Archive for junio, 2014

Batería orgánica con agua para 15 años

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Los científicos de la USC han desarrollado una batería orgánica a base de agua que es de larga duración, construido a partir de componentes baratos y ecológicos. La nueva batería – que no utiliza metales o materiales tóxicos – está destinado para su uso en plantas de energía, en los que puede hacer que la red de energía más resistentes y eficientes mediante la creación de un gran escala significa para almacenar energía para su uso cuando sea necesario.

 

“Las baterías tienen una duración de alrededor de 5.000 ciclos de recarga, dándoles una vida útil estimada de 15 años”, dijo Sri Narayan, profesor de química en la Dornsife Colegio de Letras, Artes y Ciencias de la USC y autor de un artículo que describe las nuevas baterías que era publicado en línea por la revista de la Sociedad Electroquímica , el 20 de junio. “Las baterías de iones de litio se degradan después de alrededor de 1.000 ciclos, y cuestan 10 veces más que la producción.”

Narayan colaboró ​​con Surya Prakash, Prakash, profesor de química y director del Instituto de Investigación de Hidrocarburos Loker USC, así como de la USC Bo Yang, Lena Hoober-Burkhardt, y Fang Wang.

“Este tipo de baterías de flujo orgánicos serán cambiadores de juego para el almacenamiento de energía eléctrica red en términos de simplicidad, el coste, la fiabilidad y la sostenibilidad”, dijo Prakash.

Las baterías podrían allanar el camino para que las fuentes de energía renovables compensen la generación de energía de los paises. Los paneles solares sólo pueden generar energía cuando el sol brilla y las turbinas de viento sólo pueden generar energía cuando el viento sopla. Esa falta de fiabilidad inherente hace que sea difícil para las compañías eléctricas confiar en ellos para satisfacer la demanda del cliente.

Con las baterías para almacenar la energía sobrante y luego repartir a cabo cuando sea necesario, que la falta de fiabilidad esporádica podría dejar de ser un tema tan problemático.

“El almacenamiento de energía” mega-escala “es un problema crítico en el futuro de la energía renovable, lo que requiere soluciones baratas y respetuosas del medio ambiente”, dijo Narayan.

La nueva batería se basa en un diseño de flujo redox – similar en diseño a una pila de combustible, con dos tanques de materiales electroactivos disueltos en agua. Las soluciones se bombean en una célula que contiene una membrana entre los dos fluidos con electrodos en cada lado liberando la energía.

El diseño tiene la ventaja de desacoplamiento de alimentación de energía. Los depósitos de materiales electroactivos pueden hacerse tan grande como sea necesario – el aumento de la cantidad total de energía que el sistema puede almacenar – o la célula central puede ser ajustado para liberar esa energía más rápido o más lento, alterando la cantidad de energía (energía liberada en el tiempo ) que el sistema puede generar.

Avance del equipo en torno a los materiales electroactivos. 

Si bien los diseños anteriores de la batería han usado metales o productos químicos tóxicos, Narayan y Prakash querían encontrar un compuesto orgánico que podría ser disuelto en agua. Un sistema así crear un impacto mínimo sobre el medio ambiente, y es probable que sea barato, se imaginaron.

A través de una combinación de diseño molécula y de ensayo y error, encontraron que ciertas quinonas naturales – compuestos orgánicos oxidados – en forma la factura.Quinones se encuentran en plantas, hongos, bacterias, y algunos animales, y están implicados en la fotosíntesis y la respiración celular.

“Estos son los tipos de moléculas que utiliza la naturaleza para la transferencia de energía”, dijo Narayan.

Actualmente, las quinonas necesarios para las baterías se fabrican a partir de hidrocarburos de origen natural. En el futuro, existe la posibilidad de derivar a partir de dióxido de carbono, dijo Narayan.

El equipo ha presentado varias patentes en lo que respecta al diseño de la batería, y los próximos planes para construir una versión a mayor escala.

