A pesar del creciente uso de biomasa como energía alternativa en España y principalmente en Cataluña, basados en el plan de energías renovables de este país, ha sido desaprovechada. Las principales causas son:Falta de mercados para los combustibles de biomasa.Falta de inversión de capital de importantes proporciones y especulación en el suministro constante de materia prima.Falta de agremiación y lineamientos regulados entre los diferentes productos de biomasa (agricultores, propietarios forestales, etc.)Los pocos incentivos para investigación en nuevas y mejores tecnologías para aprovechar este recurso de manera más eficiente.No existe una tarifa establecida y regulada que permita la competitividad económica de esta energía.A partir de un análisis detallado de esta tesis doctoral se tiene el panorama completo de la situación energética de la biomasa; los aspectos evaluados son:El contexto que favorece el uso de la biomasa en España junto con el apoyo y directrices de la Unión Europea referentes al desarrollo sostenible, la producción actual y la producción estimada de energía, y todos aquellos actores que están involucrados en la cadena energética de la biomasa.La metodología utilizada en el estudio, bases de datos, bases informáticas y demás herramientas que permitieron realizar el análisis con una estructura determinada.El análisis de los impactos forestales basados en mediciones realizadas en el año 2004, y la potencialidad en uso de estos recursos para energía.La cuantificación del potencial de biomasa para la generación energética, diferenciando sus diferentes tipos y sus características, así como las reducciones en toneladas de dióxido de carbono debido a estas alternativas energéticas.Tecnologías para el cultivo de colza etíope y chopo. Las características y plan de inversión para la cosecha. Estos son los cultivos de estudio para evaluación de biomasa en producción energética.Las tecnologías básicas para el aprovechamiento de biomasa, como la modificación estándar de biomasa a una forma de combustible, el proceso de combustión de estas biomasas, el control para la dispersión de emisiones producidas, la gasificación y la pirolisis como alternativas, entre otras.A partir de los análisis anteriores, se determina entonces un análisis de viabilidad económica del sistema de producción energética en las condiciones del mercado de Cataluña.Un análisis de costo beneficio de un sistema de generación eléctrica estándar con biomasa de alto contenido de azufre. Este análisis se realiza con relación a la reducción de CO2 y se toman dos casos de comparación. Uno involucra el uso conjunto de la biomasa con el carbón en una central de 300 MW de potencia. El segundo sólo utiliza combustibles convencionales. Este análisis va a comparar la viabilidad a partir de la implantación de un sistema de desulfurización de gases, mostrando las consecuencias de no hacerlo, con las emisiones de dióxido de carbono reducidas.Se muestran además usos alternativos de la biomasa para la producción de materias primas en la industria química.Las conclusiones de todo el estudio realizado.De esta manera, se pretende proponer la biomasa con un uso más eficiente y comercial a futuro, aprovechando los recursos de la región y aportando al desarrollo sostenible global.

Los biocombustibles como el biodiesel y el etanol anhidro ya se han establecido como apoyo para los tradicionales combustibles fósiles en materia de transporte; sus bondades ya son bien conocidas en la disminución de emisiones a la atmósfera. Su aplicación inicial se había hecho a comienzos del siglo XX en algunos motores diésel con aceites vegetales, pero la imposición del petróleo con su gran poder de combustión, además de la poca investigación en las propiedades combustibles de los ésteres, dejaron a los aceites vegetales en un segundo plano en materia de combustibles, solo para aplicaciones industriales donde se usaban para calentamiento.A partir de la crisis energética y el cambio climático, el alcohol carburante y el biodiesel fueron gran objeto de estudio. Los motores de combustión se analizaron para observar la viabilidad de construir motores especiales para aceites vegetales. Esta iniciativa no prosperó debido a la alta viscosidad de los aceites vegetales comparados con el diésel y por las altas deposiciones de coque en los inyectores. Por esto, las mezclas de diésel y gasolina se mezclaron con metil esteres sin necesidad de adaptar los motores a condiciones especiales; esta es la aplicación actual de los biocombustibles en todo el mundo. Este estudio revela la potencialidad energética de estas mezclas en dichos motores de combustión tradicionales. En cuanto a los alcoholes, aparte del etanol, el metanol tiene posibilidades como combustible, pero debe utilizarse con etanol conjuntamente en proporciones elevadas, requiriendo modificaciones en el motor. Y en cuento a los biocombustibles gaseosos, ya es conocida la aplicación del biogás en producción eléctrica y en industria, con las limitantes de generación que lo dejan solo para aplicaciones específicas, además de bajo interés económico.Una ventaja considerable de los biocombustibles respecto de los tradicionales es la versatilidad de opciones; existen diferentes formas de producción de etanol y metanol, diferentes formas de deshidratación, diferentes tipos de ésteres para aplicación, así como una variedad de procesos productivos de costos razonables. Todo esto le da un panorama importante a estas fuentes energéticas y, en el futuro, las mezclas van a ser cada vez mayores; en algunos países como Brasil las mezclas ya superan el 10%, en otros ya comenzó con 5%, y todo este éxito va a aumentar fuertemente con los años, sin hablar de los incentivos económicos de las industrias agroindustriales de diversos tipos.

