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Energía Solar: Científicos inician una forma de convertirla en combustible

Energía Solar

La búsqueda de nuevas formas de aprovechar la Energía Solar ha dado un paso adelante después de que los investigadores dividen el agua en hidrógeno y oxígeno al alterar la maquinaria fotosintética de las plantas.

La fotosíntesis es el proceso que usan las plantas para convertir la luz solar en energía. El oxígeno se produce como subproducto de la fotosíntesis cuando el agua absorbida por las plantas se “divide”.

Es una de las reacciones más importantes en el planeta porque es la fuente de casi todo el oxígeno del mundo. El hidrógeno que se produce cuando se divide el agua podría ser una fuente verde e ilimitada de energía renovable.

 

Compartimos para ti nuestro episodio de PODCAST sobre el artículo.

 

Un nuevo estudio, dirigido por académicos en el St John’s College de la Universidad de Cambridge, utilizó la fotosíntesis semi artificial para explorar nuevas formas de producir y almacenar energía solar.

Utilizaron la luz solar natural para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando una mezcla de componentes biológicos y tecnologías hechas por el hombre.

La investigación ahora podría utilizarse para revolucionar los sistemas utilizados para la producción de energía renovable.

Un nuevo artículo, describe cómo los académicos del Laboratorio Reisner en Cambridge desarrollaron su plataforma para lograr una división de agua impulsada por energía solar sin asistencia.

Su método también logró absorber más luz solar que la fotosíntesis natural.

Katarzyna Sokól, primera autora y estudiante de doctorado en el St John’s College, dijo: “La fotosíntesis natural no es eficiente porque ha evolucionado simplemente para sobrevivir, por lo que genera la cantidad mínima de energía necesaria: alrededor del 1-2 por ciento de lo que podría potencialmente convertir y almacenar “.

La fotosíntesis artificial ha existido durante décadas, pero aún no se ha utilizado con éxito para crear energía renovable porque se basa en el uso de catalizadores, que a menudo son costosos y tóxicos.

Esto significa que aún no se puede utilizar para ampliar los resultados a un nivel industrial.

La investigación de Cambridge es parte del campo emergente de la fotosíntesis semi artificial, cuyo objetivo es superar las limitaciones de la fotosíntesis totalmente artificial mediante el uso de enzimas para crear la reacción deseada.

Sokól y el equipo de investigadores no solo mejoraron la cantidad de energía producida y almacenada, sino que lograron reactivar un proceso en las algas que ha estado inactivo durante milenios.

Ella explicó: “La hidrogenasa es una enzima presente en las algas que es capaz de reducir los protones a hidrógeno.

Durante la evolución, este proceso se ha desactivado porque no era necesario para la supervivencia, pero logramos evitar la inactividad para lograr la reacción que queríamos. – dividir el agua en hidrógeno y oxígeno “.

Sokól espera que los hallazgos permitan el desarrollo de nuevos modelos de sistemas innovadores para la conversión de energía solar.

Ella agregó: “Es emocionante que podamos elegir selectivamente los procesos que queremos y lograr la reacción que deseamos, que es de naturaleza inaccesible. Esta podría ser una gran plataforma para desarrollar tecnologías solares.

El enfoque podría utilizarse para unir otras reacciones para vea qué se puede hacer, aprenda de estas reacciones y luego construya piezas sintéticas y más robustas de tecnología de energía solar “.

Este modelo es el primero en utilizar con éxito la hidrogenasa y el fotosistema II para crear una fotosíntesis semi-artificial dirigida exclusivamente por energía solar.

El Dr. Erwin Reisner, Jefe del Laboratorio Reisner, miembro del St John’s College de la Universidad de Cambridge y uno de los autores del artículo describió la investigación como un “hito”.

Explicó: “Este trabajo supera muchos desafíos difíciles asociados con la integración de componentes biológicos y orgánicos en materiales inorgánicos para el ensamblaje de dispositivos semi artificiales y abre una caja de herramientas para desarrollar futuros sistemas para la conversión de energía solar “.

La energía solar es una fuente de energía que depende del sol. Esta energía permite fabricar electricidad a partir de paneles fotovoltaicos o plantas de energía solar térmica, gracias a la luz solar capturada por los paneles solares.

La energía solar es limpia, no emite gases de efecto invernadero y su materia prima, el sol, aunque distante de más de 150 millones de kilómetros de nosotros, es gratuito, inagotable y está disponible en todo el mundo.

¿Cómo funciona una instalación solar?

Se necesitan tres elementos para un sistema fotovoltaico: paneles solares, un inversor y un medidor.

