Los biocombustibles frente a la electricidad a partir de biomasa

Una serie de hallazgos demuestran que transformar la biomasa en electricidad es más beneficial que transformarla en combustibles para el transporte.

Un estudio publicado hoy en Science concluye que, de media, la utilización de biomasa para producir electricidad resulta un 80 por ciento más eficiente que transformar dicha biomasa en biocombustible. Además, si se optase por generar electricidad se lograría el doble de efectividad a la hora de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Estos resultados sugieren que realizar inversiones para crear infraestructuras de etanol, incluso si están basadas en procesos de celulosa más eficientes, puede que sea un error. El estudio fue realizado tras una colaboración entre investigadores de la Universidad de Stanford, el Instituto de Ciencia Carnegie, y la Universidad de California, Merced.

Según el estudio, también existe el potencial de capturar y almacenar las emisiones de dióxido de carbono de las plantas generadoras de energía que utilizan pasto varilla (Panicum virgatum), serrín y otros materiales de biomasa como combustible—una opción que no existe a la hora de quemar el etanol. La biomasa, aunque emite CO2 al quemarse, en general produce menos dióxido de carbono que los combustibles fósiles puesto que las plantas que se cultivan para reponer las existencias se supone que reabsorben esas emisiones. Si se capturan esas emisiones de combustión y se secuestran bajo tierra, se lograría “una fuente de energía con emisiones negativas de carbono que elimina CO2 de la atmósfera,” según el estudio.

Los investigadores basaron sus hallazgos en una serie de casos prácticos desarrollados bajo el Meta-Modelo de Análisis de Biocombustible (EBAMM, en inglés) creado en la Universidad de California, Berkeley. El análisis cubrió una serie de recolectas de cosechas, incluyendo maíz y pasto varilla, y una serie de distintas tecnologías de conversión de energía. Los datos que se obtuvieron se aplicaron a unas versiones de unos motores eléctricos y de combustión de cuatro tipos de vehículos—un coche pequeño, uno de tamaño medio, un SUV pequeño y un SUV grande—y su eficacia operativa durante la conducción en la ciudad y en la autopista.

El estudio tuvo en cuenta la cantidad de energía requerida para convertir la biomasa en etanol y electricidad, así como la intensidad de la energía a la hora de manufacturar y utilizar cada uno de los distintos vehículos. En la mayoría de los casos, la bioelectricidad tuvo un rendimiento notablemente superior al etanol, aunque con ambas fuentes de energía se logró alcanzar una distancia similar cuando los vehículos eléctricos—especialmente el coche pequeño y el SUV grande—no estaban diseñados para una conducción por autopista eficiente.

El potencial es aún incluso mayor para la bioelectricidad puesto que bajo el modelo del EBAMM, “no tuvimos en cuenta el calor como un subproducto utilizable, lo que haría que la opción de la electricidad fuera aún más ventajosa,” afirma Elliott Campbell, autor principal del estudio y profesor asistente en el Instituto de Investigación de Sierra Nevada, que forma parte de la Universidad de California, Merced.

Mark Jacobson, profesor de ingeniería civil y ambiental de la Universidad de Stanford, llevó a cabo un estudio similar pero de mayor amplitud. Fue publicado en diciembre y se centraba más en los efectos ambientales de las dos opciones de energía. No apoya el uso de biomasa ni de etanol para la generación de electricidad, aunque afirma que no le sorprende que el etanol tuviese un mejor rendimiento.

Quemar la biomasa, afirma Jacobson, “no es necesariamente una forma eficiente de generar electricidad, pero es más eficiente que fabricar biocombustible.” Todo esto tiene sentido, y añade que “los vehículos eléctricos son de cuatro a cinco veces más eficientes que los vehículos de combustión.”

Sin embargo, Vincent Chornet, presidente de la compañía productora de etanol celuloso Enerkem, con sede en Montreal, afirma que tratar de elegir a un ganador sería un error: hay espacio suficiente para las dos opciones. Según él, en aquellos lugares donde la infraestructura disponible no sea capaz de sustentar las cargas a nivel masivo de coches eléctricos, la única opción alternativa es la nueva generación de biocombustibles. Al añadir la opción de los biocombustibles, también se ofrece una solución para el transporte aéreo y de cargas pesadas que la electricidad y el estado actual de las baterías no son capaces de cubrir.

Paneles solares enrollables

Una startup fabrica células solares de película fina sobre láminas de acero flexibles.

