El ensayo

Este prueba ha sido realizada por un equipo de empresas, lideradas por el grupo Wärtsilä, en colaboración con WEC Energy Group, EPRI y Burns & McDonnell. En ella, se ha logrado completar el ensayo con hidrógeno mezclado en la central eléctrica AJ Mihm en el estado de Michigan.

En esta central, de 55 MW de WEB Energy Group, se han llevado a cabo con éxito las pruebas, ya que se ha logrado que los motores funcionen con una mezcla compuesta en un 70% por amoniaco y en un 30% por hidrógeno.

Este combustible está desprovisto de carbono completamente, lo que propició que el motor funcionara a pleno rendimiento a pesar de no haber sufrido modificación alguna. El motor Wärtsilä 50 SG de 18 MW con el que se hizo la prueba pudo suministrar energía a la red con normalidad. De este modo, se convirtió en el motor de combustión interna de mayor tamaño que ha funcionado de forma continua con una mezcla de hidrógeno.

Próximos pasos

Tras este ensayo con éxito, ahora el siguiente paso es conseguir que los motores de las centrales eléctricas funcionen con hidrógeno puro. Un objetivo que se espera alcanzar en 2025. De momento, ya se está trabajando en una tecnología que posibilite este uso y que estaría totalmente lista en ese horizonte.

De conseguir este objetivo, supondría un importante avance, sobre todo, en una situación de emergencia climática como la que se vive en la actualidad. No obstante, la empresa está centrada en más tecnologías avanzadas en materia de energía sostenible con las que se podrían alcanzar también importantes hitos en materia energética y descarbonización.

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El desarrollo

Un grupo de investigadores del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM) es el artífice de esta nueva solución, que se basa en descubrir un sistema de baterías fotovoltaicas con potencial de almacenamiento durante largos períodos de tiempo a bajo coste, aparte de proporcionar calor y electricidad bajo demanda.

Según se explica en el artículo ‘Baterías termofotovoltaicas de calor latente’, que se ha publicado recientemente en la revista Joule, el sistema emplea la generación excedente a partir de energías renovables intermitentes, como la eólica o la solar, para fundir metales baratos como el silicio o las aleaciones de ferrosilicio a temperaturas superiores a los 1.000 grados Centígrados.

La clave de este sistema, ya patentado, está en que estas aleaciones de silicio tienen capacidad para almacenar grandes cantidades de energía durante el proceso de fusión. Este tipo de energía es la que se denomina o conoce como calor latente.

De acuerdo con los datos facilitados, un litro de silicio almacena más de un kWh de energía en forma de calor latente. Esto es la cantidad de energía que contiene un litro de hidrógeno presurizado a 500 bar. Pero, a diferencia del hidrógeno, el silicio puede almacenar a presión atmosférica. Esto hace que sea más económico y seguro.

El sistema combina los efectos termiónico y fotovoltaico para lograr la conversión directa del calor en electricidad. Además, no requiere contacto físico con la fuente térmica, puesto que se basa en la emisión directa de electrones (efecto termiónico) y de fotones (efecto termofotovoltaico).

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El sistema

Este sistema ha sido desarrollado por Nantek. La solución de esta startup se basa en un reciclaje de las mascarillas para que pasen de ser residuos naturales a combustibles sintéticos. Además, se pueden reciclar en otros productos químicos para uso industrial.

La planta de reciclaje de mascarillas, también se trabajará con plásticos, estará situada en Zamudio, en Bizcakia, y tendrá una capacidad de tratamiento de alrededor de 500 toneladas al año.

La planta, que se prevé que entre en funcionamiento en diciembre, empleará este desarrollo para el reciclaje, que ha sido realizado en colaboración con la firma Orka. En concreto, se usa un sistema de economía circular para el reciclaje integral de mascarillas usadas.

El proceso se basa en un sistema termoquímico para inactivar las mascarillas sanitarias y reciclarlas, ya que tienen una base de plástico, con el fin de producir productos petroquímicos de alto valor industrial.

