FOTOSÍNTESIS ARTIFICIAL O CÓMO PRODUCIR HIDRÓGENO CON LUZ SOLAR

Hace ya algún tiempo reseñamos en nuestra página de Facebook los avances que se estaban realizando en el desarrollo de hojas artificiales para producir electricidad en el MIT (Boston). Nos alegra saber que en España también se producen avances en esta dirección gracias al Grupo de Dispositivos Fotovoltaicos y Optoelectrónicos de la Universitat Jaume I, que ha desarrollado un dispositivo con materiales semiconductores que en medio acuoso genera hidrógeno de forma autónoma empleando únicamente luz solar. Esta tecnología está inspirada en la fotosíntesis que se produce en la naturaleza. 

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La producción de hidrógeno de forma eficiente utilizando materiales semiconductores y luz solar constituye un reto crucial para hacer realidad un cambio de modelo energético hasta una tecnología de conversión sostenible, basado en recursos inagotables y respetuoso con el medio ambiente. Aunque el rendimiento energético del dispositivo no es, en estos momentos, suficiente para pensar en su comercialización, se están explorando distintas vías para mejorar su eficiencia y hacer que esta tecnología constituya una alternativa real para satisfacer la demanda energética del siglo XXI.

El hidrógeno es un elemento muy abundante en la superficie de la tierra, pero en su forma combinada con el oxígeno: el agua (H2O). La molécula de hidrógeno (H2) contiene mucha energía que puede ser liberada cuando se quema debido a la reacción con el oxígeno atmosférico, dando como único residuo del proceso de combustión agua.

Para convertir el agua en combustible (H2), hay que romper la molécula H2O separando sus componentes y para que el proceso se realice sin utilizar reservas fósiles, es necesario utilizar un dispositivo que emplee la energía de radiación solar, y sin ninguna otra ayuda, realice las reacciones químicas de romper la agua y formar hidrógeno, de forma similar a como lo hacen las hojas de las plantas, por eso estos dispositivos reciben la denominación de hoja artificial.

El dispositivo se sumerge en la solución acuosa y cuando se ilumina con una fuente de luz genera burbujas de gas hidrógeno. En un primer paso, el grupo de investigación ha utilizado una disolución con un agente oxidante de sacrificio y estudia la evolución del hidrógeno producido por los fotones. El siguiente reto es comprender los procesos físico-químicos que se producen en el material semiconductor y en su interacción con el medio acuoso para racionalizar el proceso de optimización del dispositivo”.

El desarrollo de la hoja artificial es un gran desafío científico por la dificultad que supone la selección de los materiales que intervendrán en el proceso, de forma que funcionen de forma continuada y sin descomponerse. Actualmente, este Grupo  es uno de los pocos grupos de investigación a nivel mundial que han demostrado la viabilidad de un dispositivo de estas características, junto a los laboratorios norteamericanos del MIT en Boston o NREL en Denver. 

En comparación con otros dispositivos, el desarrollado por la UJI presenta la ventaja de su bajo coste de producción y de una mayor recolección de los fotones incidentes de la luz, utilizándose para la producción de hidrógeno fotones incluso del espectro infrarrojo”.

Más vídeos sobre el proceso completo de generación de hidrógeno aquí

Miembros de grupo de investigación  dirigido por el catedrático Juan Bisquert: Sixto Giménez, Iván Mora, Eva Maria Barea, Francisco Fabregat, Roberto Trevisan, Maria Victoria González, Pau Rodenas, Pablo P. Boix y Laura Badía.

Fuente: blogs.uji.es/cienciatv

¿QUÉ ES UNA EMPRESA DE SERVICIOS ENERGÉTICOS?

Últimamente se oye hablar mucho de las Empresas de Servicios Energéticos, pero ¿tenemos claro que hacen y a qué se dedican? Y lo más importante ¿cómo podemos beneficiarnos de sus servicios?

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¿Cómo se define una empresa de servicios energéticos (ESE)?

Según la Ley vigente como “una persona física o jurídica que proporciona servicios energéticos o de mejora de la eficiencia energética en las instalaciones o locales de un usuario y afronta cierto grado de riesgo económico al hacerlo. El pago de los servicios prestados se basará (en parte o totalmente) en la obtención de mejoras de la eficiencia energética y en el cumplimiento de los demás requisitos de rendimiento convenidos”. 

¿Qué tipo de trabajo les corresponde a estas empresas?

