (SERI). El proyecto comenzó en enero de 2016 y finalizará el 31 de diciembre de 2019. En el consorcio SUN-to-LIQUID se congregan centros de investigación y empresas europeas del ámbito de la producción termoquímica de combustibles solares, como ETH Zúrich, IMDEA Energía, DLR, Abengoa y HyGear Technology & Services B.V. El coordinador del proyecto, Bauhaus Luftfahrt e.V., es también responsable de análisis tecno-económico de la tecnología. ARTTIC apoya al consorcio de investigación en las labores de gestión y comunicación.

Para más información https://www.sun-to-liquid.eu/

                                         https://www.youtube.com/watch?v=paNEpYNLcY4

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Bauhaus Luftfahrt (Coordinador del Proyecto)

Bauhaus Luftfahrt es una institución de investigación interdisciplinar financiada por cuatro compañías aeronáuticas, Airbus Group, Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft (IABG), Liebherr-Aerospace y MTU Aero Engines, y por ayudas del Ministerio de Asuntos Económicos, Comunicación, Energía y Tecnología de Baviera. Se trata de una asociación sin ánimo de lucro orientada a actuar como un think-tank internacional. El equipo de unos 50 empleados trabaja en la movilidad del futuro en general y, más en particular, en el sector aéreo. El objetivo del centro de investigación es analizar el complejo sistema de la aviación desde diferentes puntos de vista. En cada proyecto, los aspectos técnicos, económicos, sociales y ecológicos son considerados holísticamente. www.bauhaus-luftfahrt.net

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

El Centro Aerospacial Alemán (DLR) es el centro de investigación en aeronáutica y espacial de Alemania. Su extenso trabajo de investigación en aeronáutica, espacio, energía, transporte, seguridad y digitalización se integra en iniciativas de colaboración nacional e internacional. Además de llevar a cabo su programa propio de investigación, en su calidad de agencia alemana del espacio, DLR tiene la responsabilidad de planear y ejecutar el programa aeroespacial alemán. DLR es también el paraguas que coordina una de las agencias nacionales de gestión de proyectos.

DLR cuenta con aproximadamente 8.000 empleados en 20 localidades de Alemania: Colonia (sede), Augsburgo, Berlín, Bonn, Braunschweig, Bremen, Bremerhaven, Dresden, Goettingen, Hamburgo, Jena, Jülich, Lampoldshausen, Neustrelitz, Oberpfaffenhofen, Oldenburg, Stade, Stuttgart, Trauen y Weilheim. DLR tiene oficinas propias en Bruselas, París, Tokio y Washington D.C. www.DLR.de

ETH Zurich (Swiss Federal Institute of Technology, Zurich)

ETH Zúrich se asienta en auténticos valores suizos tales como la responsabilidad individual, el espíritu emprendedor y el mantenimiento de una mente abierta. La universidad de ciencia y tecnología se creó en el año 1855, cuando los fundadores de la Suiza moderna lo concibieron como un centro de innovación y conocimiento. Cuenta con 530 profesores y alrededor de 21.400 estudiantes, incluyendo 4.200 estudiantes doctorales, de más de 120 países. Las temáticas de investigación son muy variadas: ciencias naturales, ingeniería, arquitectura, matemáticas, ciencias aplicadas, gestión y ciencias sociales. Los resultados e innovaciones de ETH se canalizan hacia algunos de los sectores de alta tecnología de Suiza como la informática, micro y nanotecnología o la medicina puntera. Cada año ETH registra 100 nuevas patentes y 200 invenciones de promedio. Desde 1996, la universidad ha generado un total de 407 empresas de base tecnológica. ETH tiene además una excelente reputación en los círculos científicos pues cuenta con 21 premios Nobel que han estudiado, enseñado o investigado en sus centros. En las listas internacionales de reputación ETH figura normalmente como una de las universidades de cabeza. www.ethz.ch

