Cada hora el sol provee tanta energia como la que usa toda la poblacion del mundo durante un anho. A solo un 10% de eficiencia, esto es, si solo un 10% de energia solar es convertida en electricidad, el area del departamento de La Libertad (aproximadamente 25,000 Kilometros cuadrados o menos de 1/50 del area total del Peru) podria producir suficiente electricidad para todo EEUU. Al 2007 la capacidad total solar a nivel mundial era de solo 6.6 GW, comparada a mas de 1,000 GW del carbon, lo que representa menos del 0.05% del suministro total que es de 13,200 GW. Parte de la razon es la complejidad que el sol no brilla las 24 horas del dia ni todos los dias del anho. Otro aspecto es el almacenaje de la energia que tradicionalmente ha significado baterias es muy caro. Y el mayor de los obstaculos es que las celdas fotovoltaicas todavia no son lo suficientemente baratas para competir a escala. Los fabricantes solares emplean el precio "watt pico", refiriendose a la maxima salida de sus celdas durante la maxima intensidad solar. Al 2007 el watt pico fluctuaba por los $4 (o menos de $7 instalado - precio que incluye el hardware, sistema de montaje y electrico, ingenieria e instalacion).
Las celdas solares estan hechas de elementos semiconductores. El silicio cristalino mantiene sus electrones hasta que es golpeado por un foton con la energia de banda-gap necesaria, el cual libera un electron a la banda de conduccion, dejando una vacancia conocida como hueco. Cada par electron-hueco, portando cargas opuestas, es llamado un exciton. Los electrones fluyen a traves de la banda de conduccion para reunirse con los huecos. Esto es una corriente electrica continua. Una de las limitaciones de esta tecnologia, es que absorbe la luz lentamente, lo que significa que los "wafers" tienen que ser lo suficientemente gruesos (pesados y caros), para capturar los fotones antes que se resbalen y la energia se degrade en calor. Ese espesor, a su vez, requiere de silicio altamente purificado, con no mas de una impureza por billon de partes.
Esas limitaciones han llevado a la siguiente generacion de celdas solares en favor de otros materiales semiconductores hechas de cobre, indio, galio y selenio conocidos como CIGS. Un film de este material tan delgado como 1 micron, tiene el mismo efecto fotovoltaico que un wafer tipico de silicio cristalino de 200 a 300 micrones de espesor (el grosor de un cabello humano). Mezclando elementos con diferentes energias de umbral (band-gaps), pueden colectar luz de diferentes longitudes de onda, a angulos bajos del sol y con dias nublados, desperdiciando menos energia solar. Esta tecnologia de fabricacion de rollos grandes y flexibles pueden ir dondequiera. Otros estan desarrollando concentradores solares, los cuales combinan diminutas celdas de ultra alta eficiencia con optica de bajo costo, como los lentes de amplificacion que magnifican la difusa energia solar cientos de veces mas potente, por medio de espejos que sirven de colectores de luz. Otros usan maquinas Stirling que emplean el calor colectado para mover un generador electrico.
Empresas como Innovalight, Ausra y SES estan desarrollando avances importantes.
En Caltech se esta investigando en una clase de fotosintesis artificial, convirtiendo la energia solar directamente en combustibles liquidos. Eso solucionaria el problema del almacenamiento solar como la naturaleza lo hace - rompiendo y creando enlaces quimicos - pero a una eficiencia mucho mas alta que las plantas son capaces de alcanzar. Esta "hoja artificial" es una membrana que como una hoja real hace tres cosas: captura la energia solar, la convierte en una corriente inalambrica y luego almacena esa energia en enlaces quimicos. Para la primera parte, reemplazan la clorofila usada por las plantas reales con oxidos metalicos intensamente coloridos similares a los pigmentos en pinturas. Para convertir la luz en electricidad, agregan semiconductores en nanoescala, que como en las celdas solares, convierten los fotones en huecos y electrones excitados. Y por ultimo, para convertir la corriente electrica en energia quimica, suministran agua y catalizadores. Como en la fotosintesis real, los huecos y electrones separaran el agua en oxigeno e hidrogeno y adheriran el hidrogeno al dioxido de carbono para hacer combustible. El combustible hecho por fotosintesis es azucar; mediante este metodo se obtiene metano, metanol o hidrogeno y oxigeno alrededor de 5 a 20 veces mas eficientemente que las plantas. El problema es la estabilidad del sistema: colores suficientemente fuertes para absorber grandes cantidades de luz se han deteriorado rapidamente.
