Aprovechamiento térmico de residuos estériles de carbón para generación eléctrica mediante tecnologías de combustión y gasificación eficientes y con mínimo impacto ambiental

La presente tesis doctoral, “Aprovechamiento térmico de residuos estériles de carbón para generación eléctrica mediante tecnologías de combustión y gasificación eficientes y con mínimo impacto ambiental”, desarrolla la valorización energética de los residuos del carbón, estériles de carbón, producidos durante las etapas de extracción y lavado del carbón. El sistema energético se encuentra en una encrucijada, estamos asistiendo a un cambio en el paradigma energético y, en concreto, en el sector de la generación eléctrica. Se precipita un cambio en la generación y el consumo eléctricos. Una mayor concienciación por la salud está forzando la contención y eliminación de agentes contaminantes que se generan por la utilización de combustibles fósiles de la forma en la que se viene haciendo. Aumenta la preocupación por el cambio climático y por contener en 2°C el aumento de la temperatura de la Tierra para final de este siglo, circunstancia que está impulsando el desarrollo e implantación definitiva de tecnología de control y reducción de emisiones CO2. Generar electricidad de una manera sostenible se está convirtiendo en una obligación. Esto se materializa en generar electricidad respetando el medioambiente, de una forma eficiente en la utilización de los recursos naturales y a un coste competitivo, pensando en el desarrollo de la sociedad y en el beneficio de las personas. En la actualidad, el carbón es la principal fuente de energía utilizada para generar electricidad, y su empleo presenta la forma de energía más barata para mejorar el nivel de vida de cualquier grupo y sociedad. Además, se espera que el carbón siga presente en el mix de generación eléctrica, manteniendo una significativa presencia y extrayéndose en elevadas cantidades. Pero la producción de carbón lleva asociada la generación de un residuo, estéril, que se produce durante la extracción y el lavado del mineral de carbón. Durante décadas se ha estudiado la posibilidad de utilizar el estéril y actualmente se utiliza, en un limitado porcentaje, en la construcción de carreteras, terraplenes y rellenos, y en la producción de algunos materiales de construcción. Esta tesis doctoral aborda la valorización energética del estéril, y analiza el potencial aprovechamiento del residuo para generar electricidad, en una instalación que integre tecnología disponible para minimizar el impacto medioambiental. Además, persigue aprovechar el significativo contenido en azufre que presenta el estéril para producir ácido sulfúrico (H2SO4) como subproducto de la instalación, un compuesto químico muy demandado por la industria de los fertilizantes y con multitud de aplicaciones en otros mercados. Se ha realizado el análisis de caracterización del estéril, los parámetros significativos y los valores de referencia para su empleo como combustible, encontrándose que su empleo como combustible para generar electricidad es posible. Aunque en España se lleva extrayendo carbón desde principios del siglo XVIII, se ha evaluado para un período más reciente la disponibilidad del recurso en España y la normativa existente que condiciona su aplicación en el territorio nacional. Para el período evaluado, se ha calculado que podrían estar disponibles más de 68 millones de toneladas de estéril susceptibles de ser valorizados energéticamente. Una vez realizado el análisis de la tecnología disponible y que podría considerarse para emplear el estéril como combustible, se proponen cuatro configuraciones posibles de planta, tres de ellas basadas en un proceso de combustión y una de ellas en un proceso de gasificación. Tras evaluar las cuatro configuraciones por su interés tecnológico, innovador y económico, se desarrolla el análisis conceptual de una de ellas, basada en un proceso de combustión. La instalación propuesta tiene una capacidad de 65 MW y emplea como combustible una mezcla de carbón y estéril en relación 20/80 en peso. La instalación integra tecnología para eliminar en un 99,8% el SO2 presente en el gas de combustión y en más de un 99% las partículas generadas. La instalación incorpora una unidad de producción de H2SO4, capaz de producir 18,5 t/h de producto, y otra unidad de captura para retirar un 60% del CO2 presente en la corriente de gases de combustión, produciendo 48 tCO2/h. La potencia neta de la planta es 49,7 MW. Se ha calculado el coste de inversión de la instalación, y su cálculo resulta en un coste de inversión unitario de 3.685 €/kW. ABSTRACT The present doctoral thesis, “Thermal utilisation of waste coal for electricity generation by deployment of efficient combustion and gasification technologies with minimum environmental impact”, develops an innovative waste-to-energy concept of waste coals produced during coal mining and washing. The energy system is at a dilemma, we are witnessing a shift in the energy paradigm and specifically in the field of electricity generation. A change in the generation and electrical consumption is foreseen. An increased health consciousness is forcing the containment and elimination of pollutants that are generated by the use of fossil fuels in the way that is being done. Increasing concern about climate change and to contain