Xunlight, una startup con sede en Toledo, Ohio, ha desarrollado un modo de fabricar paneles solares de gran tamaño y flexibles. Se trata de una técnica de fabricación rollo-a-rollo que crea unas células solares de película fina de silicio amorfo sobre unas delgadas láminas de acero inoxidable. Cada módulo solar es de aproximadamente un metro de ancho y cinco metros y medio de largo.

Al contrario de los paneles convencionales de silicio, que son voluminosos y rígidos, estas láminas flexibles y ligeras se podrían integrar fácilmente en los tejados y fachadas de edificios, así como sobre los vehículos. Sistemas como éste podrían resultar más atractivos que los paneles solares convencionales y se podrían incorporar más fácilmente en los diseños de tejados irregulares. También se podrían enrollar y transportar en una mochila, afirma el cofundador y presidente de la compañía, Xunming Deng. “Te lo puedes llevar contigo y cargar la batería del ordenador portátil,” afirma.

Estas células solares de película fina de silicio amorfo y resultan más baratas que las células cristalinas convencionales puesto que utilizan una fracción del material: las células tienen un micrómetro de grosor, frente a las capas de 150 a 200 micrómetros de grosor de las células solares cristalinas. No obstante, también son notoriamente ineficientes. Para aumentar su eficiencia, Xunlight ha construido células de triple unión, que utilizan tres materiales distintos—silicio amorfo, germanio de silicio amorfo, y silicio nanocristalino—haciendo que cada uno de ellos capture la energía en zonas distintas del espectro solar. (Las células solares convencionales sólo utilizan un material primario, que únicamente captura una parte del espectro de forma eficiente.)

Homebrewed CPU Is a Beautiful Mess of Wires

Intel’s fabrication plants can churn out hundreds of thousands of processor chips a day. But what does it take to handcraft a single 8-bit CPU and a computer? Give or take 18 months, about $1,000 and 1,253 pieces of wire.

Steve Chamberlin, a Belmont, California, videogame developer by day, set out on a quest to custom design and build his own 8-bit computer. The homebrew CPU would be called Big Mess of Wires or BMOW. Despite its name, it is a painstakingly created work of art.
“Computers can seem like complete black boxes. We understand what they do, but not how they do it, really,” says Chamberlin. “When I was finally able to mentally connect the dots all the way from the physics of a transistor up to a functioning computer, it was an incredible thrill.”
The 8-bit CPU and computer will be on display doing an interactive chess demo at the fourth annual Maker Faire in San Mateo, California, this weekend, May 30-31. It will be one of 600 exhibits of do-it-yourself technology, hacks, mods and just plain strange hobby projects at the faire, which is expected to draw 80,000 attendees.
The BMOW is closest in design to the MOS Technology 6502 processor used in the Apple II, Commodore 64 and early Atari videogame consoles. Chamberlin designed his CPU to have three 8-bit data registers, a 24-bit address size and 12 addressing modes. It took him about a year and a half from design to finish. Almost all the components come from the 1970s- and 1980s-era technology.
“Old ’80s vintage parts may not be very powerful, but they’re easy to work with and simple to understand,” he says. “They’re like the Volkswagen Beetles of computer hardware. Nobody argues they’re the best but we love them for their simplicity.”
To connect the parts, Chamberlin used wire wrapping instead of soldering. The technique involves taking a hollow, screwdriver-shaped tool and looping the wire through it to create a tight, secure connection. Wire wraps are seen as less prone to failures than soldered junctions but can take much longer to accomplish. Still, they offer one big advantage, says Chamberlin.
“Wire wrapping is changeable,” he says. “I can unwrap and start over if I make a mistake. It is is much harder to recover from a mistake if you solder.”
Chamberlin started with a a 12×7-inch Augat wire-wrap board with 2,832 gold wire-wrap posts that he purchased from eBay for $50. Eventually he used 1,253 pieces of wire to create 2,506 individually-wrapped connections, wrapping at the rate of almost 25 wires in an hour. “It’s like a form of meditation,” he wrote on his blog. “Despite how long it takes to wrap, the wire-wrapping hasn’t really impacted my overall rate of progress. Design, debugging, and general procrastination consume the most time.”
The BMOW isn’t just a CPU. Chamberlin added a keyboard input, an LCD output that shows a strip of text, a USB connection, three-voice audio, and VGA video output to turn it into a functioning computer. The video circuitry, a UMC 70C171 color palette chip, was hard to come by, he says. When Chamberlin couldn’t find a source for it online, he went to a local electronics surplus warehouse and dug through a box of 20-year-old video cards. Two cards in there had the chip he needed, so he took one and repurposed it for his project.
The use of retro technology and parts is essential for a home hobbyist, says Chamberlin. Working with newer electronics technology can be difficult because a lot of modern parts are surface-mount chips instead of having through-hole pins. That requires a wave soldering oven, putting them out of reach of non-professionals.
After months of the CPU sitting naked on his desk, Chamberlin fashioned a case using a gutted X Terminal, a workstation popular in the early 1990s.
“Why did I do all this?” he says. “I don’t know. But it has been a lot of fun.”