En el MIT se ha ingeniado geneticamente un virus, el bacteriofago M-13, para atrapar metales conductivos - como el oxido de cobalto y el oro - de una solucion. Ya se conocia como codificar amino acidos para atrapar cobalto, pero se uso evolucion dirigida para encontrar proteinas de virus que se adhieren bien al oro. Poniendo esas dos secuencias de ADN en el genoma viral y los viruses se ven cubiertos con los metales por si solos, ADN y proteina, pueden almacenar 3 veces mas energia que la mejor de las baterias pueden manejar en materiales de micrones de espesor, en forma de plastico envolvente de centimetros cuadrados, como para ser adheridos en tarjetas de credito, o como una "curita" para dispositivos medicos implantables, o como forma de hilo para integrarlo a textiles. Ahora ultimo se esta desarrollando esta tecnologia para baterias de autos, lo que en un principio se creia imposible.
Otros investigadores estan averiguando como algunas criaturas marinas sintetizan materiales marcadamente fuertes (conchas de moluscos, arrecifes de corales y perlas) con una precision de fabricacion de nanoescala que excede de lejos a la ingenieria humana moderna. La esponja naranja "puffball", la cual colecta silicio del agua de mar, usa una enzima para convertirlo en puntiagudos filamentos que cubren su cuerpo. En un experimento en la Universidad de California reemplazaron el agua de mar con mitrato de zinc acuoso y consiguieron que las esponjas depositaran oxido de zinc sobre vidrio. Ahora el ejercito de los EEUU esta poniendo oxido de zinc en polimeros organicos para celdas solares, flexibles y portatiles.
Saturday, May 9, 2009
Friday, May 8, 2009
Que podemos hacer para salvar el Planeta: Un mundo de posibilidades
La primera barrera que hay que salvar es la politica. Para adoptar nuevas tecnologias de eficiencia energetica, es necesario implementar un tope de emisiones y un sistema de intercambio de dichos creditos obtenidos por alcanzar o mejorar dicha meta, lo que generaria enormes ahorrros en los paises consumidores, lo cual podria ser usado para financiar las soluciones al calentamiento global.
Otro obstaculo es el de la informacion. Los consumidores a menudo carecen de datos sobre la diferencia entre productos eficientes energeticamente hablando y los ahorros de energia resultantes, es decir cuanta plata van a recibir de vuelta en las facturas de electricidad durante su vida util.
Otro agente principal del problema concierne a los que establecen los codigos de construccion y estandares de eficiencia energetica para los artefactos, en quienes radica la importantisima decision de desarrollar tal o cual producto o tecnologia, pero los que pagan las consecuencias no son ellos.
Por ultimo, los automoviles que, como los estandares para construir y fabricar electrodomesticos, puede jugar un rol en bajar las emisiones de carbon, considerando que cada tonelada de carbon en el petroleo que va a la gasolina y diesel se traduce en 3.67 toneladas de dioxido de carbono.
Citando algunos ejemplos en este esfuerzo de mejorar la eficiencia con avances importantes en cuanto a mejorar la eficiencia energetica y el desarrollo de energias renovables estan:
- PAX Scientific de Australia, aplicando eficiencias naturales - traduciendo geometrias como la de las algas, patrones de flujo de los oceanos y corrientes de aire - a productos mundanos, como ventiladores, propulsores y turbinas. Uno de sus principales productos es un ventilador para motor de refrigeradores 25% mas eficiente que los convencionales, el cual reduce el consumo total del refrigeradoren un 4%. Esto se traduce en un ahorro de 219,000 MW-hr no usada solo en refrigeradores pero hay que contar que los ventiladores se usan en cada motor, compresor y bomba lo que significa un 15% del total de la energia consumida.
- Serious Materials de Silicon Valley, del campo de la construccion - con su producto EcoRock, que apunta a desplazar al convencional drywall y a su vez evitar parte de las 12 millones de toneladas de dioxido de carbono emitidas anualmente. Esas emisiones vienen principalmente de las multiples "quemadas" requeridas para: primero secar el yeso (el cual viene mojado de la mina), luego para triturarlo, luego para hervir el agua para hacer la masa y luego para darle forma y secarlo de nuevo. El EcoRock se cocina por si solo a traves de una reaccion quimica exotermica y es al mismo tiempo mas fuerte, barato y liviano comparado al drywall convencional.