Instituto IMDEA Energía

La Fundación IMDEA Energía fue creada en noviembre de 2006 por el Gobierno de la Comunidad de Madrid, con el fin de promover investigación e innovación en el ámbito de las tecnologías energéticas. El objetivo último de la Fundación es alcanzar y transferir resultados científicos y tecnológicos de impacto que puedan contribuir al desarrollo del futuro sistema energético sostenible, estableciendo fuertes lazos con las principales empresas del sector energético. Las líneas de investigación de IMDEA Energía se focalizan hacia el desarrollo de las energías renovables y de las tecnológicas energéticas limpias. En la actualidad son temas prioritarios de investigación la producción de combustibles limpios; la energía solar; el almacenamiento de energía; la gestión inteligente de la demanda de electricidad; la eficiencia energética y la valorización de las emisiones de CO₂. La investigación en energía solar tiene como principal objetivo el desarrollo de sistemas modulares, eficientes, gestionables y competitivos basados en las tecnologías de concentración solar para la generación eléctrica, el calor de proceso industrial y la producción de combustibles solares y productos químicos. www.energia.imdea.org

Abengoa

Abengoa es una compañía internacional que aplica soluciones tecnológicas innovadoras para el desarrollo sostenible en los sectores de infraestructuras, energía y agua. Abengoa tiene una extensa experiencia en la ingeniería, construcción, montaje y puesta en marcha de plantas de generación eléctrica con tecnologías de ciclo abierto, ciclo combinado, cogeneración, parques eólicos, plantas termosolares y fotovoltaicas, y de biomasa que exceden los 12.800 MW de capacidad instalada. Abengoa desarrolla proyectos llave en mano en todas las áreas en las que desarrolla su cadena de valor: desarrollo, ingeniería, compra, construcción y puesta en marcha, así como operación y mantenimiento. Abengoa dispone de su propia tecnología termosolar y se ha convertido en un líder mundial en la construcción de plantas termosolares, con un 34 % de la potencia instalada en el mundo. El desarrollo tecnológico sigue siendo la clave para la competitividad de Abengoa en proyectos de alto valor añadido. La empresa sigue involucrada en proyectos de I+D que permiten mejorar la eficiencia de sus productos y servicios actuales, así como en la adquisición de nuevos conocimientos. Hasta 2018, la inversión acumulada en I+D ha alcanzado los 800 M€ y ha dado lugar a la obtención de 342 patentes.  www.abengoa.es

HyGear

HyGear Technology & Services B.V. es una PYME ubicada en Arnhem, Países Bajos, que se dedica al desarrollo y fabricación de pequeñas plantas de procesado y purificación de gases. La empresa ha desarrollado tecnología propietaria de generadores de hidrógeno in-situ (Hy.GEN), y sistemas de purificación de gas (Hy.REC) para aplicaciones industriales. HyGear ofrece comercialmente estos sistemas mediante contratos tipo “gas como servicio” para suministrar gases como hidrógeno, oxígeno o nitrógeno producidos localmente y a coste competitivo. La misión de HyGear es avanzar hacia el mercado el uso de pequeñas plantas químicas. Algunas de sus nuevas tecnologías, como las pequeñas plantas gas a líquido (Gas-to-Liquid) y los sistemas de ultra purificación de gases (Gas.PURE) ya son demandadas por el mercado. www.hygear.com

ARTTIC

Creado en 1987, ARTTIC es un proveedor europeo independiente de servicios de gestión, especialmente en el área de grandes proyectos internacionales de I+D. ARTTIC cuenta con oficinas en Francia, Bélgica, Alemania e Israel. ARTTIC es una PYME con una plantilla de 60 empleados.

ARTTIC proporciona soporte práctico en todos los aspectos de gestión de proyectos internacionales de I+D. Sus servicios incluyen el análisis de viabilidad de los proyectos, la búsqueda de socios tecnológicos, formación de consorcios, desarrollo de la propuesta, apoyo en la negociación de contratos, gestión del proyecto en marcha y ayuda en la difusión y explotación de los resultados obtenidos. www.arttic.eu

Contacto: José  González Aguilar, jose.gonzalez@imdea.org

Este proyecto ha recibido financiación del programa de Investigación e innovación de la Unión Europea Horizonte 2020 bajo contrato No 654408.

Las actividades desarrolladas por el miembro ETH Zúrich han sido financiadas por la Secretaría de Estado Suiza de Educación, Investigación e Innovación (SERI) bajo contrato No 150330.

FotoArt-CM

Nueva generación de materiales para la obtención de combustibles a través de fotosíntesis artificial aprovechando la energía solar.