El uso de biocombustibles ha planteado un fuerte debate en el mundo sobre los cultivos de alimentos y la cantidad de éstos destinados al biodiesel y a alcohol carburante; con las crisis de alimentos acaecidas, los niveles de pobreza y la distribución de las tierras para estos cultivos ha cuestionado la favorabilidad de los biocombustibles con respecto a la producción alimentaría, ya que al utilizar tierra cultivable para alimentos en combustibles la producción de dichos alimentos decrece y el precio se ve afectado. Este tema tiene diversos enfoques, unos más acertados que otros, y algunos con cierta paranoia.Es así como diversas organizaciones se han visto preocupadas por la seguridad alimentaria, que es parte fundamental de cualquier sociedad, en varios niveles: valor nutricional, producción, distribución, intercambio entre naciones, además de otros aspectos que pueden ser de gran importancia para el Estado, que tienen en cuenta la dinámica social, la capacidad de compra, las preferencias y la asignación (cuándo, dónde y cómo).El biodiesel afecta de manera directa todos estos tópicos; a nivel social se podría observar que tanto empleo se crea y como se encuentra la situación económica actual en un país determinado.En Latinoamérica, los cultivos más importantes en la generación de biocombustibles son la soya, la palma africana y la caña de azúcar. En el caso de la soya, en Argentina y gran parte de Centroamérica esta es la principal fuente de grasa comestible. EL aceite de palma lo es igualmente, pero en estos países existen otras fuentes, y la situación es similar para el azúcar. Este es el tema central del debate, ya que según estudios (incluyendo el análisis del coeficiente de Gini), los países de la región muestran gran desigualdad en acceso alimentario; por supuesto, esto tiene diversas razones, como la distribución del capital generado y el desempleo, que a su vez conllevan a una cadena de errores y manejos difíciles de gestionar. Los insumos alimenticios tienen gran importancia, ya que la variabilidad del precio mostrará un resultado negativo en los países que dependen fuertemente de ellos, causando efectos negativos en la pobreza rural extrema. La palma mostró ser la menos sensible. Por eso, las consideraciones en las consecuencias sociales son de suma importancia en el desarrollo de biocombustibles.

El proyecto busca la implementación de un sistema de aprovechamiento de residuos en Sonora (México) para generar sostenibilidad en la región. El artículo se enfoca en el desarrollo de una planta de biodiesel a partir de aceite usado.Para este propósito, se planteó la disposición de la planta desde la ingeniera básica hasta aspectos relevantes de la ingeniería de detalle, incluyendo la factibilidad de cada una de las disposiciones para la planta. De esta manera se realizó el diseño de proceso adecuado para las necesidades de la región.El proceso de elaboración de biodiesel involucra la transesterificación de ácidos grasos usando metanol. El proceso tradicional comprende la producción de glicerina y el uso de hidróxido de sodio como catalizador en fase homogénea; también se puede utilizar ácido sulfúrico en el proceso, pero el color del producto puede verse afectado. La glicerina pasa a un proceso de separación por disminución de presión por vacío, recuperando el metanol para su reutilización.Estas descripciones del proceso son muy superficiales, debido a que ya se han estudiando en detalle y no es el objetivo principal de este proyecto.A partir de un balance de materia global se determinaron los equipos a utilizar, dependiendo de la cantidad de aceite a recuperar, si se obtiene el 100%, el 60% o el 30%. Para la ubicación de la planta se utilizó la escala sugerida por Muther. Las divisiones son las siguientes:Área de biodieselLaboratorioAlmacén de productos químicosCuartos de controlVestidoresCuarto de caldera o boilerAlmacén de producto final Salida embarqueEste y otros análisis se realizaron para lograr diferentes alternativas ponderadas y establecer de esta manera la mejor forma de distribución de planta; los modelos son muy diversos y las opciones son variables.