Estos tres elementos permiten recuperar la energía transmitida por el sol, transformarla en electricidad y luego distribuirla a todos los clientes conectados a la red.

  • – Los paneles solares convierten la luz directamente en energía eléctrica directa.
  • – El inversor transforma la electricidad obtenida en corriente alterna compatible con la red.
  • – El medidor mide la cantidad de corriente inyectada en la red.

Energía solar en la tierra

La tecnología actual nos permite recuperar energía solar en forma de luz a través de paneles solares fotovoltaicos. Gracias a estos paneles, ahora podemos transformar directamente la energía solar en electricidad, y esto con rendimientos cada vez más interesantes.

Para arreglar las ideas, uno usa hoy en día para las necesidades domésticas de tales paneles con rendimientos que rondan el 15%. ¡Esto significa que estos paneles pueden convertir el 15% de la energía solar que reciben en energía eléctrica!

645 millones es el número de africanos que no tienen acceso a una fuente de electricidad.  Y esta cifra continuará aumentando mecánicamente como resultado del crecimiento de la población que excede la nueva capacidad de generación de electricidad.

Bombee agua dulce, administre clínicas médicas, permita que los escolares hagan su tarea por la noche o tengan acceso a Internet: no es posible el desarrollo económico o humano sin energía. Para satisfacer las necesidades futuras de estos habitantes, es esencial el rápido desarrollo de la generación de electricidad.

MAS INFORMACIÓN

¿La energía solar y eólica emiten gases de efecto invernadero?

La protección del planeta es hoy una gran apuesta también , ya que es absolutamente necesario limitar los gases de efecto invernadero , en el origen del calentamiento global.

En este sentido, se utilizan cada vez más energías renovables para producir electricidad, calor o gas. Se dice que una energía es renovable cuando está disponible en forma ilimitada y que su regeneración es rápida.

Estos incluyen, entre otros, la energía solar y eólica. Sin embargo, sería bueno cuestionar el impacto ambiental de estas dos energías ecológicas. ¿Son la fuente de producción de gases de efecto invernadero? Explicaciones.

¿Qué son los gases de efecto invernadero?

Los gases de efecto invernadero, como hemos mencionado, están en la raíz del calentamiento global. Estos absorben parte de la radiación del sol y la devuelven en forma de radiación a la atmósfera .

Además, la temperatura aumenta poco a poco. Hay varias docenas de tales gases, el más conocido es el dióxido de carbono o CO2 .

Esto se genera al quemar carbón, petróleo y biomasa. Por lo tanto, los automóviles y otros modos de transporte con motor de combustión están en el origen de la producción de una gran cantidad de CO2. Por otro lado, el dióxido de carbono también se crea durante la producción de electricidad y calefacción.

Metano también es un gas de efecto invernadero conocido, que también tiene un fuerte impacto en el clima. Es producido por el ganado. Otras sustancias gaseosas podrían incluir, por ejemplo, gases fluorados, óxido nitroso, ozono o hidrofluorocarbonos.

La energía renovable involucrados con el fin de producir electricidad y calefacción más limpio. Sin embargo, es posible cuestionar su impacto real en el medio ambiente. ¿La energía solar y eólica crean gases de efecto invernadero? Lo veremos

El impacto de la energía solar en el clima.

La energía solar se utiliza para producir electricidad a través de paneles fotovoltaicos, que se pueden instalar en el techo de las casas, pero también en un parque fotovoltaico. La radiación del sol es capturada por las células, que la transformarán en voltaje eléctrico . Esto se redistribuirá en la red eléctrica de una vivienda.

¿La ventaja de los paneles solares? En las regiones más soleadas, las personas que lo tienen pueden proporcionar electricidad de forma autónoma. El excedente se puede revender a un proveedor de electricidad. Sin embargo, estos paneles también emiten gases de efecto invernadero.

  • La producción de paneles solares : si estas instalaciones no producen CO2 u otros gases de efecto invernadero durante su funcionamiento, su fase de producción es mucho más contaminante. 

 

  • De hecho, el silicio se usa para diseñar paneles solares, una sustancia que libera una gran cantidad de CO2, lo que aumenta enormemente su impacto ambiental. 

 

  • Por otro lado, estos dispositivos también contienen plomo o bromo, incluso si se hacen muchos esfuerzos para limitar su uso y reemplazarlos con productos más ecológicos.

