Síntesis y Caracterización de Materiales Nanoestructurados para el Almacenamiento de Hidrógeno. Hidrogen storage: Synthesis and characterization of nanostructured materials.

El hidrógeno tiene, actualmente, una atención considerable por su posible uso como combustible limpio y otros usos industriales y se ha demostrado que es posible hacer funcionar motores de combustión interna, por lo tanto es una alternativa viable respecto de fuentes de energía no renovables como el petróleo y tal vez sea en el futuro la tecnología más prometedora para reducir la contaminación, conservando el suministro de combustibles fósiles. Uno de los principales problemas para la utilización del hidrógeno como combustible es el del almacenamiento para que pueda ser seguro y transportable con todos los riesgos que esto supone. En este sentido el estudio de la adsorción de polímeros conductores (tal como polianilina, PANI o polipirrol PPy) y su posterior polimerización sobre hospedajes como aluminosilicatos meso y microporosos y carbones mesoporosos, es de suma importancia por sus propiedades para el almacenamiento de H2. El objetivo general de este proyecto es Investigar el almacenamiento de hidrógeno en nuevos composites nano/microestructurados. La síntesis de materiales micro/mesoporosos (MFI, MEL, BEA, L, MS41, SBA-15, SBA-1, SBA-3, SBA-16, CMK-3) para usos como hospedaje se realizan por sol-gel o síntesis hidrotérmica y se modificarán con TiO2, CeO2, ZrO2 y eventualmente con Ir, Ni, Zr. Muestras de estos hospedajes serán expuestos a vapores del monómero puro (anilina o pirrol). Luego se polimerizarán por polimerización oxidativa. Los nanocomposites sintetizados se caracterizarán por XRD, FTIR, DSC, TGA, SEM, TEM, EXFAS, XANES, UV-Vis. La adsorción de hidrógeno sobre los composites se llevará a cabo en un Reactor Parr, desde presiones atmosféricas y a altas presiones y varias temperaturas de adsorción . Los estudios de desorción de hidrogeno se llevarán a cabo en un equipo Chemisorb Micrometrics y se realizarán estudios termogravimétricos y de capacidad de retención de Hidrogeno por el nanocomposite. La importancia del estudio de este proceso tiene importantes implicancias económicas y sociales que serán preponderantes en el futuro debido a las cada vez más exigentes regulaciones ambientales. Además se contribuirá al avance del conocimiento científico, ya que es posible diseñar nuevos materiales, los que además permitirán generar reservorios de H2 con alta eficiencia. Por lo consiguiente: - Se desarrollarán nuevos materiales nanoestructurados, micro y mesoporosos y nanoclusters de especies activas en los hospedajes como así también la inclusión de polímeros (PANI, PPy) dentro de los canales de estos materiales. - Se caracterizarán estos materiales por métodos espectroscópicos (fisicoquímica de superficie). - Se estudiará la adsorción /absorcion de H2 en los nuevos materiales desarrollados. -Se aplicarán métodos de diseño de experimento (RDS), para optimizar el proceso de almacenamiento de H2, nivel de interacción de variables sinérgicas o colinérgicas.

CONTROL DEL FLUJO DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE CC TOLERANTE A FALLAS

El objetivo general de esta propuesta es investigar y desarrollar nuevos convertidores electrónicos de potencia, más eficientes, confiables y robustos, para controlar el flujo de energía eléctrica en Sistemas Híbridos. Estos sistemas pueden alimentarse de almacenadores y generadores de CC, como por ejemplo baterías, ultracapacitores y celdas de combustible. Como objetivos específicos se pretende proponer nuevas topologías de convertidores electrónicos de potencia, incluyendo los controladores digitales, con las siguientes características: • Alto rendimiento, • Tolerantes a fallas, • Desarrollo de estrategias para la detección y diagnóstico de fallas. Se propone modelar y realizar simulaciones de las nuevas propuestas con el objetivo de compararlas con otras ya existentes. Con el objetivo de validar experimentalmente los resultados teóricos y de simulación también se propone implementar prototipos demostrativos. La implementación de los citados convertidores se realizará con dispositivos semiconductores de potencia y componentes magnéticos de alta frecuencia para maximizar las relaciones potencia/volumen y/o potencia/peso del sistema.