El hidrógeno, a pesar de ser el elemento más simple, es uno de los más esenciales para la vida. En el Sol, el hidrógeno sufre un proceso de fusión que libera gran cantidad de energía y que es captada por las plantas, que transforman esta energía química en carbohidratos, implicando la transferencia de hidrógeno del agua al dióxido de carbono. Ya existen motores de combustión interna que trabajan con este gas, aunque su tecnología es muy costosa. En el futuro se espera que sea reemplazo de los combustibles fósiles en algunos medios de transporte.El hidrógeno no es uno de los gases con mayor relevancia comparado con los conocidos oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono, pero se encuentra presente de muchas formas. Una de sus aplicaciones más recordadas es en los dirigibles (zeppelins), basándose en la baja densidad de este elemento (7% de la densidad del aire), y se dejó de usar con el fatídico accidente del Hindenburg en 1937.En el laboratorio se puede producir a partir de ácido sulfúrico y zinc, generando hidrógeno y sulfato de zinc. Su importancia radica en su reacción de combustión, en la cual dos moles de hidrógeno reaccionan con una de oxígeno para formar una molécula de agua; esta reacción es altamente exotérmica (libera energía en forma de calor), produciendo 283 kJ.Para tener una idea de esta cantidad de energía, si se aplicara a un litro de agua a 15°C su temperatura aumentaría a 83°C. El principal problema en el uso del hidrógeno como combustible es que se encuentra siempre combinado con otros compuestos, así que para llevar a cabo su combustión es necesario liberarlo previamente de otro compuesto que lo contenga. Una de las alternativas utilizadas para esto es la electrolisis del agua, que es la reacción inversa a la ya mencionada, rompiendo la molécula de agua y dando lugar a la formación de hidrógeno y oxígeno. La energía requerida para este proceso es igualmente alta, y actualmente esto no se puede desarrollar de manera masiva; sólo cuando esto sea posible, el hidrógeno podrá establecerse como combustible comercial.

El hidrógeno se ha venido usando masivamente en la industria; es el principal insumo para la producción de amoniaco, gasolina y otros procesos petroquímicos y de refinación, y se ha planteado su uso en los motores de combustión interna. Varios estudios demuestran que tres cuartas partes de la energía producida en el mundo para el último cuarto de siglo deben provenir del hidrógeno. Con la crisis energética, muchas compañías han ya redefinido su propósito; un ejemplo de esto es la British Petroleum que ahora se va a denominar Beyond Petroleum, buscando nuevas fuentes de energía mucho más limpias y de carácter renovable. Sin embargo, como el petróleo sigue siendo un recurso mundial de suma importancia, el debate en el uso de otras fuentes que lo suplan genera un fuerte conflicto de intereses en todo el mundo.En los últimos años se ha intensificado la investigación en las tecnologías del hidrógeno, destacándose dos proyectos ámbito. Uno de ellos es HySolar, realizado conjuntamente entre Arabia Saudita y Alemania para la obtención de hidrógeno por electrolisis, con electricidad generada por células fotovoltaicas; sorprendiendo a todo el mundo, Arabia Saudita, siendo uno de los países con la mayor cantidad de reservas mundiales de petróleo, pretende exportar hidrógeno solar como fuente de energía.Otro programa exitoso es el Hydro-Hydrogen Pilot Project, que pretende producir hidrógeno líquido a partir de energía hidroeléctrica barata y comercializarlo para diferentes usos en Europa. En Japón también se pretende realizar un proyecto bastante ambicioso en este tema, usando la electrolisis y el reformado de vapor.Las implicaciones geopolíticas del hidrógeno son enormes. El carbón fue primordial para lanzar a Gran Bretaña y Alemania como potencias mundiales en el siglo XIX, y el petróleo lo fue para Estados Unidos en el siglo XX. El hidrógeno pretende tener tal estatus de decisión, logrando lanzar a un país como dominador del orden energético global. Estas amenazas ha sido eclipsadas por el status quo adoptado para varios países que controlan el orden actual, subsidiando la producción y el consumo de los combustibles fósiles, y solventando la contaminación producida por su uso con costes externos.El hidrogeno va a ser en pocos años uno de los combustibles predilectos; por ello, muchas compañías automotrices ya invierten grandes cantidades en vehículos que puedan adaptarse a estos desarrollos. No obstante, como aún no es económicamente competitivo comparado con las demás fuentes de energía, todavía hay mucho por hacer en materia de desarrollo; para esto se requiere de inversión científica, voluntad política y apoyo de las multinacionales energéticas como consciencia de desarrollo en varios ámbitos.