 

  • Según un estudio de la Agencia Internacional de Energía, es necesario un período de 1 a 5 años para que dicho equipo produzca una cantidad de energía equivalente a la de su producción.
  • Reciclaje de paneles solares : el 85% de los componentes de un panel pueden reciclarse, lo que limita significativamente su impacto medioambiental. Se estima que los paneles tienen una vida útil de 20 a 30 años.

Por lo tanto, la energía solar es el origen de la producción de gases de efecto invernadero, especialmente durante el período de fabricación de paneles fotovoltaicos.

Sin embargo, es necesario especificar que la investigación está en marcha, con el objetivo de optimizar la fabricación de estos equipos y limitar su impacto ambiental. ¿Pero qué hay de la energía eólica?

  • Otros impactos ambientales : se estima que la instalación de parques eólicos contribuye a la mortalidad de varias especies de aves y murciélagos. 

Sin embargo, los dispositivos para mantener a estos animales alejados están configurados, con la instalación de un radar, por ejemplo. 

Además, la biodiversidad al pie de una turbina eólica también puede verse afectada. asimismo, se prevén soluciones, por ejemplo, la creación de corredores, para permitir el paso de animales. Por otro lado, la contaminación acústica generada por este equipo no debe ser descuidada. De hecho, estos dispositivos generan infrasonidos y bajas frecuencias.

 

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Proyecto Aurora: Sistema Integrado Renovable

El proyecto Aurora se basa en un sistema integrado que genera energía eléctrica a partir de fuentes renovables.

Es una unidad móvil y autónoma, que produce energía solar, eólica y con pila de combustible.

Así mismo se puede monitorear y reprogramar de forma remota.

Por su estilo personalizado, el equipo puede ser enviado a cualquier parte del mundo sin inconvenientes.

Este sistema no generar ningún tipo de contaminación y tampoco produce calor o ruido, garantizando así el suministro de energía eléctrica las 24 horas del día, los 365 días al año.

Considerado muy ventajoso porque soluciona dos de los principales inconvenientes del uso de las energías renovables.

Como es la interrupción del suministro y complicación de llevarlo a lugares remotos.

La energía renovable en España es una pequeña parte del mercado de la energía primaria y la generación de electricidad.

Muchos de los usuarios que utilizan éstas energías se ven afectados en ciertos momentos por cortes del suministro eléctrico, clima o bien sea por los costos de los equipos.

El proyecto Aurora ofrece a los usuarios evitar y resolver dichas incidencias y para ello las empresas:

  • Kemtecnia (especializada en el ámbito de las energías renovables)
  • Ariema (tecnológica gallega especializada en tecnologías del Hidrógeno)
  • Sacyr (multinacional constructora perteneciente al Ibex 35)

Junto con la Universidad de Huelva (socio científico) dentro del Programa Feder Interconecta financiado por CDTI, se aliaron para desarrollar la construcción de Aurora.

Y se está llevando a cabo en San Juan del Puerto, en las instalaciones de la empresa onubense Sieman, contratada para el proyecto.

Gracias al brazo robótico que va plegado en el contenedor, de forma automática va desplegándose completamente alcanzando una longitud de 18 metros.

Lo cual le permite, al final del despliegue, convertirse en el mástil de su aerogenerador.

La potencia total instalada de este primer prototipo es de 32,5 kWp de energía cien por cien renovable.

Aunque para los sistemas que se están empezando a comercializar a través de las empresas se espera llegar hasta 100 kWp con la misma configuración de contenedores.

El sistema integrado renovable se basa por la generación de energía a través de 4 generadores eléctricos:

*Eólico, fotovoltaico, baterías y pila de combustible.

El sistema eólico lo conforma y configura un generador eólico de 5,5Kw.

El Sistema fotovoltaico está configurado a partir de 96 paneles fotovoltaicos de 265 Wp cada uno, proporcionando una potencia total de 25,44 kWp.

La producción fotovoltaica se optimiza utilizando convertidores equipados con el rastreador del Punto de Máxima Potencia.

En éstos, se miden la iluminación y la temperatura de la superficie, de modo que se sabe en todo momento si la potencia generada es la máxima posible para las condiciones de radiación solar presentes.

Esta comprobación detectará las fallas del panel remoto y los requisitos de mantenimiento.

Los sistemas eólicos y fotovoltaicos se generan continuamente siempre que haya recursos renovables disponibles (luz solar y / o viento).

Cuando la demanda de carga es menor que la potencia disponible y las baterías están cargadas, el electrolizador comienza a producir H2, que se almacena.

Cuando la demanda de energía es más alta que la de los generadores fotovoltaicos y eólicos, el sistema de batería brinda soporte para cubrir el déficit.

