martes, 10 de noviembre de 2009

QUE ENTENDEMOS POR PILA DE COMBUSTIBLE

Pila de combustible

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Pila de hidrógeno. La celda en sí es la estructura cúbica del centro de la imagen.

Una pila de combustible, también llamada célula o celda de combustible es un dispositivo electroquímico de conversión de energía similar a una batería, pero se diferencia de esta última en que está diseñada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos; es decir, produce electricidad de una fuente externa de combustible y de oxígeno en contraposición a la capacidad limitada de almacenamiento de energía que posee una batería. Además, los electrodos en una batería reaccionan y cambian según cómo esté de cargada o descargada; en cambio, en una celda de combustible los electrodos son catalíticos y relativamente estables.

Los reactivos típicos utilizados en una celda de combustible son hidrógeno en el lado del ánodo y oxígeno en el lado del cátodo (si se trata de una celda de hidrógeno). Por otra parte las baterías convencionales consumen reactivos sólidos y, una vez que se han agotado, deben ser eliminadas o recargadas con electricidad. Generalmente, los reactivos "fluyen hacia dentro" y los productos de la reacción "fluyen hacia fuera". La operación a largo plazo virtualmente continua es factible mientras se mantengan estos flujos.

Contenido

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[editar] Tecnología

Esquema de funcionamiento de una pila de combustible.

En el ejemplo típico de una célula de membrana intercambiadora de protones (o electrolito polimérico) hidrógeno/oxígeno de una celda de combustible (PEMFC, en inglés: proton exchange membrane fuel cell), una membrana polimérica conductora de protones (el electrolito), separa el lado del ánodo del lado del cátodo.

En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega al ánodo catalizador se disocia en protones y electrones. Los protones son conducidos a través de la membrana al cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un circuito externo (produciendo energía) ya que la membrana está aislada eléctricamente. En el catalizador del cátodo, las moléculas del oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos a través del circuito externo) y protones para formar el agua. En este ejemplo, el único residuo es vapor de agua o agua líquida. Es importante mencionar que para que los protones puedan atravesar la membrana, esta debe estar convenientemente humidificada dado que la conductividad protónica de las membranas poliméricas utilizadas en este tipo de pilas depende de la humedad de la membrana. Por lo tanto, es habitual humidificar los gases previamente al ingreso a la pila.

Además de hidrógeno puro, también se tiene el hidrógeno contenido en otras moléculas de combustibles incluyendo el diésel, metanol (véase DMFC) y los hidruros químicos, el residuo producido por este tipo de combustibles además de agua es dióxido de carbono, entre otros.

[editar] Tensión

La tensión de celda depende de la corriente de carga. La tensión en circuito abierto es de aproximadamente 1,2 voltios; para crear suficiente tensión, las celdas se agrupan combinándolas en serie y en paralelo, en lo que en inglés se denomina "Fuel Cell Stack" (pila de células de combustible). El número de celdas usadas es generalmente superior a 45 y varía según el diseño.

[editar] Materiales

Los materiales usados en celdas de combustible varían según el tipo. Véase Tipos de celda de combustible.

Las placas del electrodo/bipolar se hacen generalmente de nanotubos de metal, de níquel o de carbón, y están cubiertas por un catalizador (como el platino o el paladio) para conseguir una eficacia más alta. El electrolito puede ser de cerámica o bien una membrana.

[editar] Consideraciones de diseño en las celdas de combustible

Costos. En 2002, las celdas típicas tenían un coste debido al catalizador de 850 € (aprox. 1000 USD) por kilovatio energía eléctrica útil; sin embargo, se espera que antes de 2007, sea reducida a unos 25 € (aprox. 30 USD) por kilovatio [1]. Ballard ha conseguido, gracias a un catalizador mejorado con seda de carbono (carbon silk), una reducción del 30% (1 mg/cm² a 0,7 mg/cm²) de la cantidad de platino sin una reducción en rendimiento (información de 2005)[2].

Los costes MEA (del inglés Membrane Electrode Assembly, o montaje del electrodo de la membrana) del PEM (membrana intercambiadora de protones) varían según el fabricante. Así, la membrana de Nafion^® de aprox. 400 €/m² utilizada en la membrana PEM de Toyota y 3M está siendo substituida por la membrana de la ITM Power, con un precio alrededor de 4 €/m² (2004). Esta membrana nueva es un hidrocarburo-polímero. Una compañía holandesa que ha realizado grandes inversiones en este terreno está utilizando Solupor^® (un film de polietileno poroso)[3].

Gestión del agua en las PEMFC. En este tipo de celdas de combustible, la membrana debe hidratarse, requiriendo evaporar el agua exactamente en la misma medida en que ésta es producida. Si el agua se evapora demasiado rápido, la membrana se seca, la resistencia a través de ella aumenta, y se agrietará, creando un "corto circuito" de gas donde el hidrógeno y el oxígeno se combinan directamente, generando calor que dañará la celda de combustible. Si el agua se evapora demasiado lentamente, los electrodos se inundarán, evitando que los reactivos puedan alcanzar el catalizador y se parará la reacción. Uno de los objetivos más importantes en la investigación sobre células de combustible es la adecuada gestión del agua.

Gestión de la temperatura. Se debe mantener la misma temperatura en toda la celda para evitar la destrucción de la celda por fatiga térmica.

Control de flujo. Al igual que en un motor de combustión, hay que mantener una relación constante entre el reactivo y el oxígeno para que la celda funcione eficientemente.