Cómo funciona

Todo el proceso comenzará con la recogida de las mascarillas para lo que hay que cumplimentar un formulario que figura en la web. Todas las que se recojan serán introducidas en bolsas plásticas para evitar una posible contaminación hacia el exterior.

Estas bolsas serán tratadas a altas temperaturas en hornos pirolíticos, que han sido construidos específicamente para estas funciones y proceso. Así, se consiguen inactivar los residuos y eliminar posibles restos biológicos.

Este residuo inactivo es sometido a otro proceso químico, en este caso, de condensación de gases en productos líquidos como hidrógeno o hidrocarburos sintéticos como parafinas o combustibles libres de azufre que pueden ser empleados para el transporte por carretera o marino.

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La tecnología

La producción actual de microalgas no satisface la demanda comercial, aunque su cultivo para aplicaciones energéticas sí podrá proporcionar fuentes de ingresos adicionales en las comunidades rurales.

En la actualidad, el 96% del hidrógeno y todo el metano se producen utilizando recursos no renovables. Y las microalgas son atractivas para ello porque la integración de agua y electricidad renovable con la recolección de microalgas permite reducir costes y aumentar la sostenibilidad de producción de hidrógeno a partir de este proceso.

Los investigadores realizaron la RFV (gasificación por volatilización instantánea reactiva) en microalgas utilizando temperaturas de entre 550 y 650 grados centígrados y empleando vapor como agente gasificante. De esta manera, no es necesario deshidratar o secar las microalgas, reduciendo de manera significativa el consumo de energía.

Los resultados

Los resultados de la investigación constatan que las emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de hidrógeno con RFV en microalgas es un 36% menor en comparación con el reformado de vapor de gas metano, que es la práctica para la producción de hidrógeno que más se emplea en la actualidad.

Además, con procesos adicionales de energía renovable –como es el caso de la hidroelectricidad-, que se pudieran integrar con el proceso de producción de hidrógeno, las emisiones de carbono podrían caer hasta un 87%.

Otros datos significativos son los relacionados con el coste predominante del hidrógeno a diez dólares por kilo. En este caso, se muestra que, usando RFV para producir el gas, el período de recuperación de la inversión inicial es de sólo 3,78 años con una tasa interna del 22% de retorno.

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El sistema

En concreto, este sistema está siendo desarrollado por la empresa Siemens junto con la compañía alemana ferroviaria Deutsche Bahn (DB). Ambas han empezado a trabajar en un novedoso sistema de ferrocarriles impulsados por hidrógeno.

La intención de ambas compañías es poder probar un sistema global, que está basado en un tren de última generación y una estación de combustible de nuevo diseño.

Dentro de este desarrollo, DB se encargará de reacondicionar uno de sus talleres de mantenimiento para dar servicio al tren propulsado por hidrógeno. Además, las dos empresas colaborarán en las pruebas de este nuevo sistema integral que está formado por el propio tren y un conjunto de infraestructuras que han sido específicamente desarrolladas para este cometido.

El sistema pretende así sustituir a los trenes diésel que operan las rutas regionales con el fin de reducir las emisiones de dióxido de carbono. Y es que este nuevo sistema sería más respetuoso con el medio ambiente.

Pruebas

Mientras el desarrollo llega al mercado, las dos empresas siguen avanzando en su diseño y en la realización de pruebas, que se van a llevar a cabo en la región que rodea la ciudad de Tubinga.

Las pruebas se harán con el prototipo que Siemens Mobility pondrá en marcha y que se basa en el tren regional Mireo Plus. El tren será de dos coches y contará con un motor de hidrógeno, teniendo tanta potencia como en la versión eléctrica. El rango de operación se estima en hasta 600 kilómetros.

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El desarrollo

La investigación la ha realizado un equipo de químicos de Oxford. En concreto, su trabajo se ha centrado en desarrollar un nuevo método que permite convertir los desechos plásticos en gas hidrógeno, que es posible utilizar como combustible limpio y carbono sólido de alto valor.