Autor: Víctor de la Peña O`Shea

Uno de los retos más importantes de la sociedad actual es paliar los consecuencias de los gases de efecto invernadero (GEIs) como principales causantes del calentamiento global. Para ello FotoArt-CM propone el desarrollo de una nueva tecnología basada en energías sostenibles conocida como fotosíntesis artificial, que permita no sólo disminuir estas emisiones, sino también la valorización de estos contaminantes obteniendo de ellos productos de gran interés para la sociedad, tales como combustibles, fármacos, plásticos, fertilizantes, etc.

La fotosíntesis artificial es una de las estrategias más prometedoras a nivel mundial dentro del desarrollo de un modelo de economía circular, en línea con la reciente estrategia a largo plazo de la Comisión Europea para una Europa climáticamente neutra en 2050, para el uso de materias primas abundantes en la naturaleza (CO₂, H₂O, N₂ y biomasa) en la obtención de combustibles y productos químicos.

Se trata de un proceso de gran complejidad que requiere de la sinergia entre investigadores de diversas áreas de la ciencia para resolver las limitaciones tecnológicas actuales, tales como la disponibilidad y durabilidad de los materiales, eficiencia de reactores y procesos y tasa de retorno energético (TRE).

Aquí es donde FotoArt-CM, este Consorcio de institutos y centros de investigación encuentra su espacio de trabajo, aunando los esfuerzos de un conjunto multidisciplinar de grupos de investigación, empresas y centros públicos en el desarrollo de una nueva generación de materiales y dispositivos, que permitan el uso eficiente de energía solar en la obtención de combustibles y productos químicos, utilizando para ello la fotosíntesis artificial.

El Programa FotoArt-CM “Nueva generación de materiales multifuncionales para la fotosíntesis artificial” ha sido recientemente seleccionado por la Consejería de Educación e Investigación, al amparo de la Convocatoria de ayudas destinadas a la realización de programas de actividades de I+D entre grupos de investigación de la Comunidad de Madrid en Tecnologías 2018 (V PRICIT). De los 41 proyectos financiados por la Comunidad de Madrid en Tecnologías en esta convocatoria, FotoArt-CM ha sido el Programa que mayor financiación ha recibido con un presupuesto total de 1.083.374,00 Euros para sus 4 años de ejecución (2019-2022).

FotoArt-CM incorpora academia, industria, sociedad y administración pública en el desarrollo de un ambicioso Programa de investigación, innovación, formación, difusión y transferencia de resultados en el área de Energía, Medio Ambiente y Cambio Climático. Además, supone la integración de un enfoque tanto científico como tecnológico para proporcionar una alternativa a los combustibles fósiles mediante la conversión y almacenamiento de energía solar

El Doctor Víctor de la Peña O’Shea, líder de la Unidad de Procesos fotoactivados en la Fundación IMDEA Energía coordina el Consorcio FotoArt, integrado por 82 investigadores pertenecientes al Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de Madrid, el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP-CSIC) y las Fundaciones IMDEA Energía, IMDEA Materiales e IMDEA Nanociencia. Los 6 grupos de investigación y 4 laboratorios de la REDLAB implicados en FotoArt, atesoran una dilatada experiencia científica en el campo de los materiales y la nanotecnología y su aplicación en procesos de interés para la industria química, ambiental y energética. Además, contarán con el apoyo de al menos 18 grandes empresas, PYMES, agrupaciones empresariales, asociaciones sin ánimo de lucro, así como con la participación de dos Ayuntamientos (Madrid y Móstoles) en el cumplimiento de sus ambiciosos objetivos.

El Programa FotoArt-CM inició su andadura en una primera reunión celebrada el pasado 30 de enero de 2019 en las instalaciones de IMDEA Energía, donde se constituyó formalmente el Comité de gestión del Consorcio como órgano encargado de la toma de decisiones de índole técnica, científica y administrativa de las actividades programadas, además de realizar una presentación de FotoArt-CM, sus actividades futuras y objetivos perseguidos por parte del Coordinador.

FotoArt-CM espera ser una referencia en el avance del conocimiento de los procesos de fotosíntesis artificial, sentando las bases de una de las estrategias más prometedoras para la reducción de los GEIs y de la dependencia de los combustibles fósiles.