Durabilidad, vida, y requisitos especiales para ciertos tipos de celdas. Los usos estacionarios requieren normalmente más de 40.000 horas operativas fiables a una temperatura de -35 °C a 40 °C, mientras que las células de combustible para automoción requieren al menos de 5.000 horas (el equivalente a unos 200.000 kilómetros) bajo temperaturas extremas. (Véase: Vehículo de hidrógeno). Las aplicaciones para automoción deben además permitir el arranque en frío hasta -30 °C y poseer una alta potencia por unidad de volumen (típicamente 2.5 kW por litro).

Tolerancia limitada al CO (monóxido de carbono)

[editar] Tipos de celdas de combustible

Nombre	Electrolito	Rango	Temperatura de trabajo	Eficiencia eléctrica	Estado
Célula de combustible reversible Reversible fuel cell					Kit para la enseñanza
Energía azul Blue Energy	membrana de polietileno	Superior a 250 kW			Investigación
Célula de combustible biológica MFC - Biological fuel cell
Celda de combustible de zinc Zinc fuel cell ('Air' fuel cell)
Batería de flujo Redox fuel cell					Investigación
Pila de combustible alcalina Alkaline fuel cell (AFC)	solución alcalina	de 10 a 100 kW	inferior a 80°C	Celda: 60–70% Sistema: 62%	Comercializada/ Investigación
Célula de combustible de membrana de intercambio de protones Proton exchange membrane fuel cell (PEM FC)	membrana polimérica(ionomer)	de 0,1 a 500 kW	70–200 °C,	Celda: 50–70 % Sistema: 30–50 %	Comercializada/ Investigación
Direct borohydride fuel cell (DBFC)	solución alcalina NaOH		70 °C		Investigación
Formic acid fuel cell (FAFC)	ácido fórmico		90–120 °C		Investigación
Direct methanol fuel cell (DMFC)	membrana polimérica	de pocos mW a 100 kw	90–120 °C	Celda: 20–30 %	Comercializandose/ Investigación
Direct-ethanol fuel cell (DEFC)					Investigación
Phosphoric acid fuel cell (PAFC)	Ácido fosfórico	Superior a 10 MW	200 °C	Celda: 55 % Sistema: 40 %	Comercializada/ Investigación
Molten carbonate fuel cell (MCFC)	Carbonato-Alcalino Fundido	100 MW	650 °C	Celda: 55 % Sistema: 47 %	Comercializandose/ Investigación
Protonic ceramic fuel cell (PCFC)	cerámica		700 °C		Investigación
Solid oxide fuel cell (SOFC)	Electrolito de Óxido Cerámico	Superior a 100 kW	800–1000 °C	Celda: 60–65 % Sistema: 55–60 %	Comercializandose/ Investigación

[editar] Rendimiento

El rendimiento de las células de combustible, a diferencia de los motores de combustión (interna y externa) no está limitado por el ciclo de Carnot ya que no siguen un ciclo termodinámico. Por lo tanto, su rendimiento es muy alto en comparación, al convertir energía química en eléctrica directamente. El rendimiento de una celda de combustible $\eta\,\!$ , bajo condiciones estándares está limitado por el cociente entre la variación de la energía libre (estándar) de Gibbs $\Delta\mathrm{G}^\circ$ , y la variación de la entalpía estándar de la reacción química completa $\Delta\mathrm{H}^\circ$ . El rendimiento real es igual o normalmente inferior a este valor.

$\eta\,=\frac{\Delta\mathrm{G}^\circ}{\Delta\mathrm{H}^\circ}$

Una célula de combustible convierte normalmente la energía química de combustible en electricidad con un rendimiento aproximadamente del 50%. El rendimiento sin embargo depende en gran medida de la corriente que circula a través de la celda de combustible: cuanto mayor es la corriente, menor el rendimiento. Para una de hidrógeno, el rendimiento (energía real/energía teórica) es igual a la tensión de la celda dividida por 1,23 voltios, a una temperatura de 25 °C. Esta tensión depende del combustible usado, de la calidad y de la temperatura de la célula. Una célula que funcione a 0,6 V tendrá un rendimiento cercano al 50%, lo que significa que el 50% de la energía contenida en el hidrógeno es convertida en energía eléctrica.

Una pila de combustible y un electrolizador devuelven menos del 50 por ciento de la energía de entrada (esto se conoce como eficacia del proceso reversible), mientras que una batería de plomo y ácido mucho más barata puede devolver cerca de 90 por ciento.

Hay que considerar también las pérdidas debidas a la producción, al transporte y al almacenaje. Los vehículos con célula de combustible que funcionan con hidrógeno comprimido tienen una eficiencia del 22% si el hidrógeno se almacena como gas a alta presión, y del 17% si se almacena como hidrógeno líquido (estas cifras deberían justificar su metodología de cálculo).

Las células de combustible no pueden almacenar energía como una batería, sino que en algunos usos, como centrales eléctricas independientes basadas en fuentes "discontinuas" (solares, energía del viento), se combinan con electrolizadores y sistemas de almacenaje para formar un conjunto para almacenar esta energía. El rendimiento del proceso reversible (de electricidad al hidrógeno y de nuevo a electricidad) de tales plantas se encuentra entre el 30 y el 40%.

En "usos combinados de calor y de energía" (cogeneración), para aplicaciones donde también se requiere energía calorífica, se acepta un rendimiento más bajo de la conversión de combustible a electricidad (típicamente 15-20%), porque la mayoría de la energía no convertida en electricidad se utiliza como calor. Se pierde algo de calor con los gases que salen de la célula como ocurre en cualquier caldera convencional, por lo que con esta producción combinada de energía térmica y de energía eléctrica la eficacia sigue siendo más baja de 100%, normalmente alrededor del 80%. En términos de energía sin embargo, el proceso es ineficaz, y se obtendrían mejores resultados energéticos maximizando la electricidad generada y después usando la electricidad para hacer funcionar una bomba de calor.