Estudio y optimización estructural del comportamiento termomecanico de un motor monopropelente

El presente trabajo contempla el estudio del comportamiento termomecánico de un motor monopropelente, cuyo funcionamiento se basa en la descomposición catalítica del combustible, produciendo la gasificación del mismo, con su consecuente generación de calor. Estos gases, al ser conducidos convenientemente a través de una tobera con el fin de generar su apropiada expansión, producirán la acción deseada. Un diseño erróneo del sistema de alimentación podría producir el acortamiento de la vida útil del catalizador, la degradación de los sellos de la válvula, vaporizaciones indeseadas del propelente, etc.El objetivo que se persigue es construir un modelo computacional que permita visualizar el comportamiento conjunto de los diversos fenómenos, la influencia de los diversos componentes y su interacción, a fin de identificar los elementos críticos, y poder así tomar acciones correctivas u operar sobre aspectos de diseño del sistema para un mejor acondicionamiento del combustible. Para la aplicación del método, se modelizarán cada uno de los fenómenos que gobiernan el comportamiento del sistema y se les codificará en lenguaje de programación, prestando especial atención al comportamiento del fluido tanto en régimen estable como durante los transitorios. Una vez validado el programa se correrán simulaciones para determinar la influencia de los parámetros básicos de diseño sobre los procesos termomecánicos mediante un análisis de sensitividad, a fin de mitigar los posibles efectos adversos. Sin embargo, durante la ejecución de proyectos de ingeniería de este tipo, una de las cuestiones de mayor importancia es el uso racional de materiales. Una adecuada utilización de los mismos tiene diversas ventajas, dentro de las cuales podemos citar como a las de mayor relevancia a: (i) mejor aprovechamiento de las capacidades de los materiales, (ii) elementos estructurales de menor tamaño, lo que genera una economía de espacio, (iii) menor costo económico y financiero del proyecto y (iv) menor impacto ambiental. En este sentido, una de las maneras más difundidas para el uso racional de materiales es, utilizar materiales con propiedades constitutivas que se adapten mejor a las características del proyecto en desarrollo. Sin embargo, cuando se está frente a la imposibilidad de cambiar de material o mejorar las propiedades existentes, es importante comenzar a utilizar otras metodologías que permitan un mejor aprovechamiento del mismo. Aquí surge naturalmente la necesidad de introducir cambios en la forma de los componentes estructurales que integran el proyecto ejecutivo. Para realizar una adecuada optimización de los componentes estructurales, es necesario previamente definir cual o cuales van a ser las características a optimizar y como van a ser medidas esas características durante el proceso de análisis. Por lo tanto, se propone aplicar el análisis de sensibilidad topológica para problemas termo-mecánicos para optimizar los componentes estructurales del motor.

Avaluació de l'aprofitament energètic de la biomassa forestal del Parc de Collserola

En aquest treball se sintetitzen els resultats més destacats del projecte de final de carrera de la llicenciatura de Ciències Ambientals sobre l’aprofitament de la biomassa forestal al Parc de Collserola (PCo), realitzat a la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). L’objectiu principal és determinar la disponibilitat de biomassa forestal susceptible a ser extreta del PCo a fi d’aprofitar-la per a l’obtenció d’energia. Els principals factors analitzats són: la producció anual per cada espècie, les limitacions que marquen l’explotació i la tecnologia aplicable per a l’aprofitament en tres possibles escenaris. La proposta d’explotació sostenible dels boscos del PCo s’efectua sobre les espècies de Pinus halepensis, Quercus ilex i Quercus cerrioides, que presenten una producció major de biomassa susceptible a ser aprofitada, 5.500, 4.000 i 300 t psa1/any, respectivament. Per tant, la biomassa extraïble de forma sostenible al PCo s’estima en aproximadament 9.700 tones/any. L’estudi de l’aprofitament forestal està marcat per limitacions d’extracció, tals com les limitacions silvícoles (zones amb una cobertura arbòria igual o superior al 70% i un pendent igual o inferior al 60%) i d’accessibilitat (franges de 25 metres a banda i banda de les vies forestals). Amb la quantitat de biomassa extraïble es poden establir diferents escenaris d’aplicació energètica, mitjançant la seva combustió en calderes amb diverses potències de funcionament. Des del nivell domèstic (calderes domèstiques) fins al d’una gran planta (cogeneració), passant per l’aplicació en un barri residencial (District Heating). D’aquesta manera s’obté energia tèrmica, per calefacció, o elèctrica, aplicable a residències individuals, a barris residencials o a polígons industrials. S’ha escollit l’escenari de District Heating com el més viable, ja que és el que més avantatges presenta dintre del context del parc i un ventall de possibilitats d’aplicació més elevat. Per determinar-ne la viabilitat, s’han integrat diversos aspectes: tecnològics (eficiència, producció energètica, tipus de combustible i requeriment de biomassa), ambientals (impactes generats), socials (percepció dels usuaris) i econòmics (llocs de treball generats i viabilitat econòmica).