29 de junio de 2014 at 01:12 Deja un comentario

La energía geotérmica de España produciría cinco veces la capacidad eléctrica actual

Mapa-de-flujo-de-calor-en-superficie-de-la-Peninsula-Iberica_image_380La temperatura  aumenta 30 ºC cada kilómetro que se desciende bajo tierra. Este gradiente térmico, generado por el flujo de calor del interior de la Tierra y la desintegración de los elementos radiactivos en la corteza, produce energía geotérmica. Cerca de 500 centrales en todo el mundo ya la utilizan para generar electricidad, aunque en España todavía no hay ninguna.

Sin embargo, el subsuelo de la península ibérica tiene capacidad para producir hasta 700 gigavatios si se explotara este recurso con sistemas geotérmicos estimulados (EGS, por sus siglas en inglés) a entre 3 y 10 kilómetros de profundidad, donde las temperaturas superan los 150 ºC. Así lo confirma un estudio que ingenieros de la Universidad de Valladolid (Uva) publican en la revista Renewable Energy.

“La explotación de un sistema EGS pasa por la inyección de un fluido –agua o dióxido de carbono– para extraer energía térmica de la roca situada unos pocos miles de metros bajo la superficie, y cuya permeabilidad se ha mejorado o estimulado previamente con procesos de fracturación”, explica César Chamorro, uno de los autores, en la información de Sinc. “Después, el fluido calentado se lleva arriba a la central geotérmica, donde se produce electricidad, generalmente mediante un ciclo binario (con intercambio de calor entre el agua y un líquido orgánico), y se vuelve a inyectar al yacimiento en un ciclo cerrado”.

Aunque existen estaciones EGS experimentales en países como EE.UU., Australia y Japón, solo hay una conectada a la red: la de Soultz-sous-Forêts en Francia. El resto de las centrales geotérmicas actuales están en las pocas zonas de la Tierra donde se producen anomalías térmicas y presencia de agua caliente a poca profundidad.

“Sin embargo, los recursos EGS se distribuyen de forma amplia y uniforme, por lo que su potencial es enorme y podría proporcionar una potencia significativa a medio o largo plazo, de forma constante las 24 horas del día”, destaca Chamorro, que compara: “Los 700 GW eléctricos que indica el estudio representan aproximadamente unas cinco veces la actual potencia eléctrica instalada en España, si sumamos la de los combustibles fósiles, la nuclear y la renovable”.

El potencial técnico y el potencial renovable

“Incluso si limitamos el cálculo hasta los 7 km de profundidad”, añade, “el potencial alcanza los 190 GW; y entre los 3 y 5 km sería de 30 GW”. Todos estos datos hacen referencia al llamado potencial técnico, que supone un enfriamiento (mediante agua) de 10 ºC en rocas que estén al menos a 150 ºC para extraer una fracción de energía durante un periodo de explotación de 30 años.

Existe otro potencial, el renovable o sostenible, que solo considera la energía eléctrica que se podría obtener si se aprovechara el flujo térmico al ritmo que llega a la corteza desde el interior de la Tierra. Este valor es significativamente menor, y en el caso de España se estima en 3,2 GW. “Parece poco, pero es el equivalente a tres centrales nucleares”, apunta el ingeniero, quien aclara que el límite de potencia instalable sería un valor intermedio entre el potencial técnico y el renovable.

Según el estudio, las regiones en las que se alcanzan mayores temperaturas a menores profundidades, y por tanto, con mayor potencial geotérmico y susceptibles de estudios más detallados para su desarrollo, son Galicia, oeste de Castilla y León, Sistema Central, Andalucía y Cataluña. El motivo es que en su subsuelo hay mayor fricción entre placas del zócalo y presencia de materiales graníticos. Los resultados son una referencia a escala regional, por lo que la instalación de una central geotérmica en un lugar concreto requeriría estudios más detallados.