Este proceso se ha conseguido con un nuevo tipo de catálisis, que los investigadores han desarrollado. Este método se caracteriza por utilizar microondas para activar partículas de catalizador con el fin de extraer el hidrógeno de los polímeros de manera efectiva.

En concreto, los investigadores mezclaron partículas de plástico pulverizadas mecánicamente con un catalizador susceptor de microondas de óxido de hierro y óxido de aluminio.

Esta mezcla fue sometida a un tratamiento con microondas, lo que permitió obtener un gran volumen de gas hidrógeno. También se consiguió un residuo de materiales carbonosos, siendo la mayor parte de ellos identificados como nanotubos de carbono.

Importante avance

El método desarrollado por estos investigadores supone un importante paso, ya que se logra agilizar el proceso de conversión de plástico en hidrógeno y carbono sólido. Además, de rapidez, también se gana en simplificación de los procesos habituales relacionados con el tratamiento de residuos.

Y es que se ha logrado demostrar que más del 97% del hidrógeno del plástico se puede obtener en muy poco tiempo con un método que, además, es de bajo coste y sin carga de CO2.

Este sistema se convierte así en una solución con un gran potencial para solventar el problema de los residuos plásticos con el fin de que sean empleados como materia prima en lugar de acabar en vertederos y contaminar.

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El catalizador

El desarrollo ha sido realizado por un equipo de científicos de UNSW Sydney, la Universidad Griffith y la Universidad Tecnológica de Swinburne. El trabajo se ha centrado en demostrar que la captura de hidrógeno, al separarlo del oxígeno en el agua, se puede hacer mediante el uso de metales de bajo coste.

En concreto, la investigación realizada se ha centrado en el empleo del hierro y del níquel como catalizadores. Son dos metales que han permitido acelerar esta reacción química con el aliciente añadido de que, además, se ha producido con menos energía.

La investigación, que ha sido publicada en el Nature Communications, ahonda en la ventaja de utilizar estos metales no solo por los resultados que se han obtenido, sino también porque el hierro y el níquel se encuentra en abundancia en la Tierra.

De esta manera, se podría sustituir con ellos metales preciosos como el rutenio, platino e iridio que están considerados como los catalizadores de referencia para este proceso de división del agua.

El funcionamiento

Otra de las claves de este nuevo catalizador radica en el proceso que se sigue para dividir el agua en el que dos electrodos aplican una carga eléctrica. Esta carga hace que el hidrógeno se separe del oxígeno y se pueda emplear como energía en una pila de combustible.

Con el nuevo catalizador, se recubren los electrodos para reducir el consumo de energía. Esto se consigue porque este dispositivo incluye una pequeña interfaz a nanoescala en la que el hierro y el níquel se encuentran a nivel atómico.

Esto se convierte en un sitio activo para dividir el agua. Precisamente, ahí es donde el hidrógeno puede separarse del oxígeno y capturarse como combustible. Además, el oxígeno se puede lanzar como un desecho ecológico.

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El desarrollo

El sistema se basa en agua, dióxido de carbono y cobalto metálico, combinación con la que se produce gas de hidrógeno a demanda a una temperatura y presión bajas.

La técnica desarrollada permitirá que, en un coche eléctrico, el hidrógeno que se ha creado con esta tecnología vaya a una pila de combustible en la que se mezclaría con el oxígeno de la atmósfera para generar electricidad y agua.

Esta electricidad sería la que alimentaría el sistema que opera el motor del vehículo, aparte de ir a la batería recargable y a los faros.

Ventajas

El desarrollo, que nace en el seno de la Universidad de Massachusetts, permite solucionar los principales problemas de los coches vehículos eléctricos, que tienen limitaciones en cuanto a la capacidad de almacenamiento, el tiempo que se precisa para recargar la batería y su coste.

Además, se facilita que los vehículos eléctricos en la carretera no dependan tanto de las baterías y de su carga, ahondando así en ese concepto de mayor autonomía. Así, la principal ventaja de este sistema es que permitirá que los coches eléctricos puedan funcionar durante más tiempo, ganando en autonomía, además de no producir más emisiones durante ese tiempo.

