Alerta tecnológica 50. La Biomasa, una energía no tan limpia

La biomasa se ha introducido en los últimos años como miembro de pleno derecho en el grupo de las energías renovables, esas que protegen el medio ambiente porque no emplean combustibles fósiles, sino recursos naturales como desechos de madera, huesos de aceitunas o cáscaras de frutos secos, y evitan la emisión de CO2 a la atmósfera, el calentamiento global y el cambio climático. Sin embargo, la biomasa no es tan inocente desde el punto de vista medioambiental. “Está creando ahora otro problema de contaminación. La calidad del aire empeora por la combustión de pellets (prensado a base de madera)”, afirma Jesús Rosales, responsable del grupo de investigación de Contaminación Atmosférica de la Universidad de Huelva. Los humos de la combustión de la biomasa contienen dióxido de nitrógeno, partículas en suspensión, dióxido de azufre e hidrocarburos, todo el cóctel de agentes contaminantes. “Su inhalación produce Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC)”, afirma el neumólogo Aurelio Arnedillo. Hasta el punto de que en países en desarrollo, donde es muy común, por ejemplo, cocinar con fuego de chimeneas o fórmulas similares, la exposición directa a las emisiones de la combustión de biomasa en interior de viviendas tiene la misma incidencia que el tabaco a la hora de contraer esta enfermedad pulmonar, dice Arnedillo.

En países desarrollados como España el uso de la biomasa todavía es residual, pero su empleo está creciendo mucho, especialmente en Andalucía, y promovido por la Administración a través de subvenciones. La Junta, mediante la Agencia Andaluza de la Energía, ha incentivado con 36 millones de euros la puesta en marcha de cerca de 20.000 instalaciones de biomasa entre 2009 y 2013. La inmensa mayoría, el 96%, corresponden a estufas de pellets, calderas y chimeneas tecnológicas solicitadas por el sector doméstico y residencial, según la propia agencia, que presume de que Andalucía está a la cabeza de España en el empleo de biomasa. Los Ayuntamientos la están promoviendo en colegios para sus calderas de calefacción y en las propias dependencias municipales.

Pero, frente al beneplácito que tiene esta fuente de energía, el jefe de Calidad del Aire de la Consejería de Medio Ambiente, Juan Contreras, admite que “hay que replantearse la biomasa y que no se está reconociendo el problema en otros ámbitos de la Administración”, más pendientes de cuidar la estratosfera que el aire más próximo a nuestros pulmones. Contreras cree que en los núcleos urbanos la biomasa tiene menor incidencia que en las zonas rurales, en algunas de las cuales se están registrando “niveles elevados de partículas porque no se están utilizando tecnologías adecuadas”. Sin embargo, los científicos ven un mayor perjuicio en las ciudades, donde las emisiones de la biomasa no hacen sino sumar polución a un entorno ya contaminado por el tráfico y otras fuentes de emisiones, según un estudio del Instituto de Diagnóstico Medioambiental y Estudios del Agua, organismo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas. “Vamos a actuar en las zonas donde haya más implantación de biomasa con planes para mejorar la tecnología de combustión de forma que se reduzcan las emisiones”, dice Contreras.



Vía: madrimasd.org

Alerta tecnológica 49. Grafeno permitirá cámaras que capten más luz

Un revolucionario sensor de grafeno mejorará la calidad de las fotografías a la vez que consumirá diez veces menos energía. El descubrimiento fue realizado por la Universidad Tecnológica Nanyang (NTU) y podrá funcionar en todo tipo de cámaras. Se espera su pronto desarrollo comercial.

El sensor de grafeno es una novedosa mejora para el mundo fotográfico, ya que permite obtener imágenes de una considerable calidad hasta en los lugares más oscuros.

Este sensor es 1000 veces más sensible a la luz que los de las cámaras actuales, y es el primero que detecta un ancho espectro de luz, desde la visible hasta la mitad de la infrarroja, con alta sensibilidad.

Además, gracias a esta sustancia, las cámaras consumirán diez veces menos energía al ser operado a voltajes más bajos. Otra de las ventajas con las que cuenta este sensor es su adaptabilidad, ya que estará disponible para todo tipo de cámaras.