Cómo obtener más corriente alterna a partir de los paneles solares

Una startup llamada Enphase Energy ha reducido el tamaño de los inversores de CC-CA para extraer más energía de los paneles solares.

La energía solar va más allá de los paneles de cristal azulado que vemos brillar en los tejados. Los inversores que convierten la corriente continua que generan los paneles en la corriente alterna que corre por la red son igualmente importantes. Normalmente, los paneles que conforman los sistemas fotovoltaicos de los techos están conectados a un inversor de gran tamaño localizado en un lateral de la casa.

La startup Enphase Energy of Petaluma, con sede en California, está en fase de desarrollo de los primeros micro-inversores. Estos inversores de tamaño reducido se pueden atornillar debajo de cada panel solar, con lo que la corriente continua de cada panel se convierte en corriente alterna de forma individual. La compañía asegura que los dispositivos podrían incrementar el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos de un 5 a un 25 por ciento, así como reducir los costes de la energía solar.

Enphase ha logrado reunir más de 20 millones de dólares durante su última ronda de captación de capital. La compañía se ha aliado con varios distribuidores y socios, entre los que se incluyen el fabricante de módulos solares Suntech Power Holdings y la compañía instaladora Akeena Solar, para así hacer llegar su dispositivo a los consumidores. Los micro-inversores se podrían utilizar para uso residencial, comercial, o incluso en sistemas fotovoltaicos de menor escala, según afirma Todd Wilson, socio general de RockPort Capital Partners, uno de los principales inversores en el tipo de tecnología de desarrolla Enphase.

Además de la conversión entre CC y CA, los inversores tienen como objetivo extraer la mayor cantidad de energía de los módulos solares. Tienen un circuito lógico que constantemente busca el mejor tipo de voltaje y niveles de corriente a los que pueden funcionar los paneles. (La potencia eléctrica es el producto del voltaje y la corriente.)

En los sistemas fotovoltaicos convencionales, los paneles solares están cableados en serie, y la energía de corriente continua de alto voltaje que generan entre ellos se envía a un inversor. Por tanto, los circuitos lógicos del inversor optimizan el total de corriente y los niveles de voltaje. No obstante, si la corriente de un panel desciende, esto acaba limitando la producción energética general del sistema. “Algo tan simple como una hoja que cae sobre un módulo, o el polvo, la suciedad o una sombra sobre el panel, afectará al grupo entero de paneles conectados,” afirma Leesa Lee, director de marketing de Enphase.

Los micro-inversores optimizan el voltaje y los niveles de corriente de cada panel de forma individual. Esto hace que se extraiga la mayor cantidad de energía posible de cada panel, pone en común todas estas distintas fuentes y hace que el rendimiento del sistema se vea incrementado. “Cada impacto en un módulo individual, sólo acaba afectando a ese módulo,” afirma Lee. Además, el coste de equipamiento de los micro-inversores es alrededor de un 15 por ciento más barato que el coste de los sistemas tradicionales, afirma, puesto que los componentes de corriente continua tales como los combinadores de señal y los desconectores, que suelen tener un alto precio, se pueden reemplazar por componentes de corriente alterna de los que se compran normalmente en tiendas.

Los nanotubos se ponen de moda

Los tejidos cubiertos con una capa de nanotubos de carbono son capaces de crear sensores electrónicos con un aspecto y un tacto similar al del algodón convencional.
La elegancia es tan importante en el diseño científico como lo es en el arte y en la arquitectura, y así lo cree el ingeniero químico Nicholas Kotov. Sentado en su austero despacho de la Universidad de Michigan, en Ann Arbor, nos muestra un trozo de tela de algodón negro; al peso y al tacto es similar a una camisa de vestir ligera y suave. Sin embargo, Kotov ha transformado la tela en un biosensor y en un conductor eléctrico simplemente empapándola dentro de una solución de nanotubos de carbono, anticuerpos y un polímero.