Para estimar las temperaturas a distintas profundidades (desde los 3.500 m hasta los 9.500 m de profundidad) los investigadores han partido del flujo de calor y temperaturas a 1.000 m y 2.000 m que ofrece el Atlas de Recursos Geotérmicos de Europa, así como de lo datos térmicos de la superficie terrestre que facilita la NASA.

Con esta misma información aplicada a toda Europa los investigadores han publicado otro estudio, en la revista Energy, donde comparan los potenciales de cada país. Turquía, Islandia y Francia son los que presentan mayor potencial. En conjunto, el potencial técnico del continente supera los 6.500 GW eléctricos.

Respeto a la implantación de la tecnología EGS, los autores reconocen que todavía hay problemas importantes que se deben investigar, como las técnicas idóneas de perforación, la mejor forma de fracturar la roca o cómo operar ciclos termodinámicos avanzados.

“Pero cuando se resuelvan se podrá pasar de la viabilidad técnica alcanzada hoy a la viabilidad económica que permita su explotación comercial”, apunta Chamorro. Según un informe del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), con una adecuada inversión en I+D, en 2050 se podrían instalar 100 GW eléctricos con esta tecnología en EE.UU.

“En el caso de España, los sistemas EGS también podrían tener una contribución significativa al mix energético nacional, reduciendo la dependencia energética del exterior y disminuyendo las emisiones de gases de efecto invernadero”, concluye el ingeniero.

16 de junio de 2014 at 16:57 Deja un comentario

Rinwoodita, las piedras de agua del interior de la tierra

Rinwoodita, la piedra de agua.

Rinwoodita, la piedra de agua.

Los minerales preservados en un diamante son la primera evidencia de que en las profundidades de nuestro planeta puede haber tanta agua atrapada en las rocas como la que hay en todos los océanos.

El diamante, originario de Brasil, contiene minerales formados a una profundidad de hasta 600km y que tienen cantidades significativas de agua atrapada en su interior, tal como afirma un estudio publicado en la revista Nature.

Los diamantes, traídos a la superficie por violentas erupciones de profundas rocas volcánicas llamadas kimberlitas, son una ventana tentadora para asomarse hacia el centro de la Tierra.

El diamante brasileño analizado por los científicos contenía ringwoodita.

Como parte de un estudio más amplio, Graham Pearson y su equipo de investigadores de la Universidad de Alberta, en Canadá, analizaron el diamante de una kimberlita de 100 millones de años encontrado en la zona de Juína, en el estado de Mato Grosso.

Los científicos advirtieron que contenía un mineral, ringwoodita, que sólo se forma a profundidades de entre 410km y 660km bajo la superficie terrestre, lo que muestra cuán hondo puede ser el origen de algunos diamantes.

Océanos subterráneos

Esta es la primera vez que se encuentra una ringwoodita terrestre, ya que este mineral sólo había sido observado en meteoritos.

Pero lo más extraordinario es que los investigadores encontraron que el mineral contiene alrededor de 1% de agua.

Aunque parezca muy poco, la ringwoodita forma casi la totalidad de esa inmensa porción de la Tierra profunda, una zona de transición entre los mantos superior e inferior.

Es decir que puede haber una enorme cantidad de agua atrapada en los minerales del interior del planeta.

El diamante de Brasil fue esculpido por fluidos corrosivos en su camino hacia la superficie.

“Encontrar agua en una concentración tan grande supone un desarrollo enormemente significativo de nuestra comprensión del origen del agua presente en la superficie de la Tierra”, expresó Sally Gibson, de la Universidad de Cambridge, de Reino Unido, al ser consultada por la BBC sobre la relevancia de este descubrimiento.

Las observaciones de Pearson y su equipo son la primera evidencia de que lo más profundo del planeta puede almacenar agua y resuelve una controversia de 25 años de antigüedad sobre si el centro de la Tierra es seco, húmedo o húmedo en algunas áreas.