Otro producto en la mira es el cemento, responsable del 5% de gases de efecto invernadero en el mundo, ya que esas emisiones provienen del carbonato de calcio - que se haya en la piedra caliza - y libera dioxido de carbono cuando es calentado a 1,450C para "calcinar" o separar del cemento las moleculas de agua para que este listo a reaccionar cuando se le agregue agua. El cemento CalStar reemplazara grandes cantidades de carbonato de calcio con "ceniza", el fino residuo que queda despues de la combustion de carbon (desecho de las plantas de generacion), y un quimico secreto que produce calor para eliminar el 90% de emisiones.
- BSST de California con su producto C2 - con dispositivos de estado solido con propiedades termoelectricas (como el sulfuro de plomo que convierten el calor en electricidad o viceversa) que usa 90% menos energia que un calentador tradicional. Esto es, produciendo una corriente electrica cuando un lado del material esta mas caliente que el otro. Su primer exito comercial fue el Amerigon, empleado por marcas como la BMW, un asiento que calienta o enfria a su ocupante. Aprovechando parte del 70% de calor que se desperdicia en un auto y convertirlo en electricidad para ser usado en el aire-acondicionado, calefaccion y sistemas electricos, puede mejorar la economia del combustible en un 10%. BSST esta trabajando con Carrier, subsidiaria de UTC para desarrollar refrigeradores y equipos de aire-acondicionado de estado solido, y ultimamente ellos avisoran sistemas de calefaccion y enfriamiento termoelectrico a escala industrial, para producir electricidad del calor que se desperdicia en abundancia en cada fabrica, edificio y planta electrica.
- IBM con su Big Blue - aplicando su gran excelencia en modelacion computacional y visualizacion, asi como el enorme poder de sus supercomputadoras, para toda clase de problemas ambientales. "Project Big Green", redisenha centros de datos para recortar energia en un 40%, siendo capaces de duplicar su capacidad de computacion mediante la transicion de alrededor de 300 servidores a solo 6 "servidores virtuales" - reducen la energia en sus centros de datos un 80%. Otro avance es reciclando los "wafers" de silicio, ayudando a la escaces del mismo que amenaza el desarrollo de la energia solar. IBM tambien aporta supercomputadoras llamadas Deep Thunder, que proveen prediccciones en tiempo real del clima y alta resolucion (hasta de 1 milla cuadrada). Desarrollando tecnologias para administracion del agua, incluyendo un sistema de irrigacion que combina sensores de tierra con pronosticos del tiempo Deep Thunder para asegurar el minimo uso de agua que ayudara a ahorrar hasta la mitad del agua usada en irrigacion y de enormes cantidades de energia usada para moverla.
Otro obstaculo es el de la informacion. Los consumidores a menudo carecen de datos sobre la diferencia entre productos eficientes energeticamente hablando y los ahorros de energia resultantes, es decir cuanta plata van a recibir de vuelta en las facturas de electricidad durante su vida util.
Otro agente principal del problema concierne a los que establecen los codigos de construccion y estandares de eficiencia energetica para los artefactos, en quienes radica la importantisima decision de desarrollar tal o cual producto o tecnologia, pero los que pagan las consecuencias no son ellos.
Por ultimo, los automoviles que, como los estandares para construir y fabricar electrodomesticos, puede jugar un rol en bajar las emisiones de carbon, considerando que cada tonelada de carbon en el petroleo que va a la gasolina y diesel se traduce en 3.67 toneladas de dioxido de carbono.
Citando algunos ejemplos en este esfuerzo de mejorar la eficiencia con avances importantes en cuanto a mejorar la eficiencia energetica y el desarrollo de energias renovables estan:
- PAX Scientific de Australia, aplicando eficiencias naturales - traduciendo geometrias como la de las algas, patrones de flujo de los oceanos y corrientes de aire - a productos mundanos, como ventiladores, propulsores y turbinas. Uno de sus principales productos es un ventilador para motor de refrigeradores 25% mas eficiente que los convencionales, el cual reduce el consumo total del refrigeradoren un 4%. Esto se traduce en un ahorro de 219,000 MW-hr no usada solo en refrigeradores pero hay que contar que los ventiladores se usan en cada motor, compresor y bomba lo que significa un 15% del total de la energia consumida.
- Serious Materials de Silicon Valley, del campo de la construccion - con su producto EcoRock, que apunta a desplazar al convencional drywall y a su vez evitar parte de las 12 millones de toneladas de dioxido de carbono emitidas anualmente. Esas emisiones vienen principalmente de las multiples "quemadas" requeridas para: primero secar el yeso (el cual viene mojado de la mina), luego para triturarlo, luego para hervir el agua para hacer la masa y luego para darle forma y secarlo de nuevo. El EcoRock se cocina por si solo a traves de una reaccion quimica exotermica y es al mismo tiempo mas fuerte, barato y liviano comparado al drywall convencional.
