Buscando el almacén de energía perfecto

(Artículo de Alfonso Gálvez y María González / Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) • 23 de febrero de 2018)

Laboratorio Europeo de Radiacion Sincrotron

El hidrógeno se considera una de las opciones de combustible con más futuro debido a su capacidad de almacenamiento de energía, unas tres veces superior al gas natural, y a la ausencia de generación de contaminantes en su combustión, ya que sólo genera agua en el proceso.

Un estudio con participación de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) revela cuáles son las fases que producen hidrógeno en un sistema de cobre y niquel fotocatalítico y abre una nueva vía para la producción de lo que se conoce como “energía ecológica”. El estudio se ha publicado en la revista Angewandte Chemie.

La fotocatálisis permite producir hidrógeno mediante un “proceso verde completo”, uno de los principales objetivos de la química moderna, ya que se da en condiciones suaves de temperatura y presión y, además, permite usar la luz solar como fuente energética de la radiación. La fotocatálisis requiere el uso de un semiconductor. Bajo excitación lumínica, el material genera especies cargadas que, al llegar a la superficie del mismo, interactúan con las moléculas y producen la reacción química. En este estudio, los investigadores han trabajado con sistemas de cobre y níquel como elementos activos depositados sobre el semiconductor y han comprobado que la combinación de ambos es más activa que el sistema de cobre o níquel solo.

“Para generar hidrógeno se requiere incluir elementos metálicos en la superficie del semiconductor. Uno de los problemas es conocer la fase metálica activa en el proceso químico, que es complejo en fotocatálisis ya que el volumen de muestra analizado debe ser exactamente el mismo que el iluminado”, asegura el investigador Marcos Fernández-García, del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica.

Comprender cómo modula la fase activa de un fotocatalizador su estado de oxidación, tamaño y estructura durante la reacción fotocatalítica es una de las tareas más complejas. “Para el estudio se calcula la interacción producida entre materia y radiación, además de controlar el volumen de muestra escaneado mediante absorción de rayos X y así asegurar que los resultados de las fases metálicas sean relevantes”, señala Fernández-García. “Se analizan las propiedades de la fase activa en los catalizadores —continúa— en función de la distancia a la superficie. Con ello se analiza el efecto de los reactantes y la luz por separado”.

Dependiendo de la profundidad desde la superficie de la muestra, el estado del metal es diferente. “Bajo la acción simultánea de la luz y los reactantes, los elementos metálicos sufren una transformación, donde se observan fases tanto metálicas, como oxidadas. En el sistema bimetálico, el que tiene una fase oxidada más extendida, se generan partículas muy pequeñas de la fase metálica, que se dispersan por todo el sólido. Esa diferencia hace que la producción de hidrógeno aumente entre tres y 10 veces, dependiendo de las condiciones experimentales”, concluye Fernández-García.

En el trabajo han participado investigadores del Instituto de Materiales de Sevilla, también del CSIC, y el Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón, de Grenoble (Francia).

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La energía osmótica, ¿solución de futuro?

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(*)Publicado el 17/07/2017 en directivosygerentes.es

Christopher Gorski, profesor de ingeniería de la Universidad Penn State y parte de este equipo, afirma que “el objetivo de esta tecnología era sacarle partido a las distintas concentraciones de sal de las dos masas de agua“.

Pero quizás no esperaban que los resultados fueran a ser los que fueran: y es que esta tecnología consigue producir una cantidad de energía que no logra ningún otro sistema.

La diferencia entre concentraciones de sal produce energía; por ello, desde hace tiempo las desembocaduras de los ríos son sitios ideales para instalar plantas energéticas. Sin embargo, las tecnologías que se habían desarrollado hasta ahora no estaban a la altura.

La ‘ósmosis por presión retardada’ es el sistema más potente que había hasta ahora: usa membranas semipermeables que aprovechan la concentración para generar electricidad.

El problema es que esas membranas se convertían rápidamente en nidos de bacterias, que acababan por bloquear los canales por donde pasaba el agua.

Consecuencia: su efectividad caía en picado.