Es la primera vez que se utiliza el grafeno como sensor fotosensible, a pesar de sus ya conocidas cualidades de elevada conductividad eléctrica, dureza y flexibilidad. Se trata de una sustancia un millón de veces más pequeña que el más grueso de los cabellos humanos y está compuesta de átomos de carbón puro.

El descubrimiento fue realizado al fabricar una lámina de grafeno en nuevas nano estructuras y le llevó a su inventor, el el profesor Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la NTU Wang Qijie, dos años desarrollarlo.

“Para diseñar este sensor, hemos mantenido la tecnología usada por la mayoría de los fabricantes de las industria electrónica”, manifestó el profesor Wang. Y si la industria adoptase su hallazgo, el mismo inventor afirma que espera que “el coste de producción de los sensores de imagen caigan” hasta finalmente dar lugar a cámaras más baratas con una batería más duradera.

El descubrimiento fue publicado este mes de mayo en la revista de investigación Nature Communications, que recoge Science Daily. Actualmente, el siguiente paso que espera dar el equipo de la NTU es trabajar con colaboradores de la industria para desarrollar el sensor de grafeno en un producto comercial.

Vía: Ingenieria de Materiales

Alerta tecnológica 48. Reducción de contaminación mediante combustibles emulsionados

Figura 1. Imagen del diesel emulsionado en agua. Nótese su llamativo color blanco originado por el efecto de dispersión de luz del agua (tomado de referencia [1]). 

La combustión del combustible diesel usualmente es incompleta provocando no sólo emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y dióxido de carbono (CO2), sino también de monóxido de carbono (CO) y materia particulada, lo que conlleva serios problemas medioambientales. Asimismo, en el interior del motor o cámara de combustión se generan depósitos de hollín que provocan un aumento en el consumo de combustible y reduce la eficiencia en la transferencia de calor debido a una mayor resistencia térmica. Ante esta situación, la tecnología de combustible emulsionado se presenta como una alternativa para mejorar la eficiencia y, por tanto, el impacto ambiental de los combustibles diesel.

[Autora: Patricia Pizarro de Oro – Universidad Rey Juan Carlos – Instituto IMDEA Energía]

La tecnología de combustible emulsionado consiste en crear una emulsión altamente estable de un combustible con porcentajes variables de agua (Figura 1) [1]. Para mantener estable dicha emulsión, se añaden agentes activos de superficie o “surfactantes” que recubren las gotas de agua dispersas de forma microscópica durante toda la fase continua (combustible) e impiden su unión y coalescencia. Dependiendo de su posterior aplicación, la composición de estas mezclas puede oscilar entre 6 % y 16 % por volumen de agua, menos de 2% de aditivos y el resto el diesel.

Cuando un diesel convencional se introduce en un motor, caldera u horno, se atomiza en forma de gotas con un tamaño de 20 a100 micrones. Las gotas de combustible líquido de mayor tamaño no se queman completamente, generando un residuo carbonoso (hollín) que se acumula en las superficies de la cámara de combustión o se escapa como partículas a través de los gases de escape. El principio de funcionamiento de la tecnología del diesel emulsionado se basa en provocar una segunda atomización, adicional a la que experimenta el combustible convencional, en el interior del motor, horno o caldera. De este modo, cuando las gotas micrométricas del diesel emulsionado son sometidas a las altas temperaturas y presiones del interior de la cámara de combustión, se produce la violenta evaporación del agua contenida. Esta transformación de agua en vapor escinde el combustible que lo rodea en gotas mucho más pequeñas que ofrecen un área superficial mucho mayor, lo que mejora de manera significativa la eficiencia de la combustión. Asimismo, la generación de dicho vapor de agua reduce las máximas temperaturas alcanzadas en la combustión, lo que resulta en la menor formación de emisiones NOx.

Entre los beneficios que se atribuye al uso de combustibles emulsionados en motores diesel destacan los siguientes:

Eficiencia Mejorada. Mediante pruebas se ha demostrado que la eficiencia del motor diesel puede incrementarse hasta un 10%.