the rise of global temperature by 2°C by the end of this century, is promoting the development and final implementation of technology to control and reduce the CO2 emission. Electricity generation in a sustainable manner is becoming an obligation. This concept materialised in generating electricity while protecting the environment and deployment of natural resources at a competitive cost, considering the development of society and people´s benefit. Currently, coal is the main source of energy employ to generate electricity, and its use represents the most cost competitive form of energy to increase the standard of living of any group or society. Moreover, coal will keep playing a key role in the global electricity generation mix, maintaining a significant presence and being extracting in large amounts. However, coal production implies the production of waste, termed waste coal or culm in Pennsylvania anthracite extraction, produced during coal mining and coal washing activities. During the last decades, the potential use of waste coal has been studied, and currently, in a limited amount, waste coal is used in roads construction, embankments and fillings, and to produce some construction materials. This doctoral thesis evaluates the waste to energy of waste coals and assesses its potential use to generate electricity, implementing available technology to minimise the environment impact. Additionally, it pursues the significant advantage that presents sulphur content in waste coal to produce sulphuric acid (H2SO4) as a byproduct of the waste-to-energy process, a chemical compound highly demanded by the fertiliser industry and many applications in other markets. It analyses the characteristics of waste coal, and assesses the significant parameters and reference values for its use as fuel, being its fuel use for electricity generation very possible. While mining coal is taking place in Spain since the 1700s, it has been evaluated for a more recent period the waste coal available in Spain and the existing legislation that affects its application and deploy to generate electricity in the country. For the evaluation period has been calculated that may be available more than 68 million tons of waste coal that can be waste-toenergy. The potential available technology to deploy waste coal as fuel has been evaluated and assessed. After considering this, the doctoral thesis proposes four innovative alternatives of facility configuration, three of them based on a combustion process and one in a gasification process. After evaluating the four configurations for its technological, innovative and economic interest, the conceptual analysis of one of alternatives, based on a combustion process, takes place. The proposed alternative facility developed has a capacity of 65 MW, using as fuel a mixture of coal and waste coal 80/20 by weight. The facility comprises technology to remove 99.8% SO2 present in the flue gas and more than 99% of the particles. The facility includes a unit capable of producing 18.5 t/h of H2SO4, and another capture facility, removing 60% of CO2 present in the flue gas stream, producing 48 tCO2/h. The net capacity of the power station is 49.7 MW. The facility unitary cost of investment is 3,685 €/kW.

Las casualidades controladas : la primera visibilidad del cambio del paradigma moderno

Como no pocos proyectos, el origen de esta tesis es fruto de una casualidad. Hace unos años me topé en Londres, en la librería Walden Books del 38 de Harmood St., con una primera edición de la conocida monografía de Mies a cargo de Philip Johnson. El librito, en realidad catálogo de la exposición que en 1947 el MoMA de Nueva York dedicara a la obra de Mies Van der Rohe a los diez años del desembarco del arquitecto en Estados Unidos, tiene un tamaño de 10 x 7,5 pulgadas, es decir, la mitad del formato americano Crown (20x15 pulgadas), equivalente a 508 x 381 mm. Se imprimieron, en su primera tirada, editada por The Plantin Press, 12.000 ejemplares. Ese mismo año, con edición al cuidado de Reynal y Hitchcock, se publicaría la primera traducción al inglés de Cuando las catedrales eran blancas de Le Corbusier y una selección de poemas de Lorca, siete años después de su Poeta en Nueva York. En la monografía, en la página 109, aparece el conocido croquis de Mies Sketch for a glass house on a hillside. c. 1934, escasamente unas líneas, aunque precisas y llenas de matices, de la casa en una ladera que rápidamente nos remite a aquella primera propuesta de Saarinen para una casa en el aire, primero en 1941 en Pensilvania y después, en 1945, con Charles Eames, en Los Angeles, que nunca llegarían a construirse, sino en su aliteraciones posteriores realizadas por Harry Seidler (Julian Rose House, Wahroonga, Sydney, 1949), Philip Johnson (Leonhardt house, Long Island, Nueva York, 1956) o Craig Ellwood (Smith House, Crestwood Hills, 1958; Frank & Polly Pierson House, Malibú, 1962; Chamorro House, Hollywood Hills, 1963, o la serie Weekend House, con Gerald Horn, entre 1964 y 1970, hasta el magnífico Art Center College of Design de Pasadera, su puente habitado de 1977). El relato que da origen al texto discurre en un estricto período de tiempo, desde los primeros dibujos de la Case Study House nº8, dentro del programa promovido por John Entenza y su revista Arts & Architecture en California, realizados