Otra ventaja es que, con este sistema, no se almacena gas de hidrógeno, lo que aumenta su seguridad al minimizarse la posibilidad de incendios o explosiones. Y es que esta tecnología permite generar hidrógeno, que es como mínimo un 95% puro, quemándose totalmente limpio y no produciendo dióxido de carbono. Tan solo se genera agua.

También se abaratan los costes de producción de hidrógeno en comparación con las técnicas y sistemas actuales, que son más caros y que han dificultado la mayor implantación de este tipo de energía para su uso en automoción.

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Los bioaceites

El proyecto To-Syn-Fuel ya ha permitido probar los primeros bioaceites en coches tras haber trabajado en el diseño y desarrollo de un sistema de producción de combustibles sintéticos e hidrógeno a partir de biomasa residual.

Este proyecto, del que forman parte 12 entidades europeas y entre las que se encuentra la española Leitat, ya ha dado a conocer algunos avances de esta investigación al probarse los primeros bioaceites como biocarburantes un vehículo híbrido, de diesel y eléctrico, de la firma Volkswagen.

En concreto, gracias a este proyecto, que se desarrolla dentro del programa Horizonte 2020, en la planta piloto TCR300 se ha fabricado el TCR-Oil normal y el TCR-Oil mejorado, mostrando su capacidad para mover el motor del Volkswagen XL1.

Los bioaceites han sido fabricados utilizando lodos de depuradoras de aguas residuales, reuniendo además la característica de ser sintéticos.

La producción

Estos biocarburantes se han desarrollado en TCR300, que es también un prototipo de planta industrial. En estos momentos, cuenta con una capacidad de producción de siete toneladas por día.

No obstante, de momento, en ella se lleva a cabo un programa de prueba con el fin de proporcionar los insumos clave en la planta piloto, que ya está en funcionamiento y en la que se están empleando diferentes procesos para obtener biocarburantes como la hidrodesoxigenación a alta presión, también conocida como HDO, o la adsorción por oscilación de presión, denominada PSA.

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Su propuesta es este Audi Cetus, un concept que da forma a un coche de estilo futurista propulsado por hidrógeno e inspirado en la naturaleza. Haciendo gala de un exquisito gusto por la biomimética o biomimetismo se inspira en un cetáceo. El resultado, un diseño aerodinámico que parece un delfín amarillo.

Un coche neutro en carbono

El idea ha ganado el primer premio en el European Product Design Awards. Lo ha conseguido apostando por un coche de lo más peculiar. Un Audi para dos personas de un llamativo color amarillo, divertido y atractivo, además de sostenible gracias a su diseño aerodinámico y cero emisiones.

Su motor de hidrógeno está adaptado a un uso urbanita, pensado para los viajes diarios en la ciudad. Tanto por su cero emisiones como por sus formas aerodinámicas. De hecho, Kapa utiliza la aerodinámica para reducir el consumo de energía. Un ejemplo es el bajo perfil del coche, ya que reduce la altura del coche y, con ello, la turbulencia del aire, permitiendo reducir el consumo de energía gracias a su menor fuerza de arrastre y sustentación.

El desarrollo del bajo perfil del coche ha requerido distintas pruebas ergonómicas para así reducir la altura y aumentar su carácter aerodinámico, aumentando a su vez la estabilidad trasera.

Pensando en todo, también se busca una máxima luminosidad en su interior mediante el diseño de unas ventanas y techo amplios, de superficie continua. Para mayor confort, un regulador inteligente que funciona a través de sensores permite regular la iluminación en su habitáculo. Diseñado para ser rápido y convertir la conducción en necesidad y placer, busca una solución sostenible que podría dar mucho que hablar.

La empresa alemana ha comenzado a fabricar el primer camión propulsado con hidrógeno de su categoría. El proyecto de camión ecológico ha recibido ayudas del Gobierno alemán, que subvenciona la innovación tecnológica como motor de desarrollo económico. El sistema de pila de combustible desarrollado por Proton Motor se denomina HyRange.