Otro producto en la mira es el cemento, responsable del 5% de gases de efecto invernadero en el mundo, ya que esas emisiones provienen del carbonato de calcio - que se haya en la piedra caliza - y libera dioxido de carbono cuando es calentado a 1,450C para "calcinar" o separar del cemento las moleculas de agua para que este listo a reaccionar cuando se le agregue agua. El cemento CalStar reemplazara grandes cantidades de carbonato de calcio con "ceniza", el fino residuo que queda despues de la combustion de carbon (desecho de las plantas de generacion), y un quimico secreto que produce calor para eliminar el 90% de emisiones.
- BSST de California con su producto C2 - con dispositivos de estado solido con propiedades termoelectricas (como el sulfuro de plomo que convierten el calor en electricidad o viceversa) que usa 90% menos energia que un calentador tradicional. Esto es, produciendo una corriente electrica cuando un lado del material esta mas caliente que el otro. Su primer exito comercial fue el Amerigon, empleado por marcas como la BMW, un asiento que calienta o enfria a su ocupante. Aprovechando parte del 70% de calor que se desperdicia en un auto y convertirlo en electricidad para ser usado en el aire-acondicionado, calefaccion y sistemas electricos, puede mejorar la economia del combustible en un 10%. BSST esta trabajando con Carrier, subsidiaria de UTC para desarrollar refrigeradores y equipos de aire-acondicionado de estado solido, y ultimamente ellos avisoran sistemas de calefaccion y enfriamiento termoelectrico a escala industrial, para producir electricidad del calor que se desperdicia en abundancia en cada fabrica, edificio y planta electrica.
- IBM con su Big Blue - aplicando su gran excelencia en modelacion computacional y visualizacion, asi como el enorme poder de sus supercomputadoras, para toda clase de problemas ambientales. "Project Big Green", redisenha centros de datos para recortar energia en un 40%, siendo capaces de duplicar su capacidad de computacion mediante la transicion de alrededor de 300 servidores a solo 6 "servidores virtuales" - reducen la energia en sus centros de datos un 80%. Otro avance es reciclando los "wafers" de silicio, ayudando a la escaces del mismo que amenaza el desarrollo de la energia solar. IBM tambien aporta supercomputadoras llamadas Deep Thunder, que proveen prediccciones en tiempo real del clima y alta resolucion (hasta de 1 milla cuadrada). Desarrollando tecnologias para administracion del agua, incluyendo un sistema de irrigacion que combina sensores de tierra con pronosticos del tiempo Deep Thunder para asegurar el minimo uso de agua que ayudara a ahorrar hasta la mitad del agua usada en irrigacion y de enormes cantidades de energia usada para moverla.
Wednesday, May 6, 2009
Causas y Soluciones del Efecto Invernadero
Si bien el uso de combustibles fosiles es el primer causante del calentamiento global, le sigue la deforestación. Los países tropicales como los que compartimos la zona amazónica, entre ellos Perú, Brasil, Colombia, Ecuador y Bolivia , deberian ganar "créditos negociables de carbón" o mejor dicho "créditos de protección de los bosques", por reducir la deforestación en una escala nacional. Es más, Brasil ya hizo uso de dichos creditos, habiendo ganado $6.3 millones, a precios del 2007, cifra que comparada a los $30,000 millones alcanzados en el 2006 a nivel mundial, resulta minúscula. Esto porque a la naturaleza le cuesta muy caro contener entre 120 a 300 toneladas dióxido de carbono por hectárea. Preservando 200,000 hectáreas de selva virgen en el Perú, significaria una reducción de emisiones similar a lo que produciría una central térmica de 500 MW en sus 50 años de vida util.
Asi es como funciona: Una tonelada de Dióxido de Carbono no emitida podria ser vendida en el mercado global de carbón a industrias o generadoras que necesiten reducciones adicionales con respecto a un tope de emisiones impuesto.
Por ejemplo, una generadora de energía en Alemania que emitiera 1.2 millones de toneladas de dióxido de carbono, pero que solo tiene permitidos 1 millon de toneladas de emisión, necesitaría comprar 200,000 toneladas de reducciones; una de sus opciones en el mercado global de carbón seria pagarle al Perú por los Créditos de Carbno que hubiera ganado por preservar 2,000 Hectáreas, considerando que el CO2 que se absorve es de tan solo 100 Ton/Ha.