[editar] Aplicaciones de las celdas de combustible

Las celdas de combustible son muy útiles como fuentes de energía en lugares remotos, como por ejemplo naves espaciales, estaciones meteorológicas alejadas, parques grandes, localizaciones rurales, y en ciertos usos militares. Un sistema con celda de combustible que funciona con hidrógeno puede ser compacto, ligero y no tiene piezas móviles importantes.

Aplicaciones de cogeneración (uso combinado de calor y electricidad) para viviendas, edificios de oficinas y fábricas. Este tipo de sistema genera energía eléctrica de manera constante (vendiendo el exceso de energía a la red cuando no se consume), y al mismo tiempo produce aire y agua caliente gracias al calor que desprende. Las celdas de combustible de Ácido fosfórico (PAFC Phosphoric-Acid Fuel Cells) abarcan el segmento más grande de aplicaciones de cogeneración en todo el mundo y pueden proporcionar eficacias combinadas cercanas al 80% (45-50% eléctrico + el resto como térmica). El mayor fabricante de células de combustible de PAFC es UTC Power, una división de United Technologies Corporation. También se utilizan celdas de combustible de carbonato Fundido (MCFC Molten Carbonate Fuel Cell) con fines idénticos, y existen prototipos de celdas de óxido sólido (SOFC Solid-Oxide Fuel Cell).

Los sistemas electrolizadores no almacenan el combustible en sí mismos, por lo que necesitan de unidades de batería externas, lo que supone un problema serio para áreas rurales. En este caso, las baterías tienen que ser de gran tamaño para satisfacer la demanda del almacenaje, pero aun así esto supone un ahorro con respecto a los dispositivos eléctricos convencionales.

Existe un programa experimental en Stuart Island en el estado de Washington, donde la compañía Stuart Island Energy Initiative ha construido un sistema completo en el cual los paneles solares generan la corriente para hacer funcionar varios electrolizadores que producen hidrógeno. Dicho hidrógeno se almacena en un tanque de 1900 litros, a una presión de 10 a 80 bar. Este combustible finalmente se utiliza para hacer funcionar una celda de combustible de hidrógeno de 48 V ReliOn que proporciona suficiente energía eléctrica para fines residenciales en la isla (véase el enlace externo a SIEI.ORG).

Protium, una banda de rock formada en la Ponaganset High School, en Glocester, fue el primer conjunto musical del mundo en utilizar celdas de combustible de hidrógeno para proveerse de energía. La banda utilizaba un Airgen Fuelcell de 1kw Ballard Power systems. El conjunto ha tocado en numerosos eventos relacionados con las celdas de combustible incluyendo el CEP de Connecticut, y el 2003 Fuel Cell Seminar en Miami beach.

Plug Power Inc. es otra compañía importante en el diseño, desarrollo y fabricación de celdas de combustible PEM para aplicaciones estacionarias, incluyendo productos dirigidos a las telecomunicaciones, energía básica, y aplicaciones de cogeneración.

[editar] Otros posibles usos

Plantas de potencia
Vehículos Eléctricos
Sistemas Auxiliares de Energía
Sistemas de apoyo a la red eléctrica

En la actualidad, los mayores problemas residen en los materiales de soporte y de catálisis. Según diversos autores(Venkatachalapathy, Davila et al. 1999), (Hoogers 2003), un material electrocatalizador debe satisfacer varios requisitos. Necesita, en primer lugar, alta eficiencia en la oxidación electroquímica del combustible en el ánodo, (e.g. H₂ o CH₄) y para la reducción del O₂ en el cátodo. Una elevada durabilidad es también un requisito fundamental: se espera que las PEMFCs funcionen al menos durante 10.000 horas. Es necesario que un electrocatalizador tenga una buena conductividad eléctrica para reducir al mínimo las pérdidas por resistencia en la capa del catalizador. Ha de tener finalmente un bajo coste de producción.

[editar] Vehículos de hidrógeno, barcos, aviones y estaciones de servicio

El Toyota FCHV PEM FC, un vehículo diseñado por Toyota impulsado por hidrógeno

La primera estación de reabastecimiento de hidrógeno como combustible fue abierta en Reykjavík, Islandia en abril de 2003. Esta estación abastece a tres autobuses construidos por DaimlerChrysler y que prestan servicio en la red de transporte público de Reykjavík. La propia estación produce el hidrógeno que necesita, gracias a una unidad electrolizadora (fabricada por Norsk Hydro), y no necesita ser abastecida externamente: los únicos suministros necesarios son electricidad y agua. Shell también participa en el proyecto. La estación no tiene cubierta, para que en caso de peligro el hidrógeno pueda escapar libremente a la atmósfera.

Hay numerosos prototipos y modelos de coches y autobuses basados en la tecnología de la pila de combustible. Las empresas de automoción siguen investigando y ya han llegado a fabricar algunos prototipos. Compañías como DaimlerChrysler, Ballard Power Systems, Ford, Volvo, Mazda, General Motors, Honda, BMW, Hyundai, o Nissan, entre otras. Según la industria del automóvil se espera que los primeros vehículos comerciales estén disponibles en el 2010.

Submarino Type 212 en el puerto

Los submarinos Type 212A, un avanzado diseño alemán no nucleares, utiliza pilas de combustible (desarrolladas por Siemens) para alimentar nueve propulsores y puede mantenerse sumergido durante semanas sin tener que subir a la superficie.