Los automóviles híbridos han tomado mucha fuerza en la última década como la respuesta verde al cambio climático global. Consisten en el uso conjunto de motores de generación eléctrica y motores térmicos. Las ventajas ecológicas son evidentes, pero todavía su desarrollo es muy precario; por esto, este estudio propone la optimización local y global del sistema, que abarca el estudio del tamaño total, la variación del peso, la eficiencia, la potencia, el tamaño de cada pieza, entre otras variables de interés. Otro factor interesante es la regeneración, que consiste en recuperar la energía cinética del frenado que se disipa en calor para el uso del vehículo.Evaluando las variables de diseño, se utilizaron diversos modelos de optimización. Los que no se basan en métodos de gradiente (no requieren calculo de derivadas parciales) mostraron efectividad en encontrar las regiones con la mayor posibilidad de óptimos globales, aunque con tiempos de convergencia sumamente altos y tolerancias largas, lo cual lleva a pensar que es mejor usar métodos de cálculo mucho más robustos.Este estudio se basó en los vehículos tipo SUV (similares a una Jeep Cherokee), asumiendo sus características tales como peso, radio de las ruedas, peso sin el eje principal, área frontal, etc. Para el modelo se tomaron las siguientes simplificaciones:La masa total de vehículo permanece constante sin importar el tamaño de los componentes. El tamaño de los componentes varía en pasos discretos.El administrador de energía se mantendrá constante.Para la definición del problema de optimización, se tomaron como variables de estudio el sistema de picos de potencia de la celda de combustible, el sistema de picos de potencia del motor, número de módulos de la batería, requerimiento mínimo de potencia, requerimiento máximo de potencia, parámetro de carga de potencia y tiempo mínimo de apagado. Para asegurar que el equipo va a tener las mismas características de una SUV normal, se establecieron las restricciones de rendimiento con al aceleración, el ciclo de manejo, entre otras. Finalmente, se estableció como función objetivo la economización de combustible. Los resultados mas destacados son:El diseño de las celdas de combustible requiere de un modelo multimodal que conlleva a varios óptimos locales.El diseño óptimo de la celda de combustible depende fuertemente del ciclo de manejo y del peso promedio del automóvil.Muy pocos modelos tienen en cuenta las diversas condiciones de manejo a las que se puede ver enfrentada una persona que maneja este tipo de vehículos.

El hidrogeno representa la energía del futuro, con su abundancia en muchas zonas del mundo en diversas formas. Su uso no es directo y se parte de compuestos como el agua y algunos hidrocarburos que, por medio de procesos químicos, produzcan el deseado hidrógeno. En la actualidad, casi todo el hidrógeno del mundo se produce por reformado por vapor del gas natural que, aunque no reduce significativamente el uso de combustibles fósiles, le da un mejor uso ambientalmente. Para producirlo a partir del agua se requiere de la electrólisis, pero el problema aquí radica en la inversión.Las fuentes más importantes a futuro para la producción de hidrogeno, aparte de las dos mencionadas, son: los ciclos termoquímicos nucleares, los procesos bioquímicos y biológicos naturales, la energía solar, la energía eólica y la energía hidráulica. Estas alternativas son interesantes porque combinan el uso de energías renovables para la obtención de combustibles, logrando un ciclo completo de energía limpia y eficiente.Entre sus aplicaciones incluyen, no sólo los usos en vehículos para transporte, sino en sistemas electrónicos y en generación térmica de procesos industriales.Un punto importante en la industria del hidrogeno es su almacenamiento. A diferencia de las redes eléctricas donde lo que se produce se utiliza inmediatamente, el hidrogeno requiere de un proceso de almacenamiento. El método tradicional son cilindros horizontales a presión; también se puede almacenar como líquido, aunque los costos son altos. Los materiales son un factor muy importante, ya que deben ser muy resistentes y con propiedades antiexplosivas, porque el hidrógeno es un elemento fácilmente inflamable. Su transporte es igualmente complicado, y las normas de seguridad son extremadamente rigurosas. Para cumplir con las restricciones de volumen en los transportes, las presiones requeridas son de 10000 psi, siendo necesario en algunos casos el uso de litio, nitrógeno o carbón. Muchas de estas características son las que hacen al hidrógeno inviable hoy en día, aunque no en el futuro; la situación es mucho mas complicada si se aplica a las celdas en los automóviles, donde los riesgos son mucho más altos, las condiciones son sumamente variables y los tamaños debe ser muy reducidos.