Beneficios ambientales. Dependiendo del tipo de motor y su estado, las emisiones de contaminantes pueden reducirse de forma significativa, especialmente en el caso de los NOx, (hasta un 30 % menos), CO (hasta un 60 % menos), de partículas (hasta un 60 % menos) y humos (hasta un 80 % menos).

Impide la acumulación de carbón en el interior del motor, reduciendo su desgaste.

La tecnología de combustible emulsionado no sólo es aplicable al diesel sino también a otros combustibles líquidos, como naftas, fuel oil pesado y biodiesel. Un aspecto adicional a destacar es que los motores, calderas u hornos no precisan de ser modificados para operar con estos combustibles.

A pesar de los grandes beneficios ambientales y económicos que, a priori, proporcionaría el uso de combustibles emulsionados, actualmente su comercialización y uso está muy poco extendido en Europa (tan sólo Italia y Francia se muestran favorables), en parte debido a la falta de estándares y a la poca aceptación por parte de los fabricantes de motores [2].

Referencias
[1] Página web de Alternative Petroleum Technologies. http://www.altpetrol.com/
[2] Alex Spataru. Emulsified Fuels in Western Europe. An Overview. ARB/CEC Alternative Fuel Symposium.

Vía: madrimasd.org

Alerta tecnológica 47. Las zanahorias desechadas sirven para producir bioetanol

Investigadores de la UNED, en colaboración con la Universidad Nacional del Litoral, la Universidad del Centro Educativo Latinoamericano (ambas argentinas) y el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC), han diseñado un método con el que utilizar los desechos de zanahorias para producir bioetanol, un compuesto químico obtenido a partir de la fermentación de azúcares que puede usarse como combustible.

"Ofrecemos una solución sostenible para la reutilización de los descartes", explica María Luisa Rojas, investigadora del departamento de Química Inorgánica y Química Técnica de la UNED y una de las autoras del proyecto, que se publica en Bioresource Tecnology.

Obtener bioetanol por fermentación es un método muy utilizado con diferentes sustratos orgánicos pero hasta ahora no se había empleado con zanahorias descartadas.

"Cualquier producto que posea hidratos de carbono, ya sean simples o complejos, puede convertirse en etanol por fermentación alcohólica", indica Rojas. Es el caso de la zanahoria, que en su composición posee entre 8 y 10% de azúcares simples y un 1% de almidón.

LEVADURAS SIMILARES A LAS DEL PAN

El primer paso del proceso consiste en preparar el mosto. Se procesa la zanahoria en trozos muy pequeños y se somete a una hidrólisis enzimática, con una ruptura de las moléculas de mayor tamaño, formadas por glucosa. Así, el azúcar de los tejidos queda libre para ser consumida por las levaduras.

A continuación tiene lugar la fermentación etílica, donde se utilizan levaduras -similares a las empleadas para producir vino, cerveza e incluso de pan- que son capaces de transformar el azúcar presente en el mosto, en etanol y dióxido de carbono. Por último, el etanol es purificado por destilación.

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA FARMACÉUTICA

Además de producir bioetanol, la pulpa de la zanahoria resultante del proceso tiene varias aplicaciones. Una de ellas es servir de alimento para animales. Otro uso consiste en extraer carotenos, los compuestos que le dan su característico color naranja y que son muy utilizados en la industria farmacéutica y alimentaria. Por último, extraer fibras de la hortaliza puede servir para alimentación humana.

Los investigadores están tratando de desarrollar el método en escala piloto. "Creemos que sí sería posible aplicarlo a gran escala", adelanta la investigadora de la UNED. La planta, que tienen previsto construir en la provincia de Santa Fe (Argentina), será capaz de procesar entre ocho y diez toneladas de zanahorias al día.


Vía: madrimasd.org

Alerta Tecnológica 46. Revolucionaria e innovadoras células solares transparentes

Imagine edificios en los que las ventanas, además de permitir pasar la luz del sol, captan a la vez la energía solar que se necesita para satisfacer todas sus necesidades energéticas. Los cristales se convierten en células solares de alta productividad que ayudan a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y avanzar hacia un medio ambiente más ´verde´ y más limpio.