Hidrogen, pesent i futur de l'energia

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2006. L’hidrogen és provable que sigui el nou vector energètic, però queden importants dificultats tècniques i tecnològiques per a la seva producció i distribució a gran escala. A partir de l'estudi d'una pila d'hidrogen, s’exposa una visió general de l'estat d'aquest nou sistema de transport d'energia, dels diversos mitjans de producció transport i d'aprofitament d'aquest element i, finalment, es presenta una visió de les línies d'investigació i dels projectes que s'estan desenvolupant arreu del món. Es mostra un estudi detallat sobre un sistema de producció, basat en un electrolitzador, una cel•la fotoelèctrica, i en una pila d'hidrogen PEM (Proton Exchange Membrane).

Memòria justificativa de l'estada de recerca

Estudi elaborat a partir d’una estada a l’Associação para o Desenvolvimento da Aerodinânica Industrial (ADAI) de la Universitat de Coimbra, Portugal, entre març i juliol de 2006. Aquesta disposa d'un laboratori d'assaigs i té medis suficients per a cremar de manera controlada parcel•les prèviament delimitades en terreny forestal. Això permet observar el fenomen dels incendis forestals a dues escales de treball diferents. L’objectiu ha estat l’obtenció de dades experimentals sobre la propagació de fronts de flames que avancen sobre combustible tractat amb retardants sota l’efecte del pendent o el vent. S’ha participat en proves experimentals de camp i se n’han realitzat dues en instal•lacions de laboratori en què l’efecte del pendent o de la velocitat del vent podia ser variat. Degut a l’elevat nombre de variables que entren en joc l’anàlisi acurada de les dades encara està en procés.

Gestió forestal de masses d'arboç (Arbutus unedo) en regeneració després de foc al terme municipal d'Esparreguera

Els incendis forestals són una pertorbació amb un paper decisiu en l’estructura i dinàmica dels ecosistemes mediterranis. La majoria de les seves espècies vegetals presenten mecanismes de resposta al foc, com la germinació de llavors i la rebrotada d’individus cremats. Les masses forestals regenerades a partir de rebrots assoleixen densitats massa altes i una baixa producció, i, per tant, és fonamental dur a terme una gestió mitjançant tractaments silvícoles. El principal objectiu d’aquest projecte és quantificar l’efecte de la selecció de rebrots i la selecció de rebrots més la desbrossada sobre el creixement de l’Arbutus unedo. S’han estudiat 12 parcel—les en regeneració després dels incendis de 1985, 1986 i 1994 al terme municipal d’Esparreguera. Els resultats mostren que els dos tractaments afavoreixen de la mateixa manera el creixement dels peus d’Arbutus unedo, a causa de la disminució de la competència intraespecífica i interespecífica. La desbrossada (a nivell de parcel—la, no d’individu), no obstant, provoca un increment probablement perjudicial de l’alçada dels rebrots, per la major disponibilitat de llum. Per tal de proposar un model de gestió forestal, s’ha realitzat una anàlisi multicriterial dels diferents escenaris, on s’han considerat altres criteris, com són el model de combustible, la possibilitat de pastura i el cost econòmic. L’alternativa preferida en els boscos d’Arbutus unedo és la selecció de rebrots i la desbrossada.