El servicio energético prestado por la Empresa de Servicios Energéticos consistirá en un conjunto de prestaciones que incluye la realización de inversiones, de obras o de suministros necesarios para optimizar la calidad y la reducción de los costes energéticos. Esta actuación podrá comprender además de la construcción, montaje o transformación de instalaciones, equipos y sistemas consumidores de energía, su mantenimiento, actualización o renovación, su explotación o su gestión derivados de la incorporación de tecnologías eficientes. 

Más concretamente estos son tipos de servicios que desarrolla una ESE:

Auditorias y certificaciones energéticas
Diseños de proyecto
Construcción e instalación
Explotación
Operación y mantenimiento
Control, medición y verificación

¿Quién puede solicitar sus servicios?

Las ESEs pueden ofrecer sus servicios a un amplio abanico de público: 

Administraciones Públicas que tienen limitado el gasto público, consiguiendo reducir  los costes asociados a la electricidad y los combustibles las además de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Empresas, para las que la reducción de sus costes de producción significa un aumento directo en la competitividad de sus productos.

Asociaciones y colectividades de actividades deportivas, de ocio, etc, que deseen reducir sus costes energéticos

Promotores, administradores, particulares que quieran  aumentar la eficiencia energética de sus edificios tanto los existentes, como los de futura construcción.

Establecimientos de tipo hostelero, residencial, o cualquier tipo de colectivo o particular que quieran disminuir su gasto en energía y combustible, así como aumentar la eficiencia de las instalaciones que ya tenga.

¿Cuál es el elemento clave para el funcionamiento de las empresas de servicios energéticos?

La capacidad de integración por parte de estas empresas de la planificación, la realización y la financiación de actuaciones de eficiencia energética en las instalaciones, con el fin de optimizar el uso de la energía y conseguir un ahorro de consumo y costes para el cliente. Estas empresas se convierten en un instrumento muy interesante para los municipios, las empresas y otros colectivos en un momento de crisis.

¿Suponen una externalización del servicio?

Sí, el objetivo es obtener sistemas y servicios energéticos mejores de los que tenían antes de externalizar el suministro y conseguir unos ahorros que beneficien sus finanzas. El pago  se basará (en parte o totalmente) en la obtención de mejoras de la eficiencia energética y en el cumplimiento de los demás requisitos de rendimiento establecidos en un convenio entre las partes. 

¿Cómo se puede  conocer qué empresas hay y establecer contacto con ellas?

El IDAE ha elaborado una base de datos que contiene información de contacto, servicios comercializados y ámbito geográfico de actividad. Pueden formar parte de esta base de datos de Empresas de servicios energéticos (ESE) las personas físicas o jurídicas que proporcionen servicios energéticos, en las instalaciones o locales de un usuario y afronte cierto grado de riesgo económico al hacerlo. 

¿El horizonte estratégico es la eficiencia?

Sí, los esfuerzos actuales han de centrarse en la mejora de la eficiencia energética en el uso final y en el control de la demanda de energía. El Libro Verde sobre la seguridad del abastecimiento energético subrayaba que, si no se adoptaba medida alguna, el porcentaje de dependencia de la Unión Europea (UE) frente a las fuentes de energía exteriores pasaría, según las previsiones actuales, del 50 % al 70 % de aquí al año 2030. A su vez, las emisiones de CO2 y de los demás gases de efecto invernadero siguen aumentando en la UE y las actividades humanas relacionadas con el sector de la energía son responsables de al menos un 78 % de las emisiones de gases de efecto invernadero en la Unión. 

Más información y contacto:

www.socitekingenieros.com

LICUAR EL AIRE PARA ALMACENAR ENERGÍA

Uno de los problemas que plantean las energías renovables es la del almacenamiento de energía producido en los momentos en los que la red eléctrica se encuentra saturada. La solución suele ser la desconexión de estos generadores o su paro, implicando ésto la pérdida de gran cantidad de energía.

Este problema ha sido solventado por una empresa inglesa dedicada a la criogenia que ha desarrollado un novedoso sistema de almacenamiento energético a través del aire líquido. Según sus creadores, tiene una eficiencia de hasta el 70%.

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El funcionamiento del sistema se divide básicamente en cuatro fases:

Proceso de licuación y recuperación de energía. Fte: highview-power

Carga de energía:  El sistema funciona utilizando la energía eléctrica para conducir el aire a un sistema de licuación de aire (compuesto principalmente por un compresor y un enfriador). Es un sistema similar al utilizado habitualmente en la producción de oxígeno líquido, argon, etc.

Almacenamiento de energía: El aire líquido resultante (en forma de nitrógeno líquido a -190ºC ) se almacena en un tanque aislado y a presión atmosférica (1 bar). Lo almacenado en un tanque de 2,000 toneladas es el equivalente a 200 MWhs. Una carga de 100,000 toneladas  equivale a 10 GWhs.