Los nanotubos de carbono individuales y bien formados son altamente conductores, lo que hace que resulten muy prometedores para su aplicación como electrodos de batería y microprocesadores. Si anclamos moléculas a su superficie, tales como anticuerpos, dichas moléculas pueden convertirse en detectores químicos de gran sensibilidad: cuando un anticuerpo de une a su objetivo, las propiedades eléctricas del nanotubo se alteran de forma tangible. No obstante, los nanotubos tienen a agruparse, lo que impide que funcionen a nivel individual. Según Kotov, esto provoca que sus propiedades electrónicas acaben por degradarse.

Hay varias formas de solucionar este problema: los nanotubos se pueden colocar uno a uno, de forma laboriosa, utilizando unos métodos que llevan días de proceso en soluciones seguidos de fotolitografía, o los tubos se pueden rociar sobre una superficie plana en capas alternas con un polímero conductor, que evita que se agrupen. Sin embargo Kotov descubrió que este tipo de ensamblaje por capas se puede simplificar aún más para una superficie compleja en tres dimensiones como por ejemplo un hilo de algodón: la maraña de fibras actúa como una plantilla estructural que le permite simplemente empapar en hilo en una solución que contiene tanto el polímero como los tubos. Los nanotubos, pegados al hilo por el polímero, forman una red con buenas propiedades eléctricas, con los tubos montados unos encima de otros pero con una buena distancia entre ellos.

Este método da como resultado una alternativa más elegante, potente y mucho más fácil de llevar puesta que las telas inteligentes que incorporan fibras ópticas gruesas o pesadas, así como cables metálicos propensos a la corrosión. Aunque Kotov está explorando una serie de aplicaciones distintas para estos textiles, según él la más importante sería su utilización como biosensores que ayudaran a mantener la seguridad de la gente. Se podrían usar para detectar pérdidas de sangre en soldados que se encontraran de patrulla en zonas remotas, o para detectar agentes alergénicos o patógenos en el aire como la gripe. Y los hilos son lo suficientemente baratos y sensibles como para que pudieran ser utilizados en fábricas o tiendas, o incluso en casa—por ejemplo, para detectar toxinas en un lote dudoso de manteca de cacahuete.

Nanotubos de Carbono

Turbinas de viento en torres de alta tensión

Tres diseñadores franceses han sido los ganadores del premio Next Generation organizado por Metropolis Magazine con un ingenioso proyecto con el cual generar energía eólica. La idea es aprovechar las torretas eléctricas de alta tensión abandonadas y usarlas como soporte para colocar en ellas aerogeneradores.
También se podrían instalar estos aerogeneradores en torres nuevas explotando así por dos la inversión, por un lado seguirían cumpliendo su función de transportar energía y por el otro estarían generándola, haciéndolo además de una forma limpia. Según los cálculos si un tercio de las torres de alta tensión de Francia se dotaran con este sistema se podría rivalizar con la energía producida por dos reactores nucleares.
Estupenda idea para utilizar doblemente una infraestructura nueva, reutilizar las ya abandonas y aumentar la producción de energías limpias.

Un robot submarino con mucho tacto

Para realizar operaciones complejas bajo el agua, como reparar un cable submarino de alta tensión, se recurre habitualmente a robots acuáticos controlados a distancia por un operario. Las maniobras no son nada sencillas para ninguno de los dos, y ni siquiera la lámpara que incorpora el autómata permite combatir la oscuridad de las profundidades marinas. Además de que las corrientes que empujan y desplazan al robot complican aún más la tarea.

Las cosas serían mucho más sencillas si el robot tuviera sentido del tacto, algo que parece que acaba de conseguir un equipo de ingenieros del Instituto Fraunhofer de Tecnología en Bremen (Alemania). El sensor que han desarrollado tiene como pieza clave un indicador de tensión de tan sólo diez micrómetros de grosor -equivalente a un cabello humano- y protegido de la sal del agua por una fina cápsula.

"Si el robot encuentra un obstáculo, el indicador de tensión registra una alteración y la resistencia eléctrica varía", explica Marcus Maiwald. Esto le permite orientarse en un ambiente submarino de forma autónoma. A finales de mayo, el equipo presentará el nuevo robot submarino dotado de cuatro extremidades con capacidad táctil en una conferencia en Nuremberg.