FotoArt-CM espera ser una referencia en el avance del conocimiento de los procesos de fotosíntesis artificial, sentando las bases de una de las estrategias más prometedoras para la reducción de los GEIs y de la dependencia de los combustibles fósiles.

Por otro lado, el desarrollo tecnológico en campos como la ingeniería de materiales, energética y química abrirá las puestas a la transferencia tecnológica y de mercado a través de una estrecha colaboración con la industria. Este progreso tendrá un elevado impacto en un mercado en expansión, como es el de las tecnologías verdes dentro de un desarrollo basado en la economía circular.

Coordina:

Autores: Zaira Navas, Diego García y Diego Iribarren-Instituto IMDEA Energía

Desde hace algunos años, el sector del transporte está experimentando un gran cambio debido a la entrada de vehículos propulsados por combustibles alternativos menos contaminantes que los convencionales. Un ejemplo de ello es el fomento del vehículo eléctrico como posible sustituto de los vehículos de diésel y gasolina. En este sentido, es interesante analizar el consumo de los vehículos eléctricos y la forma en la que afecta al sistema eléctrico nacional. Para saber qué consumo eléctrico supone la utilización de este tipo de vehículos, es necesario tener en cuenta los consumos y kilometrajes específicos en función del servicio al que estén destinados (uso público o privado, transporte de pasajeros o de mercancías, etc.). Estos valores se exponen en la tabla adjunta:

En 2015 se registraron en España 15.136 vehículos eléctricos [16]. Asumiendo los parámetros especificados en la tabla superior, se obtiene que el consumo eléctrico asociado fue de 21,37 GWh en 2015. Este extra de demanda eléctrica apenas supone un 0,008% sobre la demanda nacional de electricidad.

Se estima que la flota de este tipo de vehículos va a aumentar considerablemente en los próximos años. Si en 2030 se consiguiese alcanzar la cifra de 3.000.000 de vehículos eléctricos en España, y asumiendo una distribución por categoría de acuerdo a [17], el extra de consumo sería de aproximadamente 2.697 GWh. Aunque esta cifra puede parecer muy elevada en comparación con la de 2015, dicha demanda tan solo supondría un 0,86% del total de electricidad.

Por tanto, se puede concluir que el consumo eléctrico adicional provocado por la implantación de vehículos eléctricos sería asumible desde el punto de vista de la generación. Aun así, la entrada de esta flota de vehículos obliga a que se continúe investigando otros aspectos técnicos y de gestión de la red que garanticen el buen funcionamiento del sistema y eviten problemas de abastecimiento y sobrecargas en horas pico. En otras palabras, será necesario un esfuerzo para planificar la demanda de una forma inteligente, por ejemplo, incentivando la carga nocturna.

Referencias

[1]       https://www.xataka.com/vehiculos/las-motos-electricas-zero-llegan-a-los-325-kilometros-de-autonomia

[2]       ecoTECHNOLOGY forVehicles, “Vectrix maxi-scooter personal electric vehicle test results report”, octubre 2009.

[3]       http://www.zeromotorcycles.com/es/range

[4]       https://pushevs.com/2016/11/23/electric-cars-range-efficiency-comparison/

[5]       INL, “Electric cars: Analysis results.” 2014.

[6]       https://www.afdc.energy.gov/fuels/ethanol_blends.html

[7]       https://www.nissan.es/vehiculos/nuevos-vehiculos/e-nv200.html

[8]       https://www.xataka.com/automovil/guia-de-compras-de-coches-electricos-2017-43-modelos-que-estan-o-estaran-en-el-mercado

[9]       NREL, “Smith Newton Vehicle Performance Evaluation – Cumulative Time of Day When Driving”, 2014.

[10]     https://www.daimler.com/products/trucks/mercedes-benz/mercedes-benz-electric-truck.html

[11]     https://www.quadis.es/articulos/fuso-ecanter-el-primer-camion-ligero-electrico/906869

[12]     https://www.diariomotor.com/noticia/record-proterra-autobus-electrico/

[13]     http://forococheselectricos.com/2017/06/hyundai-presenta-autobus-electrico-autonomia.html

[14]     Ministerio de Fomento, “Observatorio de costes del transporte”, 2013.