Recuperación de energía (regasificación): Cuando se necesita la energía almacenada, el aire líquido se libera del tanque de almacenamiento, se somete a alta presión (unos 70 bares) y se calienta mediante intercambiadores de calor  utilizando el calor ambiental o aprovechando el desprendido por otros procesos. Con esto se consigue un gas de alta presión que se utiliza para mover una turbina generadora de electricidad. El residuo resultante es aire frío.

Recuperación de frío: Como el aire criogenizado es evaporado y devuelto a temperatura ambiente en una unidad de recuperación de energía,  se captura la exergía procedente de este frío y se almacena. Se usa entonces nuevamente en el proceso de licuefacción. Este aprovechamiento y "reciclaje" del frío  rebaja el coste energético de la licuación e incrementa la eficiencia del ciclo un 50%. Esta eficiencia puede incrementarse aún más si utilizamos calor residual del proceso de recuperación de energía.

Una ventaja añadida  es que no es necesario que la licuefacción se produzca en el mismo sitio en el que se requiere la energía.
Para ello esta empresa ha desarrollado un generador (Cryo GenSet) que funciona de manera similar a un grupo electrógeno diesel pero con cero emisiones. Consta de un tanque de nitrógeno líquido y una unidad de recuperación de energía (hasta unos 8 MWs)

Con este generador no se recicla el frío desprendido durante la generación de electricidad, pero permite utilizarlo para refrigerar alguna zona adyacente y además reaprovechar el calor residual emitido.

Aplicaciones

Almacenamiento de energía a gran escala
Permite el uso de las energías renovables no sólo cuando se producen y almacenar sus picos.
Ofrecer alternativas a los sistemas de gas y  diesel convencionales.
Aprovechar el calor residual de baja temperatura (<200º C) convirtiéndolo en electricidad.

Highview ha estado probando su "planta-piloto" de 300 kilovatios suministrando electricidad al Reino Unido y se planea terminar otra de 3,5 megavatios en 2012, que se incrementará a una planta de 8 a 10 megavatios a principios de 2014. Sin duda, será un gran paso para la industria de la energía, pues estas nuevas plantas tendrán un uso comercial y permitirán la aplicación de este sistema a una escala mucho mayor.
                         Esquema e imagen planta piloto. Fte: highview-power

1. Almacenamiento criogénico 

2. Recuperador energía existente

3. Almacenamiento en frío

4. Compresor circulación refrigerado

5. Compresor de recirculación

6. Compresor principal

7. Unidad purificación de aire

8. Box principal de frio

              

Más información: highview-power

CALEFACCIÓN APROVECHANDO EL CALOR HUMANO

Que el cuerpo humano genera calor no es ningún descubrimiento,  pero que este calor se utilice para desarrollar un sistema de calefacción sí que es una idea innovadora.

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Este calor que en forma individual no es una cantidad significativa, al concentrarse cientos de personas es muy importante. A partir de estas consideraciones se ha desarrollado un novedoso sistema de calefacción desde la estación central de Estocolmo (Suecia).

Por esta estación pasan cada día 250.000 personas, que emiten calor. Normalmente es desaprovechado, pero los ingenieros de la empresa pública sueca Jernhusen (gestora de las estaciones de tren del país) han diseñado un sistema para recoger este calor sobrante a través de pequeñas bombas y poder aprovecharlo para calentar un edificio anexo.

De este modo se aprovecha este calor que antes era expulsado a través de ventanas y puertas abiertas o con la ayuda de ventiladores que a su vez emitían aún más calor. Se utiliza el calor que generan las personas en movimiento, el de los puntos donde se da una gran concentración de personas y el excedente de algunas máquinas de refrigeración que hay en la estación, como en las cafeterías, sin necesidad de introducir grandes cambios ni efectuar grandes inversiones. Esto demuestra que el cambio hacia la sostenibilidad, aunque a veces requiere alta tecnología, también puede efectuarse con los elementos infraestructurales disponibles.

¿Cómo funciona?

Los gestores del sistema simplemente observaron que en invierno se daba una paradoja. Por un lado debido a las frías temperaturas de Estocolmo se tenía que gastar en calefacción pero por otra parte, en algunas partes se tenía que refrigerar un poco porque el calor era excesivo, sobre todo en algunos locales y puntos de la estación.  Entonces fue cuando surgió la idea de aprovechar el exceso de calor para ser utilizado como calefacción pero no en la estación, que ya tenia suficiente, sino en otro lugar: un edificio anexo complementario de la estación ya que ha sido pensado para alojar servicios.

¿Cómo se lleva el calor al otro edificio?