En el otro sistema, la ‘electrodiálisis inversa’, no es el agua el que atraviesa la membrana, sino la sal disuelta. La estrategia consiste en intercalar varios canales de agua separados por membranas de este tipo para crear una especie de pila.

Las membranas no se bloquean y el sistema no pierde eficiencia, pero, en cambio, se produce muy poca energía.

El nuevo sistema de energía osmótica

Ahora, el equipo de la Penn State ha combinado esta última tecnología (la electrodiálisis inversa) con la ‘mezcla capacitativa’: un sistema que utiliza electrodos expuestos secuencialmente a flujos de agua con distintas concentraciones.

El resultado es una celda de flujo electroquímico que produce una cantidad energía sin precedentes y sin pérdidas de eficiencia.

La celda usa un sistema muy parecido al de la electrodiálisis inversa, pero que va cambiando (en cada ciclo) el tipo de agua que pasa por cada canal.

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De esta forma, se producen ambos efectos, que combinados producen mucha más energía de la que se esperaba antes de iniciar esta investigación.

Concretamente, 12,6 vatios por metro cuadrado de membrana, frente a los 2,9 de la electrodiálisis inversa y los 9,2 de la ósmosis por presión retardada (en pleno rendimiento).

Según sus estimaciones, esta diferencia de concentraciones tiene el potencial de generar el 40% de toda la demanda mundial de energía.

Aunque la fusión nuclear sería una revolución sin precedentes, la energía osmótica tiene muchas opciones de convertirse en la energía del futuro.

Aún lejos de hacerse realidad

Los resultados son muy esperanzadores, pero aún queda lo más complejo: llevarlo a entornos reales y ver cómo otros compuestos químicos, presentes en esos entornos, pueden afectar a las células electroquímicas.

Según afirma el propio investigador, Christopher Gorski, todavía hay necesidad de mejora: “la tecnología está a más de cinco años de que nadie vea las plantas piloto cerca de las playas“.

Según explica Gorski, se necesitarán hacer varias cosas para traducir la tecnología en centrales eléctricas reales. “Primero, necesitamos optimizar la química. Hay numerosos materiales que podrían ser utilizados, pero sólo un puñado que se han probado. A continuación, tenemos que considerar los costos de cada componente en el dispositivo en relación con su rendimiento“.

El mayor desafío es el alto costo de las membranas de intercambio iónico. Reducir estos costes es crítico para hacer esta tecnología competitiva en relación con otras tecnologías de energía renovable.

Un badén inteligente en la prevención de riesgos laborales

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Artículo publicado en la revista “Asturias Prevención” por Carlos Varela y María Rivas Ardisana, responsables de PRL e I+D+i del Grupo ISASTUR

Existen dos razones principales por las cuales la seguridad vial es una materia importante a considerar en el ámbito de la prevención de riesgos laborales, una de carácter jurídico, relacionada con lo establecido en la Ley de Prevención de Riesgos Laborales, y otra de carácter estadístico, pues se trata de un factor de riesgo con una incidencia grave en la siniestralidad laboral total.

Desde el punto de vista jurídico, resulta obvio que la conducción durante la jornada laboral o de camino al trabajo está incluida dentro de las condiciones laborales que pueden suponer riesgos para el trabajador (conductor o peatón), y atendiendo a lo que reza la Ley de Prevención de Riesgos Laborales, dichos riesgos deben ser eliminados o, en su defecto, minimizados con medidas preventivas eficaces para controlarlo.

En cuanto a la razón estadística, según los datos del INSHT, los accidentes laborales de tráfico, tanto en misión como in itinere, ocurridos durante el 2008 supusieron más de un 9% del total de los accidentes laborales totales notificados con baja. En lo relativo a la gravedad de los accidentes laborales de tráfico, por ejemplo, durante el año 2005 supusieron casi un 39% del total de accidentes de trabajo mortales.