España no es un país con grandes reservas de petróleo y gas, y la mayor parte de su transporte e industria depende de las importaciones de estos combustibles; la variabilidad de su precio genera gran incertidumbre para el mercado español. Es por esto que este país se convirtió en un productor de energías renovables, tales como la solar térmica, la solar fotovoltaica y la eólica; éstas se han introducido con gran éxito y han tomado mucha fuerza, e inclusive ya algunos sistemas alternativos implantados entraron a la red productiva principal. Estas energías suplen el sistema eléctrico pero no el combustible, y aquí aparece el hidrógeno como alternativa. A partir de los sistemas alternativos como el solar y el eólico es posible la producción de hidrógeno.En estos sistemas el mayor riesgo es la fuga, debido a que el hidrógeno es una molécula muy pequeña y puede penetrar por muchos de los materiales considerados impermeables y herméticos. Las concentraciones de inflamabilidad son muy superiores a las de combustibles como la gasolina, el diesel y el propano.Así, los costos de almacenamiento ya son altamente costosos por el requerimiento de materiales exigentes de alta resistencia mecánica, incluso de varias capas y recubrimiento.Como combustible, el hidrógeno posee las siguientes propiedades:Amplia gama de inflamabilidad.Baja energía de ignición.Pequeña distancia de apagado.Temperatura de autoignición elevada.Alta velocidad de llama en condiciones estequiométricas. Para poder implementar un sistema a base de hidrógeno, es necesario tomar en cuenta la viabilidad económica del combustible en comparación con los demás. Los riesgos y precauciones que hay que tener para poder utilizar estos sistemas son altos. Las tecnologías en los motores de inyección todavía se encuentran en desarrollo y tardarán algunos años más en dar resultados de aplicación comercial. Estos estudios no se pueden dejar de lado, ya que las bondades ofrecidas son muchas y las soluciones a futuro dan una mejor perspectiva de la situación.

La energía hidráulica ha sido dominante en la producción de electricidad en casi todo el mundo, debido a la gran cantidad de recursos y al bajo costo de producción. No se ha tomado con especial interés las consecuencias ambientales de estas plantas hidroeléctricas, que afectan de manera notoria el ecosistema en el cual están ubicadas. En Suiza se ha puesto especial atención en estos problemas, en los sistemas instalados en los ríos alpinos, logrando mejorar el equilibrio entre estas industrias y los ecosistemas aledaños.Los daños mas importante sufridos por el ecosistema son la desviación de los afluentes del agua, la interrupción en la migración de los peces, la inundación del paisaje, y la alteración de los ciclos biológicos y geológicos. Estos problemas han aumentado en los últimos años con las altas demandas energéticas que exigen grandes caudales; es así como en los Alpes suizos el tiempo de residencia del agua se ha triplicado durante la última década, aumentando la cantidad de sedimentos por la tierra afectada. Estas condiciones alteradas han cambiado la flora y la fauna las regiones, disminuyendo significativamente el número de aves y peces presentes en los ríos de estas hidroeléctricas, causando cambios en adaptabilidad para algunas especies que, al no soportar las nuevas condiciones, se ven obligadas a procesos biológicos que pueden provocar su extinción o su evolución equívoca.Suiza siempre ha sido un país que pone especial cuidado a los ecosistemas; en los años setenta se gestaron movimientos en contra de estos daños, pero con el desarrollo precario de las energías alternativas y la cantidad de ríos que posee el país era inevitable que se desarrollaran las plantas hidroeléctricas para sustentar el consumo.El debate se planteó cuando se establecieron métodos de contingencia para reducir el impacto ambiental de las hidroeléctricas, aunque a un costo elevado, lo cual implicaría la imposición de un impuesto por el servicio, denominado el impuesto de la energía verde. Tanto las personas como las empresas estuvieron dispuestas a pagar un 20% de impuesto sobre el servicio, cosa que seguramente sería casi imposible en países del Tercer Mundo e incluso en algunos países desarrollados, ya que son costos inviables para la población. A partir de esta inversión por parte de la sociedad, en 1998 se dio comienzo al proyecto con cuatro grupos principales.Un grupo enfocado en determinar los regímenes de flujo mínimo, desarrollando modelos numéricos que permitan predecir y analizar cambios en el hábitat de los peces y otros organismos, además de cambios de temperatura en función del requerimiento mínimo de flujo. Un grupo enfocado en las inundaciones, evaluando el grado de afectación de la tierra adyacente a las fuentes y las posibles avalanchas o sedimentaciones que cambien las condiciones del ecosistema.Un grupo de mercado y políticas, desarrollando estrategias para el beneficio de los clientes, grado de satisfacción y estrategias para impulsar la energía verde en sectores donde aún no se ha instalado.Un grupo encargado de la evaluación en la operación de las plantas y en los nuevos diseños propuestos para implementar a futuro. Cada grupo encontró resultados interesantes, pero aún queda mucho por hacer; la unificación de criterios y el análisis en factores de diseño son los mas sensibles, inclusive en estudios, ya que los resultados no ha sido particularmente buenos.