En abril de 2008, en Toledo (España), la compañía Boeing hizo volar el primer avión propulsado por pila de hidrógeno.^[1] De manera parecida Airbus está desarrollando un prototipo de avión que utiliza esta tecnología.

Actualmente, un equipo de estudiantes universitarios llamado Energy-Quest está preparando un barco accionado por esta tecnología para hacer un viaje alrededor del mundo, así como otros proyectos usando combustibles más eficientes o renovables. Su empresa se llama Tritón.

[editar] Economía y Medio Ambiente

Las celdas de combustible son muy atractivas para usos avanzados por su alta eficacia e idealmente (véase energías renovables) por ser de emisiones cero, en contraste con los combustibles actuales más comunes, como puedan ser el metano o el gas natural, que siempre generan dióxido de carbono. Casi el 50% de toda la electricidad que es producida en los Estados Unidos, es procedente del carbón, que es una fuente de energía relativamente sucia. Si se utiliza electrólisis para crear el hidrógeno usando la energía procedente de las centrales eléctricas, en realidad el hidrógeno es creado a partir de carbón. Aunque la celda de combustible sólo emita calor y agua como residuos, el problema de la contaminación continuará presente en las centrales eléctricas.

Un acercamiento global debe considerar los impactos provocados por el escenario completo del hidrógeno, lo que incluye la producción, el uso, la infraestructura y los conversores de energía. Las pilas de combustible hoy en día están sobredimensionadas de catalizador, para compensar su propio deterioro [4]. La limitación en las reservas minerales de platino ha provocado la búsqueda de otras soluciones, por ejemplo la síntesis de un complejo inorgánico muy similar a la base catalítica del hierro-sulfuro de las bacterias hidrogenasas [5]. Las reservas mundiales de platino serían insuficientes (una cuarta parte) del necesario para permitir una conversión total de los vehículos a células de combustible: una introducción significativa de vehículos con la actual tecnología, por lo tanto, provocaría un gran incremento del precio del platino y un descenso significativo de sus reservas.

[editar] Historia

El principio de funcionamiento de la célula de combustible fue descubierto por el científico Christian Friedrich Schönbein en Suiza en 1838 y publicado en la edición de enero de 1839 del "Philosophical Magazine". De acuerdo con este trabajo, la primera fue desarrollada en 1843 por Sir William Grove, un científico galés, utilizando materiales similares a los usados hoy en día para la célula de ácido fosfórico. No fue hasta 1959 cuando el ingeniero británico Francis Thomas Bacon desarrolló con éxito una célula estacionaria de combustible de 5 kilovatios.

En 1959, un equipo encabezado por Harry Ihrig construyó un tractor basado en una célula de combustible de 15 kilovatios para Allis-Chalmers que fue expuesto en EE.UU. en las ferias del estado. Este sistema utilizó hidróxido de potasio como electrolito e hidrógeno y oxígeno comprimidos como reactivos.

Más adelante, en 1959, Bacon y sus colegas fabricaron una unidad de 5 kW capaz de accionar una máquina de soldadura, que condujo, en los años 60 a que las patentes de Bacon licenciadas por Pratt y Whitney en los Estados Unidos (al menos la idea original) fuesen utilizadas en el programa espacial de Estados Unidos para proveer a los astronautas de electricidad y de agua potable a partir del hidrógeno y oxígeno disponibles en los tanques de la nave espacial.

Paralelamente a Pratt & Whitney Aircraft, General Electric desarrolló la primera pila de membrana de intercambio de protones (PEMFCs) para las misiones espaciales Gemini de la NASA. La primera misión que utilizó PEFCs fue la Gemini V. Sin embargo, las misiones del Programa Apolo y las misiones subsecuentes Apolo-Soyuz, del Skylab, y del transbordador utilizaban celdas de combustible basadas en el diseño de Bacon, desarrollado por Pratt & Whitney Aircraft.

UTX, subsidiara de UTC Power fue la primera compañía en fabricar y comercializar un sistema de células de combustible estacionario a gran escala, para su uso como central eléctrica de cogeneración en hospitales, universidades, y grandes edificios de oficinas. UTC Power continúa comercializándola bajo el nombre de PureCell 200, un sistema de 200 kilovatios, y sigue siendo el único proveedor para la NASA para su uso en vehículos espaciales, proveyendo actualmente al trasbordador espacial. Además está desarrollando celdas de combustible para automóviles, autobuses, y antenas de telefonía móvil. En el mercado de automoción, UTC Power fabricó la primera capaz de arrancar a bajas temperaturas: la célula de membrana de intercambio de protones (PEM).

Los materiales utilizados eran extremadamente caros y las celdas de combustible requerían hidrógeno y oxígeno muy puros. Las primeras celdas de combustible solían requerir temperaturas muy elevadas que eran un problema en muchos usos. Sin embargo, se siguió investigando en celdas de combustible debido a las grandes cantidades de combustible disponibles (hidrógeno y oxígeno).

A pesar de su éxito en programas espaciales, estos sistemas se limitaron a aplicaciones especiales, donde el coste no es un problema. No fue hasta el final de los años 80 y principios de los 90 que las celdas de combustible se convirtieron en una opción real para uso más amplio. Varias innovaciones, catalizador con menos platino y electrodos de película fina bajaron su coste, haciendo que el desarrollo de sistemas PEMFC (para, por ejemplo, automóviles) comenzara a ser realista.

Gerhard Ertl, ganador del Premio Nobel de Química en 2007, fue el descubridor del funcionamiento de las pilas de combustible.