Centrándonos en una de las principales causas de mortalidad por accidente de tráfico, uno de cada cuatro fallecidos en accidente de tráfico lo es por exceso de velocidad. En el año 2012 447 personas fallecieron y 1.746 resultaron heridas graves en accidentes relacionados con el exceso de velocidad, la mayoría en vías convencionales y vías urbanas, y sólo un 10% aproximadamente en autopistas y autovías. Resulta obvia pues la necesidad de aplicar medidas que ayuden a disminuir el millón de infracciones por exceso de velocidad detectadas.1

Los reductores de velocidad, más conocidos como badenes, son resaltos que se disponen transversalmente en la calzada con el propósito de que puedan sobrepasarse cómodamente a una determinada velocidad a partir de la cual la molestia se hace más y más notable. El objetivo no es otro que el de contribuir a “calmar o pacificar el tráfico”2: implantar el principio de moderación de la velocidad de circulación en las calles, de modo que el vehículo (coche, furgoneta, autobús, camión, etc.) pueda ser compatible con otras alternativas más “blandas” y respetuosas con las necesidades de las personas: el desplazamiento a pie y en bicicleta.

La dramática realidad que anualmente reflejan las estadísticas de tráfico es el principal argumento para vencer una de las barreras para la implantación de este tipo de medidas: la voluntad de la administración. La siguiente barrera en importancia es la resistencia de los conductores. Independientemente de si pasan o no a la velocidad adecuada, los conductores profesionales en rutas con badenes se enfrentan a riesgos para su salud3, a causa de las repetidas vibraciones a las que están sometidos. Algunos estudios también destacan que los pasajeros, principalmente si se sientan con frecuencia en las últimas filas, están igualmente padeciendo riesgos para su salud.

Posición relativa de autobús y en este caso, pasajero, al paso por un badén convencional. Fuente: Journal of Spinal Disorders and Techniques4

Posición relativa de autobús y en este caso, pasajero, al paso por un badén convencional. Fuente, Journal of Spinal Disorders and Techniques4.

 

Ante esta situación, hay países que han optado por eliminarlo de las rutas de transporte público. Sin embargo esta es una decisión que no es del agrado de los que consideran que no deben de hacerse excepciones con el transporte público en la lucha por la moderación de la velocidad. En cualquier caso, esta medida no viene a solucionar el problema para los servicios privados (autocares escolares o de empresa, repartidores, u otros muchos).

Finalmente, es la oposición de los servicios de emergencias, principalmente de bomberos y ambulancias, la que está siendo la principal barrera a los badenes convencionales5, ya que suponen un aumento del tiempo de respuesta de los vehículos de emergencia, mayor aún sobre las ambulancias cuando llevan pacientes a bordo (a 20km/h un badén puede provocar una aceleración de 15m/s2 y a 30km/h una de 30m/s2).

En este contexto, el Grupo ISASTUR ha desarrollado un badén inteligente escamoteable, VIVADEN, que sólo presenta un resalto en determinadas situaciones (p.e. sobrevelocidad de vehículo o si se trata de hora punta), y es capaz de discriminar a los servicios de emergencias, ocultándose a su paso. Además, VIVADEN permite su control remoto desde un Centro de Gestión del Tráfico, facilitando, por ejemplo, la coordinación de un conjunto de badenes.

La idea original fue planteada al Grupo Isastur por la empresa UGS, con larga trayectoria de colaboración con la Administración pública en proyectos del campo de los derechos civiles (principalmente vivienda, medioambiente, y seguridad vial). En el proyecto, también ha tenido un destacado papel la ingeniería gijonesa MJ INGENIEROS.

VIVADEN se comercializa a través de la sociedad mercantil MOVIVO, cuya principal actividad será la elaboración y prestación de proyectos de movilidad sostenible. El proyecto de desarrollo de VIVADEN ha sido financiado por el IDEPA y cofinanciado con fondos FEDER.

 

NOTAS

1 Dirección General de Tráfico, “Los excesos de velocidad causan casi 500 muertes al año por accidentes”, Nota de Prensa, 31 de Marzo de 2014.

2 Una reducción de 10 mph puede conseguir una reducción de accidentes de un 50%, de acuerdo con diversos estudios, entre otros

WEBSTER, D C and A M Mackie (1996). Review of traffic calming schemes in 20 mph zones. TRL Report 215. Transport Research Laboratory, Crowthorne, Berks; y STARK, D C (1995). Speeding is an important urban problem. Proceedings of the 23rd European Transport Forum, PTRC. Warwick University, y Webster & Mackie, 1996).