Si las baterías alcanzan un nivel de descarga definido por el sistema de control, se inicia la pila de combustible para evitar que las baterías alcancen un nivel de descarga superior al nivel de seguridad recomendado.

Sin embargo, de acuerdo a los datos y las consignas programadas, regula los flujos de energía en función de:

*La demanda de la carga, la capacidad de generar energía renovable primaria y el estado de almacenamiento de H2 y baterías.

El sistema de batería consiste en un conjunto de 24 baterías de 2V conectadas en serie.

Las baterías forman un banco de 3000 Ah / 144 kWh.

El sistema de batería funciona como un generador o una carga y se ubica en la unidad (caja) transportadora.

El sistema de pilas de combustible reside en una celda de combustible refrigerada por aire de 3.4 kW.

La celda de combustible está alimentada por una batería de tanques de hidruros metálicos, equipados con un sistema de control de temperatura para una mejor absorción / desorción de H2.

De igual forma incluye un electrolizador para la producción de H2 y oxígeno in situ a partir del agua; éste es recolectado en tanques de hidruros metálicos, y sustenta a la pila de combustible.

El electrolizador de 5.5 kW genera hidrógeno del agua.

Esto se almacena en los tanques de hidruros para alimentar la celda de combustible.

El electrolizador puede ser alimentado por corriente directa o alterna. Así mismo, cuenta con dos buses:

El bus AC es configurado a partir del bus DC mediante 3 inversores/cargadores de 12 kW cada uno.

Desde el bus DC se pueden alimentar cargas de corriente continua directamente, o a través de un convertidor DC/DC elevador/reductor si trabajan a valores diferentes a 48 V.

Todos los sistemas pueden estar ubicados en cualquier parte del mundo.

Incluso se puede controlar vía wifi, telefonía móvil, cable o radio desde un centro de control.

El sistema que utiliza para controlar Aurora es el SCADA&Simulador, éste recibe la información en un control centralizado multicapas, donde hay un control supervisor de los controladores locales.

Una característica fundamental del proyecto Aurora es su capacidad de despliegue en campo.

Algo que en cualquier parte del mundo solo requiere de dos operadores para llevarlo a cabo en unas cinco horas.

Y se podría atender de forma casi inmediata las necesidades de energía ante catástrofes humanitarias o desastres naturales, por ejemplo.

El proyecto Aurora puede cubrir demandas desde los 7 hasta 300 kWp, y de acuerdo a sus funcionalidades está listo para operar en el mercado.

¿Cómo están distribuidos todos los sistemas?

Todos los elementos se alojan en dos contenedores estándar conectados entre sí.

  • El contenedor principal de 40 pies (12 m) alberga los generadores fotovoltaico y eólico, el banco de baterías, los buses DC y AC.

Así como los acondicionadores de potencia y el sistema de supervisión y control (SCADA) que aloja también al simulador.

  • El contenedor de H2 de 20 pies (6 m) contiene todos los sistemas de H2:

Pila de combustible y su acondicionador de potencia, tanques de hidruros, electrolizador y elementos auxiliares del circuito de H2.

Proyecciones de Aurora:

La Universidad de Huelva presenta en Indonesia el proyecto Aurora.

La Conferencia Internacional IEEE Conference on Power Engineering and Renewable Energy, sobre Ingeniería de la Energía y Energías Renovables, ha sido el escenario científico donde se ha presentado el proyecto de investigación Aurora.

Y ha tenido lugar los días 28, 29 y 30 de noviembre en Yogyakarta (Indonesia).

En dicho congreso internacional, el catedrático de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Onubense, el profesor José Manuel Andújar, responsable científico del proyecto, impartió la conferencia plenaria ‘Aurora: Self-generating mobile electric power system’.

El proyecto fue concedido hace un año en la convocatoria CDTI Feder-Interconecta con una dotación de más de 2millones de euros.

La empresa onubense Kemtecnia ha estado junto al profesor Andújar en Indonesia.

Ésta empresa ha permitido generar contactos empresariales en el citado país.

El proyecto ha tomado un interés muy elevado, ya que Indonesia, con más de 18.000 islas, ve en Aurora una posible solución para sus problemas de electrificación.

Tanto así que  focalizar el proyecto es toda una realidad.

Porque poder llevar energía a lugares remotos de cualquier parte del mundo.

Con la finalidad de cubrir necesidades de desastres, operaciones de ayuda humanitaria, infraestructuras, etc.

De forma rápida e independiente de suministros de combustible, es todo un reto y apoyo para la sostenibilidad energética.

 

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