en el estudio de Saarinen en Bloomfield Hills, Michigan, hasta que el proyecto de la casa Eames finaliza cinco años después de acabar la obra en 1955, en la versión conocida, radicalmente distinta al proyecto original, cuando la pareja Charles y Ray Eames edita el corto House After Five Years of Living. La discusión original en torno a esta casita, o mejor, a las circunstancias, casualidades controladas, que rodean su construcción, se produce estrictamente cuando rastreamos aquellos invariantes que se mantienen en las dos versiones y las reconcilian. En este corto período de tiempo se producen en el proyecto una serie de decisiones que permiten descubrir, tanto en la forma como en el mismo proceso transformador del proyecto, en su obsesivo registro, en los nuevos referentes asumidos y propuestos, la primera visibilidad del cambio del paradigma moderno. Pero este momento germinal que cristaliza el paso a la postmodernidad no es inédito en la historia de la arquitectura americana. Así, el relato abre su ámbito temporal hasta un nuevo período de cincuenta años que arranca en 1893, año de la celebración en Chicago de la Exposición Internacional Colombina. En la White City de Hunt & McKim y del traidor Burham, Louis Sullivan construye su Golden Doorway en el pabellón de los Transportes. Aquella que visitará Adolf Loos antes de volver, renovado, a Viena; la misma que admirará André Bouillet, representante de la Union Centrale des Arts Decoratifs de Paris, y que deslumbrará en los museos de toda Europa, de París a Moscú en grandes fotografías y maquetas. Hasta que en Finlandia alguien muestra una de esas fotografías a un joven estudiante de diecinueve años en el Instituto Politécnico. Eliel Saarinen queda fascinado por la poderosa novedad de la imagen. Cuelga la fotografía frente a su tablero de dibujo, consciente de que la Golden Doorway, esa puerta de la aventura y la catarsis que Sullivan acuñaría como distintivo y que resolvería como único elemento complejo sus proyectos más maduros, desprovistos de todo ornamento; la misma que repetirían más tarde, con profundo reconocimiento, Ladovsky, Wright, Scarpa o Moneo, puerta dentro de puerta, fuelle y umbral, contenía, en sus propias palabras emocionadas, todo el futuro de la arquitectura. Desde ahí, pasando por el año 1910, momento de la huida de Wright a La Toscana y el descubrimiento de su arquitectura en Europa, entre otros por un joven Mies van der Rohe, meritorio en el estudio de Peter Behrens, a través del Wasmuth Portfolio; y así como algo después, en 1914, Schindler y en 1923 Neutra, harán el camino inverso, hasta que Mies les siga en 1937, animado por un Philip Johnson que había viajado a Europa en 1930, volviendo a 1945 y el inicio del programa Case Study House en California, hasta 1949, momento de la construcción de la CSH#8, y, por fin, al año 1955, after 5 years of living, en el que Julius Shulman fotografía la casa de Ray y Charles Eames en el prado de Chautauqua sobre las Pacific Palisades de Los Angeles, lanzando sus finas líneas amarillas hasta Alison y Peter Smithson y su tardomoderno heroico, hasta el primer Foster y su poético hightech y hasta el O-riginal Ghery, deconstruyendo el espacio esencial de su casa desde el espacio mismo, abiertas ya las puertas al nuevo siglo. Y en estos cambios de paradigma, desde el rígido eclecticismo de los estilos al lirismo moderno en el gozne secular y de ahí a la frivolidad, ligereza, exhibicionismo y oportunismo cultos del hecho postmoderno, hay algo que se mantiene invariante en los bandazos de la relación del hombre contemporáneo con su entorno. Como la escultura, que según Barnett Newman no es sino aquello contra lo que uno choca cuando retrocede para mirar un cuadro, en estos prístinos lugares, comunes y corrientes, recorrido, puerta, umbral, recinto y vacío, te topas con la arquitectura antes de darte cuenta de que es arquitectura. ABSTRACT As with many other projects, the origin of this doctoral thesis is the result of a chance. A few years ago I found in a bookstore in London, 38 Harmood st., Walden Books, a first edition of the well-known monograph about Mies by Philip Johnson. The tiny book, in fact a catalog of the exhibition that the MoMA of New York devoted to the work of Mies van der Rohe in 1947, ten years after his landing in the United States, has a size of 10 x 7.5 inches, that is, half of Crown American format (20 x 15 inches), equivalent to 508 x 381 mm. In the first printing, published by The Plantin Press, 12,000 copies were released. That same year, produced by Reynal and Hitchcock, both the first English translation of When the cathedrals were white by Le Corbusier and a selection of poems by Lorca were published, seven years after his Poet in New York. Inside the book, the famous drawing from Mies Sketch for a glass house on a hillside c. 1934 appears on page 109, barely a few lines, precise and nuanced though, the house on a hillside that quickly reminds us of the proposals of Eero Saarinen for a house in the air, first in 1941, in Pennsylvania, and later, in 1945, with Charles Eames, in Los Angeles, that would never be built, but in their later alliterations made by Harry Seidler (Julian Rose House, Wahroonga, Sydney, 1949), Philip Johnson (Leonhardt house, Long Island, New York, 1956) or Craig Ellwood (Smith House, Crestwood Hills, 1958; Frank