Perú, preservando tan solo 2,000 hectáreas de bosques húmedos, podría impedir la emisión de dióxido de carbono en un mercado que apreciara el carbón a $10 la tonelada; y a solo 100 toneladas de CO2 capturados por Ha, esas toneladas evitadas le significarían ganancias por $2 millones. Si consideramos que el precio por tonelada llegue a $30, y a 300 toneladas de CO2 capturados por Ha, esa suma se elevaría 18 millones de dolares. Y si consideramos que esas 2,000 Hectáreas preservadas sólo representan la 333ava parte de toda nuestra amazonía (considerando el area de los departamentos de Loreto, Amazonas, Ucayali, Madre de Dios y San Martin), esos 18 millones de dolares los podemos multiplicar por lo menos unas 111 veces más (si se preservara 1/3 de nuestra amazonía), resultando en 2,000 millones de dolares.
En Marzo del 2012, Disney invirtió $3.5 millones en la preservación de 18,000 hectáreas en la Selva del Alto Mayo en la region de San Martín, Peru. Este hecho es lo más resaltante de una empresa responsable con el medio ambiente al reducir su huella de carbono, a un equivalente de 437,500 Toneladas de CO2 cotizadas a $8 la Tonelada. Cifra que si bien es Baja - ya que considera una absorción de 24.3 Ton/Ha - es un hito en Latinoamérica y el mundo.
El segundo entre los gases de mayores consecuencias del efecto invernadero es el metano que tiene un efecto de atrapar calor, 20 veces mayor que el dióxido de carbono . Pero el metano tiene algo más que el otro no tiene: un valor positivo como combustible que al ser quemado, elimina casi la totalidad de su impacto sobre el calentamiento global.
El estiercol de las vacas y chanchos almacenado en tanques (digestores anaeróbicos) donde se fermenta sin oxígeno en gas, limpiado de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y agua, queda rico en nitrógeno, fósforo y potasio. El nitrógeno y potasio sirven de fertilizantes y el fósforo se adhiere a las fibras que también se comercializa en el campo de la jardinería como turba en polvo.
El biogas producido puede ser quemado como gas natural en plantas de co-generación, que sirven tanto para producir electricidad como calor para miles de comunidades rurales.
Los rellenos sanitarios o botaderos son la mayor fuente de metano relacionada a los humanos, llegando a representar un cuarto de todas las emisiones de dicho gas. Cuando una planta de cogeneración, cuyo combustible para la turbina a gas es el metano, es instalada en un basural como el de Lima, ésta recortaría a la mitad la emisión de dióxido de carbono de dicho relleno sanitario - el equivalente de quitar más de 10,000 autos de las vías.
Algunas granjas lecheras, criadores de puercos, municipios, gobiernos regionales y/o locales usan el biogas que capturan de fermentar el estiercol para generar electricidad in-situ, para su uso o para venderla a la red. Algunos investigadores estan explorando una posibilidad de un mayor alcance aún: usando gasificadores de alta temperatura para convertir los residuos solidos en combustible, el cual no solo serviría para incrementar la producción de energía sino también para solucionar los problemas de polucion asociados con la producción de ganado y desperdicios animales.
Asi es como funciona: Una tonelada de Dióxido de Carbono no emitida podria ser vendida en el mercado global de carbón a industrias o generadoras que necesiten reducciones adicionales con respecto a un tope de emisiones impuesto.
Por ejemplo, una generadora de energía en Alemania que emitiera 1.2 millones de toneladas de dióxido de carbono, pero que solo tiene permitidos 1 millon de toneladas de emisión, necesitaría comprar 200,000 toneladas de reducciones; una de sus opciones en el mercado global de carbón seria pagarle al Perú por los Créditos de Carbno que hubiera ganado por preservar 2,000 Hectáreas, considerando que el CO2 que se absorve es de tan solo 100 Ton/Ha.
Perú, preservando tan solo 2,000 hectáreas de bosques húmedos, podría impedir la emisión de dióxido de carbono en un mercado que apreciara el carbón a $10 la tonelada; y a solo 100 toneladas de CO2 capturados por Ha, esas toneladas evitadas le significarían ganancias por $2 millones. Si consideramos que el precio por tonelada llegue a $30, y a 300 toneladas de CO2 capturados por Ha, esa suma se elevaría 18 millones de dolares. Y si consideramos que esas 2,000 Hectáreas preservadas sólo representan la 333ava parte de toda nuestra amazonía (considerando el area de los departamentos de Loreto, Amazonas, Ucayali, Madre de Dios y San Martin), esos 18 millones de dolares los podemos multiplicar por lo menos unas 111 veces más (si se preservara 1/3 de nuestra amazonía), resultando en 2,000 millones de dolares.