“El hallazgo destaca el valor único de los diamantes naturales al atrapar y preservar fragmentos del interior de la Tierra”, dijo Pearson a la BBC.

“Pareciera que ha estado en el infierno y ha regresado”, dijo Pearson.

Joseph Smith, de la Universidad de Colorado, en Estados Unidos, ha pasado muchos años estudiando ringwooditas y minerales similares sintetizados en su laboratorio.

“¡Creo que es impresionante! Esto implica que el interior podría almacenar varias veces la cantidad de agua que hay en los océanos. Nos dice que el hidrógeno es un ingrediente esencial en la Tierra y no un agregado posterior proveniente de cometas”, explicó Smith.

“Este descubrimiento implica que el hidrógeno podría controlar los procesos interiores de la Tierra de la misma forma en que controla los procesos de la superficie, y los planetas con agua, como la Tierra, podrían ser comunes en nuestra galaxia”.

Una cuestión clave que surge de estas observaciones es tratar de comprender si las placas tectónicas terrestres llevan al reciclaje de océanos de agua en las profundidades y predecir la probable cantidad de agua atrapada en otros planetas rocosos.

Se presume la presencia de rinwoodita también en el interior de Marte, por ejemplo, donde se asienta sobre el núcleo metálico.

Los granos del mismo material sintetizado en el laboratorio de Smith brillan con un color azul intenso bajo el microscopio.

Y dadas la recién descubierta capacidad de la ringwoodita de albergar agua, su abundancia en las profundidades y su hermosa tonalidad, el término “planeta azul”, parece aún más apropiado para la Tierra. (más…)

16 de junio de 2014 at 12:46 Deja un comentario

Hongos para producir enzimas de forma industrial a bajo coste.

hongo y encimas

Se estima que el mercado mundial de enzimas y compuestos secretados por hongos es del orden de seis mil millones de dólares anuales, pues resultan indispensables y de gran interés para los sectores farmacéutico, textil, papelero y alimentario. Tales sustancias incluyen antibióticos, vacunas, vitaminas y ácidos, entre otras.

Dichos organismos poseen capacidad de secreción, sus necesidades nutricionales son bajas y su tasa de crecimiento es elevada. Con el fin de potenciar tales propiedades y cumplir con los requerimientos industriales, en lo que a enzimas se refiere, se recurre a la transformación genética, es decir, se les introduce ácido desoxirribonucleico (ADN) de otros organismos vivos.

Sin embargo, las técnicas que suelen utilizarse son costosas, complejas y no siempre es posible lograr la modificación genética de las especies ni obtener el rendimiento deseado. Por ello, un equipo de investigadores del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM, encabezado por el doctor Achim Loske Mehling, y del Cinvestav Irapuato, a cargo del doctor Miguel Gómez Lim, trabaja con un método que permite transformar los hongos y obtener en un elevado porcentaje los compuestos que secretan.

“La tecnología consiste en aplicar ondas de choque a pequeños viales que contienen los hongos y el ADN en suspensión, lo cual ha demostrado ser sumamente eficiente”, refiere el doctor Loske Mehling. Explica que las ondas de choque son pulsos de presión producidos por un generador al liberar una gran cantidad de energía en un espacio y un tiempo muy corto, algo parecido a una explosión en miniatura.

Aplicaciones y logros

De acuerdo con el doctor Loske Mehling, desde hace muchos años, en distintos sectores industriales se utilizan los hongos, en este caso los denominados filamentosos (antes llamados ‘mohos’). “Y efectivamente, uno de los principales problemas que se tenían era el referente a su transformación genética, pues si bien secretan enzimas en forma natural, la eficiencia es muy baja”.

No obstante, con la aplicación de esa singular tecnología es posible incrementar la eficiencia de forma impresionante, lo que a las industrias les puede interesar porque de esta manera se resuelve un problema al que se enfrentan comúnmente en el proceso de obtención de compuestos.