[editar] Bibliografía

Gregor Hoogers, Hoogers Hoogers - Fuel Cell Technology Handbook - Edita:CRC Press Enero de 2003 - ISBN 0-8493-0877-1
Venkatachalapathy, R., G. P. Davila, et al. (1999). "Catalytic decomposition of hydrogen peroxide in alkaline solutions." Electrochemistry Communications 1: 614-617.

[editar] Referencias

↑ «Boeing presenta el primer avión de pila de hidrógeno». Consultado el 15 de enero de 2009.

[editar] Enlaces externos

[editar] Véase también

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_combustible"

FUENTE:
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Abengoa & El reto del desarrollo sostenible

El año 2007 estuvo protagonizado por el debate sobre el desarrollo sostenible y el cambio climático. Más de 3.000 científicos, de cerca de un centenar de países, pertenecientes al Panel Intergubernamental sobre el cambio climático (IPCC) de la ONU, concluyeron que el calentamiento del planeta es inequívoco y está causado por las emisiones de gases de efecto invernadero de origen antropogénico. ^[1]

Nuestro actual modelo energético, basado en la energía fósil, presenta claros síntomas de agotamiento. De acuerdo con el informe de la UK Industry Taskforce on Peak Oil & Energy Security ^[2]el límite máximo de producción de crudo se alcanzará entre 2011 y 2015. Por esta razón, uno de los retos más importantes de los próximos años será avanzar en un nuevo modelo basado en energías renovables no contaminantes y cuyo suministro esté garantizado. Para luchar de una manera efectiva contra el cambio climático creo que es necesario adoptar un nuevo paradigma económico en el que los precios de los bienes y servicios incluyan, no sólo su coste de fabricación, sino también su coste medioambiental.

En los próximos años se producirá un aumento sustancial de la población mundial (muy probable que en 20 años se llegue a los 8 G ^[3] de personas y, en 2.050, a los 9,3 G). ^[4] Esto tendrá importantes consecuencias desde el punto de vista ambiental. En primer lugar viviremos una importante escasez de agua, de manera que en 20 años el 50% de la población podría sufrir carestía. ^[5] Además, se incrementarán sustancialmente los residuos generados, tanto industriales como domésticos. Y por último, si no fomentamos el uso de energías limpias, se producirá un importante incremento de la demanda energética y, por consiguiente, de las emisiones de CO2.

Es importante destacar que las emisiones de CO2 en el mundo procedentes del sector transporte fueron superiores a 5 G de toneladas anuales en 2002, de las que más de 4,2 G correspondieron al transporte por carretera. Las previsiones de emisiones de CO2 en el transporte para 2030 superarán las 8,5 G de toneladas. ^[6]Por su parte, la Unión Europea prevé que, entre 2000 y 2030, se incrementarán estas emisiones, sólo en Europa, de 1 G a 1,3 G de toneladas anuales. ^[7] En resumen, las emisiones de CO2 provenientes del sector transporte son muy elevadas y tienen, por tanto, importantes consecuencias medioambientales.

Con este panorama, no es de extrañar que los biocombustibles se presenten como la alternativa más prometedora para disminuir el impacto ambiental del sector transporte. El uso de bioetanol como combustible supone un ahorro de más de 144 gramos de CO2 por kilómetro recorrido. ^[8] De hecho, no existe ninguna alternativa real viable que pueda generar beneficios similares en un plazo de 20-30 años. Y no hay que olvidar que la reducción de estos gases y de contaminantes locales, como el óxido de nitrógeno o las partículas en suspensión, disminuye sensiblemente el riesgo de problemas para la salud en la población.

Pero es que, además, los biocombustibles pueden ayudar a disminuir la dependencia energética que gran parte de las naciones del mundo han contraído con el oligopolio de países que producen petróleo, por un lado, y a reducir la factura de las importaciones, por otro. Cada año se consumen en el mundo más de 30 G de barriles de petróleo ^[9], lo que supone una factura a pagar, suponiendo que el precio del barril sea de 100 dólares, de más de 3 T$. ^[10] Incluso un país pequeño como España, que consume poco más de 500 M de barriles al año, paga una factura anual superior a los 50 G$. Y la previsión es, según la Comisión Europea, que la demanda energética aumente hasta 2030 a un ritmo de un 1% anual. ^[11] Pero si en España en lugar de gasolina convencional se empleara una mezcla del 85 % de bioetanol (E85) de producción local se podría llegar a ahorrar más de 42 G$ al año, lo que supondría un notable ahorro de divisas.

Los biocombustibles también ayudan al sostenimiento de poblaciones rurales que encuentran en ellos una opción tanto como productores de materia prima como en las industrias para su transformación. En definitiva, el empleo de biocombustibles y el incremento en la eficiencia energética de los vehículos son fundamentales en la lucha contra el cambio climático y en la consecución de una mayor independencia energética de los países. Ambos objetivos son muy importantes para alcanzar un desarrollo sostenible.

El argumento básico que suele utilizarse para atacar el uso de biocombustibles es el siguiente: "Los biocombustibles se obtienen a partir de cereales, por lo que su producción hace que la demanda de cereales aumente, y por ello que se encarezcan sus precios. Este encarecimiento se traslada al bolsillo del consumidor, y a provocar más hambre en el mundo". Todo un conjunto de falacias.