Pierson & Polly House, Malibu, 1962, Chamorro House, Hollywood Hills, 1963, or the Weekend House series, with Gerald Horn, between 1964 and 1970, to the magnificent Art Center College of Design Pasadena, the inhabited bridge, in 1977). The story that gives rise to the text flows in a short amount of time, from the first drawings of the Case Study House No. 8, within the program promoted by John Entenza and his magazine Arts & Architecture in California, made in the study of Saarinen in Bloomfield Hills, Michigan, until the project of the Eames house is completed five years after finishing the construction in 1955, in the final version we know, radically different from the initial state, when the couple, Charles and Ray, published the film House after Five Years of Living. The original discussion around this house, or better, about the circumstances, controlled coincidences, regarding its construction, appears when one takes account of those that remain, the invariants, in the two versions, drawn and built, which precisely allow the reconciliation between both projects. In this short period of time a series of decisions made in the transformation process of the project reveal, in the obsessive record made by Charles Eames and in the new proposed references, the first visibility of the changing of the modern paradigm. But this germinal moment that crystallizes the transition to postmodernism is not unprecedented in the history of American architecture. So, the story opens its temporal scope to a fifty-year period that started in 1893, date of the celebration of the Chicago World´s Columbian Exposition. In the White City by Hunt & McKim and Burnham, the traitor, Louis Sullivan builds his Golden Doorway in the Transportation Building. That visited by a renovated Adolf Loos before his coming back to Vienna; the same that André Bouillet, Head of the Union Centrale des Arts Decoratifs in Paris, admired and dazzled in museums all over Europe, from Paris to Moscow, in large photographs and models. Until someone in Finland showed one of those photos to a young nineteen-years-old student at the Polytechnic Institute. Eliel Saarinen became fascinated by the powerful new image: he hanged the picture in front of his drawing board, aware that the Golden Doorway, that door of adventure and catharsis Sullivan coined as distinctive and as a single complex element which would solve their most mature projects, devoid of all ornament; the same that would repeat later, with deep appreciation, Ladovsky, Wright, Scarpa, or Moneo, a door inside a door, a threshold, a gap that contained, in its own moving words, the whole future of architecture. From there, through 1910, when Wright's flight to Tuscany allows Europe to discover his architecture, including a young Mies van der Rohe, meritorious in the studio of Peter Behrens, via the Wasmuth Portfolio; and as a little bit later, in 1914, Schindler and Neutra in 1923, made the travel in opposite direction, until Mies follows them in 1937, led by a Philip Johnson who had traveled to Europe in 1930, we return to 1945 and the beginning of the program Case Study House in California, and from 1949, when construction of the CSH # 8 begins, and finally, to 1955, after five years of living, when Julius Shulman photographs the inside of the house with Ray and Charles Eames, and all their belongins, at the Chautauqua meadows on Pacific Palisades in Los Angeles, launching its fine yellow lines to Alison and Peter Smithson and his heroic late modern, up to the first Foster and his poetic hightech and even the O-riginal Gehry, deconstructing the essential space of his home from the space itself, opening the doors to the new century. And these paradigm shifts, from the hard eclectic styles to modern secular lyricism in the hinge and then overcoming the cultured frivolity, lightness, exhibitionism, and opportunism of the postmodern skeptical focus, something remains intense, invariant in the lurching relationship of contemporary man and his environment. As the sculpture, which according to Barnett Newman is what you bump into when you back up to see a painting, in these pristine, ordinary places, promenade, door, threshold, enclosure and emptiness, you stumble upon the architecture even before realizing that it is architecture.

Idea relationship analysis in open innovation crowdsourcing systems

Idea Management Systems are an implementation of open innovation notion in the Web environment with the use of crowdsourcing techniques. In this area, one of the popular methods for coping with large amounts of data is duplicate de- tection. With our research, we answer a question if there is room to introduce more relationship types and in what degree would this change affect the amount of idea metadata and its diversity. Furthermore, based on hierarchical dependencies between idea relationships and relationship transitivity we propose a number of methods for dataset summarization. To evaluate our hypotheses we annotate idea datasets with new relationships using the contemporary methods of Idea Management Systems to detect idea similarity. Having datasets with relationship annotations at our disposal, we determine if idea features not related to idea topic (e.g. innovation size) have any relation to how annotators perceive types of idea similarity or dissimilarity.