En Marzo del 2012, Disney invirtió $3.5 millones en la preservación de 18,000 hectáreas en la Selva del Alto Mayo en la region de San Martín, Peru. Este hecho es lo más resaltante de una empresa responsable con el medio ambiente al reducir su huella de carbono, a un equivalente de 437,500 Toneladas de CO2 cotizadas a $8 la Tonelada. Cifra que si bien es Baja - ya que considera una absorción de 24.3 Ton/Ha - es un hito en Latinoamérica y el mundo.
El segundo entre los gases de mayores consecuencias del efecto invernadero es el metano que tiene un efecto de atrapar calor, 20 veces mayor que el dióxido de carbono . Pero el metano tiene algo más que el otro no tiene: un valor positivo como combustible que al ser quemado, elimina casi la totalidad de su impacto sobre el calentamiento global.
El estiercol de las vacas y chanchos almacenado en tanques (digestores anaeróbicos) donde se fermenta sin oxígeno en gas, limpiado de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y agua, queda rico en nitrógeno, fósforo y potasio. El nitrógeno y potasio sirven de fertilizantes y el fósforo se adhiere a las fibras que también se comercializa en el campo de la jardinería como turba en polvo.
El biogas producido puede ser quemado como gas natural en plantas de co-generación, que sirven tanto para producir electricidad como calor para miles de comunidades rurales.
Los rellenos sanitarios o botaderos son la mayor fuente de metano relacionada a los humanos, llegando a representar un cuarto de todas las emisiones de dicho gas. Cuando una planta de cogeneración, cuyo combustible para la turbina a gas es el metano, es instalada en un basural como el de Lima, ésta recortaría a la mitad la emisión de dióxido de carbono de dicho relleno sanitario - el equivalente de quitar más de 10,000 autos de las vías.
Algunas granjas lecheras, criadores de puercos, municipios, gobiernos regionales y/o locales usan el biogas que capturan de fermentar el estiercol para generar electricidad in-situ, para su uso o para venderla a la red. Algunos investigadores estan explorando una posibilidad de un mayor alcance aún: usando gasificadores de alta temperatura para convertir los residuos solidos en combustible, el cual no solo serviría para incrementar la producción de energía sino también para solucionar los problemas de polucion asociados con la producción de ganado y desperdicios animales.
Monday, May 4, 2009
Plantas Integradas de Gasificacion de Ciclo Combinado "IGCC"
Una de las tantas ventajas que poseen estas plantas a base de Carbon es que no solo generan energia mas limpia sino que a la vez son complejos sistemas industriales de donde se obtienen diversos sub-productos de alto valor en el mercado de quimicos de alto uso y a su vez un prometedor medio de producir Hidrogeno para fines de transporte a partir del "Syngas" o Gas Sintetico compuesto de Monoxido de Carbono y Gas de Hidrogeno (CO y H2), que tambien puede ser usado como combustible del cual se podria separar mas facilmente el Dioxido de Carbono (CO2), que por metodos convencionales.
Otra ventaja de estas centrales termicas es que se alimentan de diversas fuentes de energia, llamese biomasa de desechos (paja o madera triturada), el coke del petroleo y otros materiales organicos de desperdicio.
Si bien en el Peru se esta tratando de cambiar la matriz energetica hacia el gas natural, no podemos dejar del lado que sigue siendo un metodo costoso de generar electricidad, en vista del alto costo de dicha materia prima en comparacion con el del carbon, que siendo gasificado desde un principio, es posible remover los contaminantes como el CO2, NO2, etc. La remocion del CO2 del Syngas es una tecnologia conocida: mezclando vapor con el CO en un "reactor de cambio" (shift reactor), el monoxido de carbono se convierte en dioxido de carbono, el cual puede ser absorvido con un solvente fisico llamado Selexol a un costo de $25 la tonelada, dejando hidrogeno puro para ser quemado. Otro contaminante convencional como el azufre tambien puede ser concentrado y extraido de manera sencilla. El hidrogeno, cuando es quemado, produce electricidad libre de carbon. En una planta "IGCC", el calor de los gases de escape de la combustion del hidrogeno es usado para hacer vapor y mover una segunda turbina, mejorando eficiencia. Otra alternativa seria reinyectar el dioxido de carbono capturado y secuestrarlo en el subsuelo para, de esta manera, obtener mas gas natural de depositos en decadencia y elevar la eficiencia en la generacion de electricidad de una planta (IGCC) hasta un 60%, comparada a la de una convencional de solo Ciclo Combinado (Turbinas de Gas y Vapor), que actualmente oscilan entre un 33-40%.