La producción de cereal dedicada a bioetanol en Europa en 2007 ha sido del 2%, y no superará el 4% para conseguir los objetivos fijados para 2010 ^[12]. Cantidades pequeñas para que puedan afectar significativamente a los precios. A esto hay que añadir que la segunda generación de biocombustibles ya no se obtendrá a partir de los cereales, sino de la biomasa proveniente de desecho vegetal (paja, hojas, bagazo, rastrojos) por lo que, a medio y largo plazo, el incremento de la producción de biocombustibles no tendrá ningún efecto sobre el mercado de cereales.

Entonces —cabe preguntarse— ¿¿a qué se deben los incrementos en el precio de los cereales de los que tanto hablan los periódicos?: A las malas cosechas de los últimos tres años, que reducen la oferta existente. La producción de trigo en España en 2005 fue casi la mitad que la de 2004. Las producciones de 2006 y 2007 han sido de un 21% y un 10% inferiores. A esto hay que añadir otros factores como el aumento del consumo en Asia o la entrada de fondos de inversión en el mercado, cuyo objetivo es aprovechar la volatilidad del precio del cereal para especular con él, lo que está motivando que los fondos actúen como aceleradores del mercado, incrementando aún más la volatilidad de los productos y sus picos de precio. Esta explicación ha quedado claramente ratificada por la evolución de los precios de los cereales en el tercer trimestre de 2008. Durante estos meses la producción de biocombustibles ha continuado creciendo mientras que, debido a la crisis financiera, los fondos de inversión de carácter especulativo se han retirado del mercado de cereales. Esta combinación de hechos ha conducido a una bajada del precio de los cereales del orden del 50%, lo cual muestra claramente la poca influencia que sobre los precios ha tenido la producción de biocombustibles y la gran influencia de los otros factores antes señalados.

Para la producción de 28 MJ de bioetanol sólo se utiliza 1 MJ de petróleo. ^[13] Evidentemente también se utilizan otras energías, especialmente las procedentes del mix eléctrico, pero no el petróleo. Por lo cual el bioetanol tiene el potencial de desplazar el consumo de petróleo masivamente. A la luz de estos datos, corroborados por muchos otros análisis similares efectuados por centros de investigación de prestigio, podemos constatar que el uso de bioetanol como combustible para el transporte presenta dos claras ventajas frente al de la gasolina: menor consumo de energía fósil en su producción y distribución, con lo que se incrementa hasta 28 veces la duración de las reservas de petróleo, y unos mayores ahorros en emisiones de CO2, que disminuye la incidencia sobre el efecto invernadero.

¿Qué energía usarán nuestros nietos?

El consumo de energía a finales del siglo XXI será 2,5 veces superior al actual, con el consiguiente incremento de las emisiones. ^[14] Para obtener una reducción en la emisión de gases de efecto invernadero de alrededor del 20% (con respecto al supuesto de mantener el patrón actual de generación eléctrica) sería necesario generar entre un 40% y un 50% de la energía a partir de fuentes renovables.

Bastaría cubrir con colectores solares una pequeña parte (menos de un 5%) de los desiertos cálidos para satisfacer las necesidades eléctricas del mundo entero. ^[15] Otras estimaciones señalan que la energía solar disponible en los desiertos es más de 700 veces el consumo de energía primaria en todo el mundo. En cualquier caso, existe un importante consenso, entre la comunidad académica, respecto a que podría multiplicarse varias veces el consumo energético actual y futuro del mundo entero, empleando únicamente la radiación solar que reciben los desiertos. Por lo que respecta a la Península Ibérica podría obtenerse 8,32 veces la demanda energética total en 2050 ^[16].

Actualmente existe gran cantidad de tecnologías alternativas para producir electricidad a partir del sol, que puede agruparse en dos bloques. En primer lugar, la tecnología fotovoltaica, que transforma la radiación solar en electricidad, aprovechando el efecto fotoeléctrico, y, por otra, la tecnología termosolar, basada en la conversión en calor de la energía radiada, que posteriormente se emplea en un ciclo termodinámico.

El escenario futuro se basará a grandes rasgos en las siguientes líneas:

En el caso de una planta de generación eléctrica de gran tamaño (cientos de MW), cuya finalidad sea abastecer a un gran número de hogares o industrias, y que además esté ubicada en una zona de alta radiación directa, seguramente se utilice tecnología termosolar.
Para plantas de tamaño medio (pocos MW) conectadas a red y ubicadas en zonas con una alta radiación directa, probablemente sea más adecuado el uso de fotovoltaica de concentración (se concentra la luz solar mediante el uso de sistemas ópticos en un área reducida de células fotovoltaicas). Si la radiación es menor, posiblemente se utilice fotovoltaica convencional.
Para instalaciones de pequeño tamaño destinadas al consumo individual, la fotovoltaica parece la alternativa más viable.

El otro vector energético del futuro, el hidrógeno, tiene muchas posibilidades de competir creo y complementará extensamente la electricidad. Este elemento no es una fuente de energía primaria, sino que, al igual que la electricidad, constituye un medio de transmisión de la energía desde las fuentes primarias hasta los usuarios (esta es precisamente la definición de vector energético). Actualmente existen dos vías principales para la utilización del hidrógeno. La primera es su uso en procesos térmicos convencionales (motores de combustión interna o turbinas). En esta conversión térmica no se producen emisiones contaminantes (excepto para algunas relaciones H2/aire donde la temperatura elevada produce óxidos de nitrógeno). La segunda es la transformación en electricidad mediante procesos electroquímicos en pilas de combustible. En este tipo de conversión las emisiones serían nulas.