El calor se traslada conectando, en primer lugar, puntos como las máquinas refrigerantes cuyo excedente es precisamente el calor, a intercambiadores de calor que están conectados a unos conductos que llegan hasta el nuevo edificio anexo, donde otros intercambiadores transfieren el calor transportado a la calefacción central del edificio.

¿Qué coste ha supuesto esta instalación?

El gasto en implantar el sistema no llega a 50.000 euros y se consigue una reducción del 20% de los costes de calefacción del nuevo edificio.

El edificio anexo recibe un 30% del consumo de sus sistemas de calefacción. Cabe añadir que este nuevo edificio en si mismo está diseñado con criterios de máxima eficiencia energética. En el transporte habrá, como es normal, pérdidas de energía pero éstas se han minimizado

El sistema  puede ser calificado como primer intento de transferencia de calor de un edificio a otro. Servirá de referente para utilizar la energía generada por la población urbana, tanto en instalaciones públicas como en el ámbito privado.

Fuente:Ecourbano
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"FERROLINERAS": RECARGA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS CON LA ENERGÍA SOBRANTE DEL TREN

El Gobierno y Adif quieren convertir la red ferroviaria en la mayor cadena de puntos de recarga de los vehículos eléctricos. La energía liberada por los trenes en las frenadas se acumulará en puntos de suministro en las distintas instalaciones de Adif, que se convertirán así en ferrolineras.

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Mediante este innovador proyecto se persigue instalar una red de puntos de recarga conectados a la red ferroviaria que se llamarán Ferrolineras y ofrecerán al mercado una nueva solución tecnológica para este tipo de procesos de recarga eléctrica. Además, el proyecto contempla la instalación de un sistema fotovoltaico como fuente extra suministradora de energía, que servirá de refuerzo eléctrico en caso de necesidad por parte del usuario final.

En estas subestaciones de cercanías, alimentadas por tensión continua, existe una nueva tecnología de trenes con frenado regenerativo, es decir que una parte de la energía cinética del propio tren es devuelta a la catenaria en forma de energía eléctrica. 

Imagen: ADIF

En este proceso de frenado, la energía que vierten a la red los trenes en cada frenada varía entre los 5.000 y los 10.000 vatios, dependiendo del tipo de máquina. No obstante si esta energía no se aprovecha en ese momento no es posible utilizarla y se quema mediante resistencias. Gracias a este proyecto de investigación,  se pretende utilizar ese excedente de energía mediante unos sistemas de recarga rápida de vehículos (sistemas de almacenamiento basados en súper condensadores, baterías y /o volantes de inercia) de manera que la energía no se queme, si no que se almacene y cualquier usuario de coche eléctrico pueda cargarlo en 20 minutos en unos puntos habilitados en subestaciones ferroviarias y estaciones de cercanías.

Funcionamiento del volante de inercia. Imagen ADIF

Una parte de esa energía generada vuelve a la red eléctrica, mientras que otra parte se redirigirá a estos puntos de suministro —que cuentan con placas fotovoltaicas de apoyo— y alimentarán un sistema basado en tecnología cinética (volante de inercia), para luego pasar a los postes de recarga. Con cada frenada, se pueden recargar entre diez y veinte vehículos, en función del tipo de tren. El primer punto se haya instalado en la estación María Zambrano de Málaga, pero está previsto que la red cuente con 1.500 repartidos por toda la geografía.

Adif ofrecerá al consumidor dos tipos de recarga: una lenta de entre 8 y 12 horas (pensada para quienes dejan su automóvil estacionado durante toda la jornada laboral) y otra rápida de menos de una hora.

Con esta iniciativa, Adif pretende ahorrar un 8% de la energía eléctrica de tracción consumida; un porcentaje que en 2007 hubiera supuesto nada menos que 170GWh. Además, se evitará la emisión de 5t de CO2 por estación al día.

Gracias a Ferrolinera 3.0 se contribuirá a la sostenibilidad mediante el aprovechamiento de la energía eléctrica limpia que el sistema ferroviario produce en los procesos de frenado de los trenes, una tecnología parecida a la que ya utilizan los coches de Fórmula 1 (Supercondensadores), fomentando así la eficiencia energética en las instalaciones ferroviarias.

Todos estos proyectos han sido gestionados desde la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRI) de la US. Ferrolinera 3.0 está siendo desarrollado por un consorcio liderado por ADIF y formado por las empresas Affirma, MP, Green Power (GPtech), IAT, la Universidad de Málaga y la Universidad de Sevilla.

Fuentes: ADIF
             Ferro-rail
             Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación de la Universidad de Sevilla