Este escenario todavía no es posible, pero un reciente estudio llevado a cabo en el ICFO y publicado en la revista Nature Photonics avanza en ese camino. Los científicos de este instituto han fabricado una célula solar orgánica óptima con un alto nivel de transparencia y una alta eficiencia de conversión de energía.

Según los autores, \"esto supone un paso prometedor hacia las energías renovables asequibles, limpias, ampliamente utilizadas y urbanamente integradas\" .

Hasta ahora, los paneles solares comerciales están, en su mayor parte, compuestos de unas células solares basadas en silicio cristalino, muy eficientes en la conversión de la radiación solar en energía eléctrica (aproximadamente 15% de eficiencia de conversión), pero con diversos obstáculos importantes para su máxima explotación.

Por ello deben ser correctamente orientadas para recibir la luz solar directa y aun así están limitados en su capacidad para absorber la luz difusa. Por otra parte, son pesadas, opacas, y ocupan mucho espacio.

Ventajas de las células orgánicas
A pesar de que la tecnología de las células solares orgánicas nació hace unos treinta años, es ahora cuando comienzan a atraer el interés de la comunidad científica debido a su bajo costo de producción.

Mientras que las células orgánicas aún no han alcanzado valores de eficiencia de las células de silicio, estas células fotovoltaicas orgánicas (OPV) han demostrado ser más ligeras, más flexibles (capaces de adaptarse a superficies curvas), y aún más sensibles a la luz difusa, así como la luz solar indirecta, por lo que las convierte en una de las tecnologías fotovoltaicas más atractivas para muchas aplicaciones de uso diario. Entre sus ventajas, una propiedad que las hace aún más interesantes es su potencial para ser implementadas como un dispositivo semitransparente.

Sin embargo, las OPV, como cualquier otra tecnología fotovoltaica, alcanzan su máximo de luz a la eficiencia de conversión de energía eléctrica con dispositivos opacos. Para convertir estas células en dispositivos transparentes, el electrodo de metal en la parte posterior debe ser diluido hasta sólo unos pocos nanómetros, lo que reduce drásticamente la capacidad del dispositivo para recoger la luz solar.

Los investigadores del ICFO han sido capaces de desarrollar una célula semitransparente, que incorpora un cristal fotónico, y alcanzar un rendimiento de la célula casi tan alto como su contraparte opaca.

El equipo colocó este cristal fotónico extra sobre la célula y fue capaz de aumentar la cantidad de luz infrarroja y ultravioleta absorbida por la célula, alcanzando una eficiencia de 5,6 % y a su vez, preservando una transparencia casi indistinguible respecto al vidrio normal.

Los resultados obtenidos de eficiencia y transparencia hacen que estas células sean un producto muy competitivo para las tecnologías fotovoltaicas integradas en edificios (BIPV). Para llegar a tener una adecuada visión arquitectónica, el color de las células puede modificarse simplemente cambiando la configuración de las capas del cristal fotónico.

Jordi Martorell, profesor de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) en el ICFO y líder de este estudio, explica que las aplicaciones de este tipo de tecnología en BIPV \"está a unos pocos pasos de ocurrir, pero la tecnología todavía no ha alcanzado su punto de saturación\".

\"El descubrimiento abre el camino para la innovación a otras aplicaciones industriales en el sector de la energía fotovoltaica transparente –continúa–. A medio plazo, se espera llegar a los altísimos niveles de transparencia y eficiencia necesarias para alimentar dispositivos como pantallas, tabletas y teléfonos inteligentes\".

El futuro parece prometedor para estos dispositivos. El proyecto europeo Solution Processed High Performance Transparent Organic Photovoltaic Cells (SOLPROCEL), recientemente aprobado, permitirá a un consorcio, formado por los mejores investigadores e industrias europeos y dirigido por el ICFO, impulsar el estudio de la capacidad de estas células, mejorando su estabilidad y vida útil, así como la obtención del material necesario para elevar sustancialmente su eficiencia.
Vía:Econoticias.com

Alerta Tencológica 45: Prohibición Internacional de un Material Ignífugo

Imagen: Estructura cristalina de algunas variedades de HBCD,

El hexabromociclododecano, un material ignífugo conocido mayormente como HBCD, y que tuvo usos en plásticos, electrónica, tejidos textiles, muebles y paneles aislantes para edificios, ya no podrá ser fabricado ni usado, y se retirará del mercado. Así lo decidieron los representantes de unas 160 naciones en una reunión de la ONU sobre sustancias químicas, hecha en Ginebra, Suiza.