El hidrógeno será, como he señalado, el vector energético del futuro junto a la electricidad. La solar será la fuente de energía de mayor utilización. No quiero que con ello se me interprete erróneamente: en ambos casos deberán existir alternativas energéticas que complementen el uso de hidrógeno y radiación solar. Aunque, dados los intereses económicos vinculados a las energías fósiles, llegar hasta el punto en el que el sol y el hidrógeno alimenten el 80 por ciento de nuestras necesidades energéticas, no será un camino fácil.

Desgraciadamente, la presión de quienes defienden las energías fósiles nos pueden llenar de dudas a todos. Debemos ser capaces de entender las ventajas de las energías renovables en la tranquilidad de que no nos equivocamos, y seguir dedicando recursos a la investigación.

Las generaciones futuras nos lo agradecerán.

^[1] Solomon, S., et al.:Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment. Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press. 2007. Pags.727-728.

^[2] The Oil Crunch. Securing the UK's energy future. First report of the UK Industry Taskforce on Peak Oil & Energy Security, Oct. 2008

^[3] G = 10 ⁹ = 1.000.000.000 = millardo.

^[4] Population Division of the Department of Economic and Social Affairs of the United Nations Secretariat, World Population Prospects: The 2006 Revision and World Urbanization Prospects: The 2005 Revision. <http://esa.un.org/unpp>.

^[5] N/WWAP (United Nations/World Water Assessment Programme): 1st UN World Water Development Report: Water for People, Water for Life. UNESCO and Berghahn Books. 2003.

^[6] Stern N.: The Economics of Climate Change – The Stern Review. Cambridge University Press. 2006.

^[7] European Commission – DG Energy and Transport: European energy and transport trends to 2030. 2003.

^[8] Lechón, Y., et al.: Análisis del ciclo de vida de combustibles alternativos para el transporte. Fase I. Análisis de Ciclo de Vida comparativo del etanol de cereales y de la gasolina. Energíay cambio climático. Ciemat. 2003.

^[9] Energy Information Administration: International Energy Outlook 2007, U.S. Department of Energy. 2007. Pag. 29.

^[10] T = tera = 10 ¹² = 1.000.000.000.000 = billón.

^[11] European Commission – DG Energy and Transport: European energy and transport trends to 2030. 2003.

^[12] European Commission -- DG for Agriculture and Rural Development: Prospects for agricultural markets and income in the European Union 2007-2014. 2007.

^[13] Dale B: Thinking clearly about biofuels: ending the irrelevant 'net energy' debate and developing better performance metrics for alternative fuels. Biofuels, Bioprod. Bioref. 1:000–000 (2007).

^[14] Nakicenovic N. et al.: IPCC Special Report on Emissions Scenarios. Cambridge University Press. 2000.

^[15] Kurokawa K. et al.: Energy from the desert: Feasibility of very large scale photovoltaic power generation (VLS-PV) systems. Photovoltaic systems executive committee of the International Energy Agency. 2003.

^[16] El informe " Renovables 2050", encargado por Greenpeace al Instituto de Investigaciones Tecnológicas de la Universidad Pontificia de Comillas, afirma que "los recursos renovables más abundantes son los asociados a la energía solar: entre todas las tecnologías solares se podría obtener energías equivalente a 8,32 veces la demanda energética total de la Península Ibérica en 2050".

FUENTE: http://www.abengoa.com/sites/abengoa/es/noticias_y_publicaciones/noticias/historico/noticias/2009/02_febrero/20090225_noticias_1.html
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RSE ABB y Abengoa impulsan su compromiso en la lucha contra el cambio climático

ABB y Abengoa impulsan su compromiso en la lucha contra el cambio climático

10 de noviembre de 2009

Madrid, 10 de noviembre de 2009.- ABB y Abengoa han firmado un acuerdo para informar de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de los principales productos que ABB suministra a Abengoa.

El acuerdo tiene como objetivo dar respuesta a los requerimientos sobre los gases de efecto invernadero planteados por Abengoa y sus filiales al realizar las compras de productos a ABB, y que viene originado por la puesta en marcha por parte de Abengoa de un inventario que le permitirá medir y comparar la sostenibilidad de sus actividades y definir los objetivos de mejora.

Previamente a la firma de este acuerdo, en marzo de 2009 se formó un equipo de trabajo con personal de ABB y de Abengoa para definir los principales productos que deberían estar sujetos a este acuerdo, los plazos para la implantación del sistema de reporte e informar del "potencial de calentamiento global"¹ (Global Warming Potential) de los productos finalmente incluidos. El acuerdo identifica los principales productos que ABB suministra a Abengoa y que estarán incluidos en el sistema de reporte de sus emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).

ABB ya contaba con un programa de declaraciones ambientales de sus productos que incluía la información relativa al potencial del calentamiento global de los mismos, y que se ha adaptado para cumplir con los requerimientos planteados por Abengoa. No obstante el equipo de trabajo seguirá identificando otros productos y servicios de ABB que se incluirán en la siguiente fase de este sistema de reporte.

Para Abengoa, la Responsabilidad Social Corporativa (RSC) es uno de los ejes fundamentales de su estrategia. La Compañía ha elaborado un Plan Director de RSC que le permitirá desarrollar sus capacidades distintivas en un entorno de innovación y desarrollo sostenible. En este contexto se enmarca el acuerdo que Abengoa ha suscrito con ABB, por el cual la Compañía apoya las políticas de ABB (Código de Conducta y sus compromisos con el cambio climático) que están en línea con las políticas de responsabilidad social y de sostenibilidad de Abengoa.

Abengoa es una empresa tecnológica que aplica soluciones innovadoras para el desarrollo sostenible en los sectores de infraestructuras, medio ambiente y energía. Cotiza en Bolsa con una capitalización de 1.805,32 millones de euros (06/11/2009) y está presente en más de setenta países, en los que opera con sus cinco Grupos de Negocio: Solar, Bioenergía, Servicios Medioambientales, Tecnologías de la Información e Ingeniería y Construcción Industrial (www.abengoa.com).