Selecció d'espais oberts a recuperar i propostes d'ús: una aproximació per anàlisi espacial i multicriteri

Dins de matrius eminentment forestals, els espais oberts agrícoles juguen un paper important diversificant els hàbitats i, de retruc, donant cabuda a l’ecosistema a un nombre d’espècies que d’ells depenen en tots o en alguns moments del seu cicle biològic. La pèrdua d’espais agrícoles tradicionals va més enllà de la pèrdua de varietats agrícoles i ramaderes i de flora arvense associada, i afecta també a molts d’altres organismes. A més de la seva importància directa en la biodiversitat, els espais oberts agrícoles també representen un trencament de la continuïtat del combustible i requereixen el manteniment de vies d’accés, tot coadjuvant a mantenir un paisatge amb un menor risc d’incendi. La zona d’estudi ha estat els Parcs Naturals de Sant Llorenç de Munt i L’Obac, i Garraf, Olèrdola i Foix. Hem considerat de forma simplificada el paisatge dels Parcs com a mosaics amb diferents fases (arbrat dens, arbustiu dens, espais oberts, roquissars i petites zones urbanes) i pressuposa que l’objectiu de la gestió dels Parcs és la conservació d’aquests mosaics i no la seva uniformització en paisatges forestals continus. Hem localitzat e inventariat els espais oberts agrícoles actius i abandonats (recentment i des de 1957) de la zona com a capes SIG, tot associant a cada espai el conjunt de característiques necessàries per la seva gestió i organitzant-los en una Base de Dades lligada a les capes SIG. Un cop fet això, i per tal d’ordenar les actuacions de recuperació, hem establert un sistema de priorització dels espais candidats a través d’anàlisi multi-criteri. En aquesta priorització, ha jugat un paper destacat l’impacte de l’eventual recuperació de cada espai en la geometria del mosaic, la qual cosa ha requerit anàlisi i simulació espacial. Finalment, hem elaborat un conjunt de projectes d’actuació en certs espais concrets per a que serveixin com a models d’actuació.

Fabricació i anàlisi del biodièsel

La producció de biodièsel a partir d'olis de cuina utilitzats, amb l'objectiu de transformar un residu en un producte amb valor comercial i ambiental, és més net que els combustibles fòssils i contribueix a disminuir el gran consum de petroli que estem fent. En una primera part teòrica s’ha realitzat un treball de recerca d' informació del biodièsel per saber si és un bon combustible i si podria ser un possible substitut dels combustibles fòssils. En quant a la part pràctica l'objectiu principal ha estat fabricar el biodièsel . Les matèries primeres són oli de gira-sol i oli de cuina utilitzat, per tal de comparar les seves qualitats. S’ha arribat a la conclusió que presenten característiques molt semblants. Després de fer les anàlisis físico-químics de qualitat vam fer una mescla dels dos biodièsels fabricats, i el vam provar en un motor Dièsel per comprovar si funciona correctament i fer una comparació dels gasos emesos pel nostre combustible amb els emesos pel gasoil comercial. El resultat va ser molt positiu ja que el motor va funcionar correctament, i la comparació de gasos va sortir tal i com esperàvem ja que les quantitats de diòxid i monòxid de carboni emeses eren menors que en el gasoil.

Impacte ambiental dels iots en els ports de Sitges: anàlisi comparativa

Els ports esportius a nivell català han augmentat considerablement a causa de la creixent afició a la navegació i els esports nàutics. L’increment de la demanda d’amarratges al port i la conseqüent concentració d’iots, ha implicat la necessitat d’un estudi dels seus impactes potencials. El Port Garraf té un impacte més reduït degut a que prioritzen les embarcacions de vela, en canvi pel que fa al Port d’Aiguadolç i Port Ginesta la proporció d’embarcacions a motor és superior, per tant tindran un consum més elevat de combustible. Pel que fa a residus especials, concretament olis, els tres ports tenen un impacte sever per la difícil recuperació del medi en cas d’accident, encara que hi ha una bona gestió en els ports. Per acabar el Port d’Aiguadolç és el que té un consum d’aigua superior. Segons la comparació que s’ha realitzat dels diferents fluxos, es pot concloure que el port Ginesta és el més sostenible. Gràcies a la bona gestió portuària i a la sensibilització dels usuaris del port, tot i tenir major superfície i més quantitat d’embarcacions, aquest port és el que té menors impactes potencials.

Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Manual del aplicador de CO2 en cultivos hortícolas

Este manual se ha solicitado como parte del encargo que Iberdrola realizó al IRTA dentro del proyecto SOST-CO2, financiado por el programa CENIT (Consorcios Estratégicos Nacionales en Investigación Técnica), que forma parte del Programa Ingenio 2010, un proyecto del Gobierno español para incrementar la inversión en I+D, tanto pública como privada, con el objetivo de alcanzar en 2010 el 2% del PIB. El proyecto SOST-CO2 tiene como objetivo abordar el ciclo de vida completo del CO2, desde su captura en las fuentes de emisión pasando por su transporte, su almacenamiento y su valorización a gran escala. Se pretende enlazar la captura del CO2 con su posterior revalorización, buscando así una alternativa sostenible al mero confinamiento geológico de las emisiones. En el contexto del proyecto SOST-CO2, Iberdrola se planteó la utilización directa en horticultura intensiva de gases de combustión procedentes de sus plantas de ciclo combinado que utilizan gas natural como combustible, dado su contenido enriquecido en CO2, y encargó al IRTA su estudio. El objetivo general era, a parte de una importante fijación de carbono por parte de los cultivos, un elevado nivel de sostenibilidad ambiental por reducción de los inputs energéticos empleados en la climatización de los invernaderos y en la depuración de los gases. El trabajo se desarrolló a lo largo de cuatro años (2008-2011) en diversos escenarios experimentales. De las diferentes facetas que abarcó este trabajo, se presentan aquí las más directamente relacionadas con el principal resultado del estudio, es decir, la adecuación de los gases de combustión mencionados para obtener una mejora en la producción y rendimiento por su aplicación en horticultura intensiva.

Estudi de la viabilitat de l’aprofitament de biomassa residual amb implantació d’una planta de cogeneració al sector del Pla de Baix de Domeny

L’estudi pretén incorporar el residu de fusta i poda com a combustible en una planta de cogeneració al sector del Pla de Baix de Domeny, per obtenir un benefici econòmic amb la venda d’energia elèctrica generada i utilitzar l’energia tèrmica residual per a la calefacció i l’aigua calenta sanitària dels habitatges. S’han analitzat els habitatges, els residus de biomassa i els diferents tipus de cogeneració. I s’ha proposat una cogeneració amb el cicle orgànic de Rankine, utilitzant l’estella de residus de fusta i poda per a 1219 habitatges del Pla de Baix de Domeny i s’ha estudiat la viabilitat econòmica

Projecte d'instal·lació de caldera de vapor de 5.000 kg/h i serveis auxiliars per [a] una empresa situada a Vic

L’empresa RUSCALLEDA, S.L., ubicada a la localitat de Vic, es dedica a l’elaboració deproductes alimentaris. La instal·lació actual de generació de calor utilitza una caldera antiga de combustible líquid i té una capacitat de producció de vapor de 1.500 kg/h. A causa de la demanda creixent de productes semielaborats, l'empresa vol instal·lar tres unitats noves de la línia final de productes semielaborats. Aquestes noves unitats tindrien un considerable consum d’energia calorífica en forma de vapor i requeririen actualitzar la instal·lació actual de producció i distribució de calor. L’objecte del projecte és la instal·lació d’un segon generador de vapor que sigui capaç d’alimentar la instal·lació actual més l’ampliació, quedant el generador actual en paral·lel per ser utilitzat en cas d’emergència

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de vehicles pesants de transport de passatgers

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de les carrosseries de vehicles pesants de cara a reduir el consum de combustible en autocars de llarg trajecte. L’estudi es basa en tres aspectes: validació del programa de simulació, estudi aerodinàmic de diferents carrosseries d’autocar de mercat i estudi aerodinàmic de diferents complements