Aunque este material está presente en cantidades muy bajas en tales productos, el HBCD tiende a acumularse en el medio ambiente y resulta tóxico para organismos acuáticos y animales de laboratorio. 

Una contribución importante a la decisión de prohibir el material fue el extenso trabajo de investigación realizado por los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de los Materiales (EMPA, también conocidos colectivamente como Instituto EMPA). 

Es un proceso largo el que se debe seguir antes de que poder identificar como contaminante a una sustancia anteriormente aprobada y ya en uso, y proceder a su prohibición y retirada inmediata o progresiva del mercado mundial. 

Esto lo sabe bien Norbert Heeb, químico del Laboratorio de Química Analítica del Instituto EMPA. Heeb participó en la labor de análisis que desembocó en el descubrimiento de las estructuras exactas del HBCD. Y decimos estructuras en plural porque, gracias a esa inspección más estricta, la sustancia resultó ser un grupo completo de compuestos. 

Cerca de 20.000 toneladas de este material han sido producidas en todo el mundo cada año, la mayoría para paneles de poliestireno utilizados para aislamiento en edificios. 

Cada metro cúbico de poliestireno extruido contiene hasta un kilogramo de HBCD, y en Suiza es bastante común la presencia del material en las viviendas.


Fuente: Noticiasdelaciencia.com / Amazings.com, Octubre 11 2013
http://noticiasdelaciencia.com/not/8468/prohibicion_internacional_de_un_material_ignifugo/
, Octubre 29 de 2013

Alerta tecnológica 44: PIEZAS DE METAL AGRIETADAS QUE SE AUTORREPARAN

Un grupo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), tras un meticuloso estudio identificaron que bajo ciertas condiciones, cuando a una pieza de metal agrietada se la somete a una tensión estructural fuerte, o sea, se ejerce sobre ella una fuerza que se esperaría que la rompiera, experimenta el efecto contrario. La fuerza ejercida hace que la grieta se cierre, fusionándose sus bordes y desapareciendo.

 (Imagen: MIT)

El sorprendente hallazgo podría conducir a materiales que se autorreparen ante daños incipientes antes de que estos puedan propagarse. 

Al singular fenómeno la explicación la explicación que ha encontrado el equipo de investigación radica en cómo las fronteras de grano interactúan con las grietas en la microestructura cristalina de un metal, níquel en este caso, que es la base de "superaleaciones" usadas en entornos extremos, como en pozos petrolíferos a gran profundidad bajo el mar. 

Creando un modelo digital para ejecutar simulaciones por ordenador de esa microestructura y estudiando su respuesta a varias condiciones, los investigadores encontraron que existe un mecanismo que puede, en principio, cerrar grietas al ser aplicada una tensión estructural cualquiera. 

Muchos metales están compuestos de pequeños granos cristalinos cuyos tamaños y orientaciones pueden afectar a la fortaleza del material y a otras características. Pero Demkowicz y Xu comprobaron que, bajo ciertas condiciones, la fuerza aplicada hace que la microestructura cambie: Puede hacer que las fronteras de grano migren. Esta migración de fronteras de grano es la clave para la reparación de las grietas. 

La idea de que las fronteras de grano cristalino pueden migrar dentro de un metal sólido ha sido estudiada ampliamente durante la última década. Sin embargo, la autorreparación sólo se produce en cierto tipo de frontera: Una que se extiende parcialmente dentro de un grano, pero no del todo. Esto crea un tipo de defecto conocido como disclinación. 

Fuente: Noticiasdelaciencia.com / Amazings.com
http://noticiasdelaciencia.com/not/8562/los_extranos_casos_de_piezas_de_metal_agrietadas_que_se_autorreparan/ , Octubre 29 de 2013