Este sistema que no emite dióxido de carbono (CO2) y, por tanto, no contribuye al cambio climático, puede aplicarse a camiones y también a autobuses. El modelo será presentado en una feria especializada en soluciones energéticas que se celebra en la ciudad alemana de Stuttgart.

El vehículo es una mejora de un modelo anterior llamado Newton, camión de la empresa Smith Electrics. Se usa una pila de combustible de hidrógeno que cuenta con una potencia de 8 kW. Proton Motor asegura que ha mejorado la autonomía del camión eléctrico original. Por otra parte, el nuevo camión tiene un sistema de refrigeración para la carga y aire acondicionado para el conductor.

Menos tiempo de recarga

El Newton de Smith Electric es el camión eléctrico más vendido del mundo. Algunas ciudades los usan como transporte urbano. Tiene una autonomía que se encuentra entre los 100 y los 160 kilómetros. El nuevo HyRange mejorará el comportamiento del mejor vehículo de su tipo.

Sin embargo, Proton Motor aún no ha informado de la autonomía de su nuevo modelo, aunque parece que va a ser, al menos, el doble que el camión eléctrico que ha tomado como referencia. Por otra parte, presentará otra mejora esencial: los tiempo de carga se reducirán considerablemente. Alemania es uno de los países que más está apostando por la tecnología de hidrógeno para los vehículos. Ha llegado a acuerdos con algunos fabricantes del automóvil y con las empresas que pueden ofrecer la infraestructura apropiada.

Hay que puntualizar que los eléctricos no contaminan cuando se mueven, pero pueden contaminar indirectamente a la hora de la recarga de la batería, dependiendo de la fuente de energía que se use. Para que sea estrictamente ecológico, no contamine y no contribuya al cambio climático, debe recargarse con energía limpias.

Entre los eléctricos, triunfan, por su bajo precio, pequeño tamaño, autonomía y prestaciones, el Renault Twizy (con inconfundible diseño, en la imagen de arriba) y el Nissan Leaf. Son los vehículos eléctricos que más se están vendiendo, coches ágiles para ciudad que ahorran mucho dinero.

Híbridos

En cuanto a los híbridos, hay tres modelos que destacan por sus bajas emisiones:

• Chevrolet Volt u Opel Ampera, emite 27 gCO2/km. Se conoce por los dos nombres anteriores, según se venda en una u otra parte del mundo. Es un vehículo híbrido eléctrico enchufable de autonomía extendida. Esto significa que si la batería se agota, comienza a funcionar un dispositivo de gasolina que genera electricidad para mover el vehículo. Con este sistema, su autonomía es de más de 500 kilómetros. Es el híbrido enchufable más vendido del mundo.



• BYD F3DM, emite 32 gCO2/km. Un automóvil híbrido eléctrico enchufable fabricado en China. Fue lanzado en dicho país el 15 de diciembre de 2008, marcando un hito: fue el primer híbrido enchufable de producción comercial del mundo. Ofrece una autonomía de 450 kilómetros. Es un cuatro puertas con una longitud de 4,53 metros.
• Toyota Prius Plug-in o Prius PHEV, emite 41 gCO2/km. Es similar a los anteriores. Cuenta con la ventaja de que la batería se pueden recargar en un enchufe doméstico, de 230 voltios, en 1,5 horas.

Pero, si lo que se quiere es ser el más ecológico, lo mejor es optar por un coche que funciona con agua.

Esta línea de ferrocarril recorría el centro de la ciudad, conectando los barrios y el río Chicago. Pero esos casi 5 kilómetros de vías fueron abandonadas en la década de los ochenta del siglo XX. En la actualidad, está totalmente abandonada, la vegetación crece sin ningún control y está llena de basura y escombros.

Así, HYDROGENerator ofrece dos funciones: un espacio para cultivar alimentos o plantar vegetación y un sistema de generación de energía. Por otra parte, es una forma de aprovechar infraestructuras urbanas abandonadas y revitalizar barrios descuidados. En definitiva, en este proyecto se une la tecnología con el cuidado al medio ambiente y el desarrollo de ciudades más humanas. Por último, se evitan emisiones de gases de efecto invernadero porque se consumen alimentos locales.