Otra ventaja de estas centrales termicas es que se alimentan de diversas fuentes de energia, llamese biomasa de desechos (paja o madera triturada), el coke del petroleo y otros materiales organicos de desperdicio.
Si bien en el Peru se esta tratando de cambiar la matriz energetica hacia el gas natural, no podemos dejar del lado que sigue siendo un metodo costoso de generar electricidad, en vista del alto costo de dicha materia prima en comparacion con el del carbon, que siendo gasificado desde un principio, es posible remover los contaminantes como el CO2, NO2, etc. La remocion del CO2 del Syngas es una tecnologia conocida: mezclando vapor con el CO en un "reactor de cambio" (shift reactor), el monoxido de carbono se convierte en dioxido de carbono, el cual puede ser absorvido con un solvente fisico llamado Selexol a un costo de $25 la tonelada, dejando hidrogeno puro para ser quemado. Otro contaminante convencional como el azufre tambien puede ser concentrado y extraido de manera sencilla. El hidrogeno, cuando es quemado, produce electricidad libre de carbon. En una planta "IGCC", el calor de los gases de escape de la combustion del hidrogeno es usado para hacer vapor y mover una segunda turbina, mejorando eficiencia. Otra alternativa seria reinyectar el dioxido de carbono capturado y secuestrarlo en el subsuelo para, de esta manera, obtener mas gas natural de depositos en decadencia y elevar la eficiencia en la generacion de electricidad de una planta (IGCC) hasta un 60%, comparada a la de una convencional de solo Ciclo Combinado (Turbinas de Gas y Vapor), que actualmente oscilan entre un 33-40%.
Friday, May 1, 2009
Nuevas fuentes de Bio-Combustibles
Para evaluar cual de los combustibles causa un mayor o menor "impacto en el calentamiento global" (GWI por sus siglas en ingles), se ha creado un standard que mide los gramos de dioxido de carbono por megajoule de combustible quemado. El GWI de la gasolina es de 92; el del etanol a base de maiz, 76; el del etanol a base de la canha de azucar, 36; el del etanol celulosico, solo 4. Este ultimo proviene de todos los materiales de desecho de la agro-industria como las ramas, los tallos, el bagazo de la canha, el follaje, etc. Es decir todo lo que no es comestible o aprovechable, se puede usar para producir etanol y/o bio-diesel.
Algunos investigadores descartan al etanol a base de maiz por ser bajo en densidad de energia, ya que comparado a la gasolina, es de solo 70%. Es decir, requiere demasiada energia para separar el 10% de etanol (alcohol del grano) producido del 90% macerado de la fermentacion (la cerveza); y como es miscible en el agua, debe ser transportado en camiones que queman combustible para evitar que se diluya. Lo que contribuye al calentamiento global.
Otra de las consecuencias imprevistas del boom de los bio-combustibles es aun mas severa en el caso del bio-diesel hecho del aceite de palma. La deforestacion producida en el sur de Asia para cubrir la demanda, ha producido un incremento neto en el dioxido de carbono de la atmosfera. Solo en Malasia se estima que el 87% de la deforestacion entre 1985 y el 2000 fue causada por las plantaciones de palma aceitera.
Volviendo a la celulosa, los investigadores empiezan con azucar o mejor aun de materiales como la paja y residuos de la industria de la madera. Otros innovadores estan tratando de "romper" materiales celulosicos con enzimas o procesos termoquimicos para obtener azucar a la decima parte de su valor (actualmente el azucar cuesta 15 centavos de dolar por Kg). Microbios (levadura o bacterias) proveerian la maquinaria de conversion, ya que la levadura cataboliza el azucar, es decir, extrae energia para su uso propio y excreta etanol.
El azucar es la biomasa mas simple para convertir en bio-combustible: esta puede ser fermentada directamente en etanol de alto octanaje, o en el nuevo combustible liquido mejorado. En Brasil el azucar es convertida en etanol a un costo de 60 centavos de dolar por galon, consiguiendo 8 BTUs de energia por cada BTU que invierten. La segunda es el almidon que por unos 2.5 centavos de dolar por galon de enzimas convierte el material dentro del grano del maiz en azucar y de ahi en etanol, pero con un mucho peor balance de energia: solo 1.3 BTUs por cada BTU puesto. La parte brava es casi todo lo que queda: el duro y fibroso "material celulosico" que compone los pastos y tallos, las cascaras, la mazorca y los troncos y ramas y las hojas.