“Logramos demostrar que diferentes especies de hongos asimilan la información genética que queremos. De hecho, hay ciertas pruebas usadas comúnmente en biología molecular que nos lo aseguran; además, hemos comprobado que los hongos producen las sustancias requeridas en cantidades mucho mayores”, asegura el investigador del CFATA.

Señala que los primeros resultados los obtuvieron con cuatro especies de hongos. El primero se llama Aspergillus niger, que es usado para la producción de todo el ácido cítrico que requiere la industria mundial, pues contrario a lo que pudiera suponerse, actualmente no se extrae de frutas como el limón o la naranja.

El segundo, denominado Trichoderma reesei es empleado en la producción de celulasa, una enzima que es requerida por la industria papelera debido a su capacidad de descomponer celulosa. El tercer hongo transformado con ondas de choque fue Phanerochaete chrysosporium, encargado de degradar lignina, una sustancia que aparece en los tejidos de los vegetales leñosos y también es necesaria para la fabricación de papel.

Finalmente, se transformó Fusarium oxysporum, un hongo que causa severo deterioro en el campo. “Al modificarlo genéticamente pierde su capacidad de ocasionar daño; además, posee la sorprendente capacidad de transformar biomasa, proveniente de plantas, en etanol. Sobra decir que su importancia en la generación de combustibles para el futuro es indiscutible, sobre todo, si al tratarlo con ondas de choque se logra aumentar su productividad”, subraya el doctor Loske Mehling.

Apunta que actualmente trabajan con otra especie denominada Mycosphaerella figensis, que es una plaga en plantíos de plátano, por lo que la transformación consistiría en inactivar su potencial dañino.

Procedimiento

Las ondas de choque se utilizan en medicina para la pulverización de cálculos renales y el tratamiento de algunos padecimientos ortopédicos. Se trata de pulsos de alta presión en agua (de hasta mil 500 veces la presión atmosférica) que se producen con cristales piezoeléctricos, descargas eléctricas de alto voltaje o sistemas electromagnéticos.

Los pulsos de presión, también denominados frentes de choque, comprimen las microburbujas que se forman dentro de los viales que contienen la suspensión de los hongos que se desean transformar genéticamente con el ADN que se les introducirá.

“Tras el paso de cada onda de choque, las microburbujas incrementan su volumen cientos de veces para finalmente desintegrarse en un colapso violento durante el cual la mayoría de ellas emiten un micro-chorro líquido a altas velocidades. Los diminutos “jets” de fluido tienen un alcance muy corto, sin embargo, son capaces de erosionar, incluso, superficies muy duras, por lo que se piensa que son los responsables de permeabilizar la membrana de los hongos, permitiendo el paso de ADN a su interior”, detalla el doctor Loske Mehling.

Si pensamos ahorita en una célula nada más, la erosión ocasionada por los “microjets” produciría un poro, por lo que alguna molécula que se encuentre en el fluido puede ingresar a su interior, en este caso sería la información genética. Ésta se incorpora al cromosoma del hongo.

Añade que la aplicación de 50 a 400 ondas de choque resultó ser un rango adecuado en la transformación de diferentes especies de hongos. Para lograrlo, se utilizó un generador de ondas de choque experimental, el cual fue diseñado especialmente para este fin en el CFATA por él y el maestro en ciencias Francisco Fernández Escobar. “Pensamos que con este equipo se abre la posibilidad de modificar hongos con una eficiencia mucho mayor. Además, es posible manipular genéticamente aquellas especies que hasta la fecha no se habían podido modificar”.

Actualmente en el Laboratorio de Ondas de Choque del CFATA se siguen transformando más especies de hongos. Cuentan con una patente del método, por lo que el doctor Loske Mehling considera que todo está listo para realizar la transferencia de tecnología a las empresas que se interesen en el desarrollo.

(más…)

16 de junio de 2014 at 09:21 Deja un comentario


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