ABB es un líder en tecnologías eléctricas y de automatización, que hace posible que las compañías de servicios básicos (electricidad, gas y agua) y las industrias, aumenten su eficiencia, reduciendo el impacto ambiental. El Grupo ABB opera en unos 100 países y emplea a alrededor de 120.000 personas. ABB en España tiene una plantilla de más de 2600 empleados.

Para más información

Abengoa.

Patricia Malo de Molina

Tel. +34 954 93 71 11

ABB

Nieves Álvarez.

FUENTE:
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ENERGIAS RENOVABLES: Los Océanos como Fuente de Eenrgía

Los Océanos como Fuente de Eenrgía

Concebimos los océanos como lugar de recursos inmensos: agua dulce, pesca, minerales, petróleo, etc., y por supuesto energía. Desde la energía maremotriz empleada desde hace siglos en molinos de mareas, hasta la energía mareoundiz o la basada en gradientes térmicos, las posibilidades son numerosas. Todas ellas han sido explotadas o evaluadas, independientemente de que puedan parecernos al límite de la viabilidad.

Los océanos han sido siempre objeto de las miradas en busca de salidas al problema de la escasez de recursos. La creciente demanda de energía y el giro hacia las energías renovables han vuelto a poner sobre la mesa el papel que pueden los océanos en la producción de energía. Las ideas son variadas y van desde la energía maremotriz hasta el aprovechamiento de gradientes térmicos. Se revisan aquí algunos de los desarrollos realizados y de las nuevas tecnologías que van cobrando mayor definición.

La energía maremotriz, es decir, la resultante de aprovechar el movimiento de aguas resultante de las mareas es quizá la que cuenta con antecedentes más antiguos. Durante siglos los molinos de mareas aprovecharon las corrientes provocadas en desembocaduras de ríos por la subida y bajada de mareas, o aprovechaban la subida de la marea para llenar depósitos de agua que posteriormente, a la bajada de la marea eran liberados moviendo los molinos. El mismo principio que llevó a la construcción de los molinos de mareas derivó posteriormente en la contrucción de centrales eléctricas maremotrices, entre las que destaca la del río Rance, en Francia. Existen pocos ejemplos relevantes más en el mundo, debido a la dificultad para encontrar enclaves en los que exista un desnivel suficientemente acusado entre mareas y al severo impacto ambiental que la construcción de este tipo de centrales trae consigo.

La energía undimotriz, basada en el movimiento oscilatorio de las olas, ha recibido gran interés en los últimos años. Los sistemas mediante los que el movimiento de vaivén puede transformase en electricidad son variados:

- Boyas que se deslizan por un cable anclado al fondo accionando un generador. Es posiblemente el sistema más desarrollado y extendido, con varias decenas de instalaciones en el mundo.

- Pozos comunicados con el mar cuyo nivel oscila con el oleaje moviendo flotadores, que a su vez accionan un generador.

- Pozos comunicados con el mar en los que el aire desplazado por el nivel oscilante del agua acciona una turbina.

- Flotadores articulados que por movimiento relativo entre sus parte generan energía. En 2008 se inauguró la primera instalación de este tipo en la costa portuguesa, con una potencia de 2,25 MW, si bien en 2009 dejó de operar por problemas técnicos y financieros. Existen nuevos proyectos en las costas portuguesa y escocesa.

El aprovechamiento de las corrientes submarinas se basa en conceptos equivalentes en muchos sentidos a los que han dado lugar al desarrollo de la energía eólica. Las corrientes constantes existentes en ciertos enclaves son capaces de accionar turbinas de gran tamaño. En las costas de Irlanda del Norte se instaló en el 2008 una turbina con una potencia 1,2 MW. Existen proyectos ambiciosos en Escocia (60 MW) y en Corea del Sur (300 MW).

El aprovechamiento de los gradientes térmicos existentes en los océanos han sido materia de debate desde que en el siglo XIX el físico francés Jaques-Arsène d'Arsonval lo propusiera. Considerado durante tiempo como una entelequia y limitado a rendimientos bajos, hoy día el proceso está siendo retomado por varias empresas en el mundo. Los mayores esperanzas se encuentran en los trópicos, donde entre la superficie y los 1.000 m de profundidad pueden darse gradientes de cerca de 30ºC. El proceso consiste en utilizar el agua caliente de la superficie para evaporar un fluido (amoníaco o freón) expandiéndolo y activando una turbina. El vapor es condensado posteriormente utilizando agua fría extraída de las profundidades. Se establece así un ciclo en el que se produce energía por intercambio de calor entre un foco caliente y uno frío. El proceso tiene un consumo energético debido al bombeo del agua, que en las últimas propuestas realizadas se satisfaría mediante energía solar fotovoltaica o eólica. Como suproducto del proceso se generaría agua desalinizada.

Finalmente, como ejemplo de las múltiples alternativas barajadas, se encuentra la electrodiálisis inversa, capaz de producir una corriente eléctrica gracias a la diferencia de salinidad existente entre un agua de mar y agua dulce separadas por una membrana con características adecuadas. En los Países Bajos se ha ensayado una planta con una potencia de 50 kW, si bien el proceso se ve muy dificultado por el alto coste de las membranas.

FUENTE: <http://www.gstriatum.com/energiasolar/blog/2009/11/09/los-oceanos-como-fuente-de-eenrgia/>
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