Contra el cambio climático

La forma de generar hidrógeno es separar las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. Además, como el largo invernadero estaría lleno de plantas, éstas absorberían dióxido de carbono, ayudando a mitigar el calentamiento global. Una idea que sólo trae beneficios: menos contaminación, energía limpia, alimentos sanos y locales, lucha contra el cambio climático…

Según uno de los responsables de su diseño, Brian Vitale, es un nuevo modelo para los barrios de las grandes ciudades que aprovecha infraestructuras en desuso para, a través de las nuevas tecnologías, generar energía limpia de forma local. Un barrio más estable y sano. Si en su construcción se usa mano de obra local también puede ser una forma de generar empleo.

Todo comenzó con una idea que les rondaba por la cabeza a investigadores del Instituto Sueco de Tecnología, que querían ofrecer una nueva solución de generación energética. La empresa myFC se fundó en 2005 y ahora está dando sus frutos: la compañía es líder mundial en la fabricación de pequeñas pilas de combustible.

El nuevo producto, el PowerTrekk, es un innovador cargador portátil de pilas de combustible diseñado para recargar teléfonos inteligentes, cámaras, dispositivos GPS, reproductores mp3 y, en general, cualquier dispositivo portátil de entretenimiento siempre que sea de pequeño tamaño.

La generación de energía se realiza a través de un proceso químico que es totalmente seguro y respetuoso con el medio ambiente. Se genera una reacción química con siliciuro de sodio para producir gas hidrógeno. El siliciuro de sodio es un polvo químico desarrollado por la empresa química SIGNa y que permite convertir el hidrógeno en electricidad mediante una membrana de intercambio de protones patentada por la empresa PowerTrekk.

Carga para 10 horas

El cargador portátil funciona de la siguiente manera. Se coloca un paquete de combustible, llamado PowerPukk, en el cargador del PowerTrekk. A continuación, se echa agua para producir energía, que se genera al instante, y se consiguen unas 10 horas de batería.

El dispositivo PowerTrekk se vende por 229 dólares. Pero hay que aclarar que luego hay que comprar los paquetes de combustible por 4 dólares. Cada uno de estos Pukk produce 2,5 vatios a 5 voltios, lo que representa, más o menos, una carga completa de iPhone. También se puede cargar la batería interna independiente a través de un enchufe para recargar el teléfono más adelante.

Los triciclos son parte de un proyecto mayor, llamado Hychain Minitrans, financiado a través del VI Programa Marco de la Unión Europea, dentro de la División de Energía y Transporte de la Comisión Europea. Dicho proyecto ha permitido a cuatro regiones de la Unión Europea a probar una flota de más de cincuenta vehículos urbanos que incluyen vehículos utilitarios pequeños y autobuses, sillas de ruedas, motos y triciclos de carga, todos ellos impulsados por pilas de combustible alimentadas con hidrógeno.

El proyecto también quiere ser una demostración práctica de la distribución del hidrógeno. Se han usados más de 400 cilindros intercambiables de hidrógeno presurizado, de un tamaño de 2 a 20 litros. Los conductores debían cambiar los cilindros vacíos por otros llenos en los lugares de distribución designados. Han participado las regiones de Rhône-Alpes en Francia, Soria en España, North Rhine Westphalia en Alemania y la ciudad de Módena en Italia.

Air Liquide participa en este proyecto Hychain Minitrans, pero no es el único proyecto en el que aplica el hidrógeno como energía para el transporte. Otros son el Challenge Bidendum, la gira europea del Nissan X-Trail y la participación en el desarrollo del sistema de alojamiento del hidrógeno para el primer avión tripulado con pila de combustible.

El hidrógeno como combustible se puede aplicar a todo tipo de vehículos, tanto en el sector privado como en el transporte público. Los surtidores de hidrógeno tienen un funcionamiento similar al de las gasolineras convencionales. Son seguros y rápidos, y en sólo unos minutos se puede llenar un depósito. Así que cabe preguntarse, ¿por qué no se impulsa su desarrollo?