[15]     http://www.irizar.com/alcanzado-el-gran-reto-el-autobus-urbano-100-electric-del-grupo-irizar-es-ya-una-realidad/

[16]     Ministerio de Industria, “Marco de Acción Nacional de Energías Alternativas en el transporte”, 2016.

[17]     Ministerio de Fomento, “Observatorio del Transporte y la Logística en España – informe anual 2016”, 2017.

Autora: Raquel Portela-ICP-CSIC

El Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP), perteneciente al CSIC, viene organizando en los últimos años las jornadas SimbioCAT – Simbiosis entre la Academia y la Industria, “de la investigación a la aplicación industrial”, orientadas a empresas e investigadores con proyectos afines, en colaboración con el Parque Científico de Madrid. El objetivo es que las empresas del sector conozcan las líneas de I+D y las actividades que se realizan en el instituto para fomentar la colaboración. Para ello, durante el encuentro se habilitan salas de reunión por si surgieran propuestas de trabajo que debatir entre los investigadores y los asistentes. La primera jornada de estas características, SimbioCAT I, se realizó en 2011 y estuvo dedicada a “Biocombustibles, bio-refinerias y valorización de los subproductos”, mientras que SimbioCAT II, en 2013, se centró en “Biocatálisis, transformaciones enzimáticas y biomateriales”. El lema de SimbioCAT III , realizado en 2015, fue “Aplicaciones de la catálisis en el área de la energía”.

El próximo jueves 18 de enero de 2018 se celebrará en las instalaciones del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica la cuarta edición de estas jornadas. El lema de SimbioCAT IV es “Catálisis para el medio ambiente: eliminación de contaminantes y química verde”.  La asistencia es gratuita, previa inscripción; la jornada va dirigida gestores de residuos, depuradoras de aguas, empresas con necesidad de eliminar contaminantes, industrias químicas que quieran implantar procesos más limpios, organismos con responsabilidad medioambiental, ayuntamientos, etc… En las ponencias se hablará de las últimas tendencias en la eliminación de contaminantes y el diseño de procesos químicos más verdes y al finalizar la jornada habrá un aperitivo con orientado a fomentar el establecimiento de nuevas colaboraciones.

El programa de la jornada es el siguiente:

 9:45 Bienvenida: Dr. Jose Carlos Conesa Cegarra, Director del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica.

10:00 Ponencias de investigadores del ICP: eliminación de contaminantes

Dra. Ana Bahamonde, “Aplicación de la fotocatálisis solar para el control de la contaminación ambiental”.

Dr. Marcos Fernández “Aprovechamiento de luz solar en procesos foto(termo)catalíticos de descontaminación en fase gas y líquida”.

Dr. Pedro Ávila, “Chimeneas que no contaminan”.

Dr. Carlos Márquez, “Diseño de soportes porosos para la inmovilización eficiente de lacasas con aplicación potencial en la eliminación de compuestos fenólicos en aguas residuales”.

Dr. Rufino Navarro, “Eliminación de NOx a baja temperatura en gases de escape procedentes de motores diésel”.

11:15 Café

11:45 Ponencias de investigadores del ICP: eliminación de contaminantes y química verde

Dr. Miguel Bañares “Monitorizando remediación de contaminantes y valorización de productos secundarios”.

Dr. Manuel Sánchez, “Materiales sostenibles MOFs en aplicaciones ambientales: eliminación de contaminantes gaseosos y revalorización de CO₂”.

Dr. Enrique Sastre “Producción de hidrocarburos sintéticos por conversión de metanol: una ruta para el reciclado de CO₂”.

Dra. Consuelo Álvarez “CO₂ como materia prima para la síntesis de productos químicos y combustibles a través de la reducción catalítica a monóxido de carbono con hidrógeno”.

Dr. Miguel Alcalde “Enzimas modificadas genéticamente por evolución dirigida: aplicaciones desde la biorremediación hasta los nuevos procesos químicos “verdes””.

13:00 Ponencia sobre instrumentos financiación a cargo de AYMING

D. Manuel Díez Díaz y D. Samuel Botija “Como hacer más con menos: herramientas para financiar tus Proyectos I+D+i y mejorar su rentabilidad” (Consultora AYMING)

Más información y reservas: Dra. Sara Junco: s.junco@csic.es

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 

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/

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/

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