Explorando el futuro de la energía termosolar y de la biomasa

Para luchar contra el cambio climático es imperativo reducir la dependencia de combustibles fósiles y las emisiones de gases invernadero a la atmósfera mediante el uso de energías renovables para la producción de electricidad. Sin embargo, al depender de recursos energéticos que típicamente no son constantes (como el viento y el sol), la energía producida tiene que ser almacenada.

La energía termosolar de concentración aprovecha la energía solar y la convierte en calor utilizando espejos que pueden orientarse para concentrar la radiación en un receptor (típicamente un tubo) por el que circula un fluido que alcanza altas temperaturas. El fluido puede producir vapor para mover una turbina y generar electricidad cuando hay sol, o bien almacenarse en tanques para producir electricidad cuando se necesite. El grupo Ingeniería de Sistemas Energéticos de la UC3M estudia diferentes tecnologías de concentración (cilindro parabólico, torre y reflectores lineares Fresnel) para reducir los costes de la energía y  contribuir al desarrollo de la energía termosolar.

Entre nuestros proyectos destacados está también la reducción del consumo de agua en las centrales termosolares. Normalmente las zonas con mayor recurso solar son zonas donde el agua es un bien escaso y por tanto reducir su uso es de gran importancia. En las plantas de potencia termosolares, el vapor a la salida de la turbina tienen que ser condensado y para ello tiene que ceder calor al ambiente (bien mediante aire o mediante agua). Nuestro objetivo es estudiar tecnologías apropiadas para reducir el consumo de agua en las centrales termosolares en el sistema de condensación del bloque de potencia.

El aprovechamiento de la biomasa (es decir, la parte biodegradable de productos, residuos y deshechos) es otra fuente de energía renovable y neutra en emisiones. La valorización de la biomasa exige varios procesos, desde la digestión anaeróbica hasta la transformación termoquímica por combustión, gasificación o pirólisis. En la combustión la biomasa se “quema”  (oxida) con la cantidad de oxígeno suficiente para producir la oxidación total de todo los componentes y se obtiene calor y CO2 y agua. En la pirolisis la transformación se produce en ausencia de oxígeno y los productos son típicamente gases y líquidos combustibles. Nuestra investigación se centra actualmente en la gasificación, un proceso en el que la biomasa se oxida con pequeñas cantidades de oxígeno. El producto principal es un gas combustible que se utiliza en motores de gas, calderas o bien como materia prima para obtener productos químicos y biocombustibles. La biomasa que utilizamos para nuestras investigaciones es el Cynara Cardunculus L., un cultivo energético típico del área del Mediterraneo. La cultivación del Cynara Cardunculus reduce el uso de productos agroquímicos, mejora las características del terreno, necesita una escasa cantidad de agua y es más barato que otros cultivos energéticos.

RESULTADOS DE INVESTIGACIÓN

-M. Venegas, N. García Hernando, A. Zacarías, M. de Vega (2020) Performance of a solar absorption cooling system using nanofluids and a membrane-based microchannel desorber. Applied Sciences 10(8): 2761

-J. Gómez Hernández, P.A. González Gómez, J.V. Briongos, D. Santana (2020) Technical feasibility analysis of a linear particle solar receiver. Solar Energy 195: 102-113

-C. Marugán Cruz, S. Sánchez Delgado, J. Gómez Hernandez, D. Santana (2020) Towards zero water consumption in solar tower power plants. Applied Thermal Engineering 178: 115505

-M. Fernández Torrijos, C. Sobrino, J.A. Almendros Ibáñez, C. Marugán Cruz, D. Santana (2019) Inverse heat problem of determining unknown surface heat flux in a molten salt loop. International Journal of Heat and Mass Transfer 139: 503-516

-C. Marugán Cruz, D. Serrano, J. Gómez Hernández, S. Sánchez Delgado (2019) Solar multiple optimization of a DSG linear Fresnel power plant. Energy Conversion and Management 184 (15): 371-380