3 Granlund J., and Brandt A., Bus Drivers’ Exposure To Mechanical Shocks Due To Speed Bumps. Swedish Road Administration Consulting Services, 2008.

4 Munjin M., Zamorano J., Marre B, Ilabaca F, Ballesteros V, Martinez C, Yurac R, Urzua A, Lecaros M, Fleiderman J, Garcia N. Speed Hump Spine Fractures: Injury Mechanism and Case Series. Journal of Spinal Disorders and Techniques 24: 386-389, 2011.

5 Randel R. Jaeger,Traffic Calming – Speed Humps – Effect on emergency response times, Des Plaines Fire Department, 1996.

Finlandia investiga la madera como fuente eficiente de los biocombustibles

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08 de julio 2013

 

Vía www.theengineer.co.uk

Resultados de la investigación de Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia sugieren que la biomasa lignocelulósica se puede utilizar en la producción de biocombustibles de alta calidad por menos de 1 € por litro.

La nueva tecnología desarrollada en Finlandia se dice para permitir la transferencia de más de la mitad de la energía de las materias primas de madera para el producto final. Según un comunicado, la tecnología se considera listo para la construcción de una planta de producción a escala comercial en Europa.

VTT ha evaluado los tecno-económicos de la producción de combustibles líquidos renovables a partir de residuos forestales. Los estudios de casos se centraron en la producción de biocombustibles a partir de cuatro un método basado en la presión de gasificación de lecho fluidizado. Los combustibles estudiadas fueron metanol, dimetil éter (DME), líquidos de Fischer-Tropsch y gasolina sintética.

Los resultados muestran que la producción de biocombustibles renovables a partir de biomasa lignocelulósica, principalmente corteza y residuos forestales, podría lograr una eficiencia energética del 50 por ciento, dependiendo del producto final y de las condiciones del proceso. En caso de la energía térmica producida como un subproducto ser explotado para el calor del distrito o vapor industrial, por ejemplo, la eficiencia global de la biomasa a los productos vendibles de energía podría llegar a 74 por ciento.

Con base en los estudios de caso, los investigadores estiman que una vez comercializada la tecnología puede ser utilizada para producir combustible de transporte líquido a costa de 58 € / MWh. Convertida en la gasolina-precio equivalente por litro, el costo de producción estimado sería 0.5.7 € / litro. El precio de las soluciones renovables sería al mismo nivel que el precio antes de impuestos actual de combustibles fósiles, transporte y más barato que los biocarburantes importados existentes.

Cada diseño de estudio de caso se basa en una planta Biomess a líquido (BTL) con capacidad de 300 MW, el equivalente de una planta de energía de calefacción urbana grande. Una biorrefinería de este tamaño podría producir combustible de transporte líquido durante aproximadamente 150.000 vehículos. La UE ha fijado un objetivo de contenido de energía renovable del 10 por ciento para el sector del transporte en 2020. Para Finlandia, el objetivo es del 20 por ciento.

Después del trabajo de desarrollo a largo plazo, la funcionalidad técnica del proceso de producción se verificó a través de pruebas en bancos de pruebas BTT, así como industrial piloto en Finlandia y en los EE.UU.. La tecnología está ahora listo para su primera demostración a escala comercial. Sin embargo, la primera oleada de estas plantas de producción requiere importantes inversiones de capital riesgo público, por lo que la planificación se ha iniciado a nivel de Finlandia y la Unión Europea.

De acuerdo con los resultados de la investigación, los mejores costos de producción y la eficiencia más baja se lograron en la producción de biometanol. También se estimaron los riesgos relacionados con la comercialización de la tecnología de síntesis a ser menor con la planta de producción de biometanol en comparación con las otras opciones.

Ver la noticia original: http://www.theengineer.co.uk/energy-and-environment/news/finnish-research-points-to-wood-as-efficient-source-of-biofuels/1016655.article#ixzz2YWxvqImq