La celulosa es de hecho, la unica forma de carbon mas prevalente en la naturaleza y esta muy bien situada para la produccion de bio-combustibles precisamente porque no es comestible y porque cuando es convertida en combustible, su balance de energia es excelente: hasta 36 BTU por cada BTU de entrada, aunque al 2007 las enzimas requeridas para convertir el material celulosico en combustible costaban mas de 50 centavos de dolar por galon (20 veces el precio de enzimas requerido para convertir maiz).
La estructura cristalina de la celulosa - cadenas muy largas de moleculas de glucosa de 6 carbones- la hace dificil de desmantelar, mientras que la Hemicelulosa - que es mas aleatoria y consiste de una estructura de azucares conectadas y por lo tanto mas faciles de "crackear" - contiene algunas azucares de 5 carbonos (principalmente xilosa) que recientemente ha sido posible ser fermentada.
Las plantas tambien contienen lignina, la cual provee integridad adicional a la estructura molecular y con la misma densidad de energia del carbon, puede ser quemada para generar la energia necesaria de las refinerias de bio-combustibles.
Algunos investigadores descartan al etanol a base de maiz por ser bajo en densidad de energia, ya que comparado a la gasolina, es de solo 70%. Es decir, requiere demasiada energia para separar el 10% de etanol (alcohol del grano) producido del 90% macerado de la fermentacion (la cerveza); y como es miscible en el agua, debe ser transportado en camiones que queman combustible para evitar que se diluya. Lo que contribuye al calentamiento global.
Otra de las consecuencias imprevistas del boom de los bio-combustibles es aun mas severa en el caso del bio-diesel hecho del aceite de palma. La deforestacion producida en el sur de Asia para cubrir la demanda, ha producido un incremento neto en el dioxido de carbono de la atmosfera. Solo en Malasia se estima que el 87% de la deforestacion entre 1985 y el 2000 fue causada por las plantaciones de palma aceitera.
Volviendo a la celulosa, los investigadores empiezan con azucar o mejor aun de materiales como la paja y residuos de la industria de la madera. Otros innovadores estan tratando de "romper" materiales celulosicos con enzimas o procesos termoquimicos para obtener azucar a la decima parte de su valor (actualmente el azucar cuesta 15 centavos de dolar por Kg). Microbios (levadura o bacterias) proveerian la maquinaria de conversion, ya que la levadura cataboliza el azucar, es decir, extrae energia para su uso propio y excreta etanol.
El azucar es la biomasa mas simple para convertir en bio-combustible: esta puede ser fermentada directamente en etanol de alto octanaje, o en el nuevo combustible liquido mejorado. En Brasil el azucar es convertida en etanol a un costo de 60 centavos de dolar por galon, consiguiendo 8 BTUs de energia por cada BTU que invierten. La segunda es el almidon que por unos 2.5 centavos de dolar por galon de enzimas convierte el material dentro del grano del maiz en azucar y de ahi en etanol, pero con un mucho peor balance de energia: solo 1.3 BTUs por cada BTU puesto. La parte brava es casi todo lo que queda: el duro y fibroso "material celulosico" que compone los pastos y tallos, las cascaras, la mazorca y los troncos y ramas y las hojas.
La celulosa es de hecho, la unica forma de carbon mas prevalente en la naturaleza y esta muy bien situada para la produccion de bio-combustibles precisamente porque no es comestible y porque cuando es convertida en combustible, su balance de energia es excelente: hasta 36 BTU por cada BTU de entrada, aunque al 2007 las enzimas requeridas para convertir el material celulosico en combustible costaban mas de 50 centavos de dolar por galon (20 veces el precio de enzimas requerido para convertir maiz).
La estructura cristalina de la celulosa - cadenas muy largas de moleculas de glucosa de 6 carbones- la hace dificil de desmantelar, mientras que la Hemicelulosa - que es mas aleatoria y consiste de una estructura de azucares conectadas y por lo tanto mas faciles de "crackear" - contiene algunas azucares de 5 carbonos (principalmente xilosa) que recientemente ha sido posible ser fermentada.
Las plantas tambien contienen lignina, la cual provee integridad adicional a la estructura molecular y con la misma densidad de energia del carbon, puede ser quemada para generar la energia necesaria de las refinerias de bio-combustibles.
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