Una nueva vida para los neumáticos usados

De los casi 300 millones de neumáticos desechados en los Estados Unidos cada año, más de la mitad terminan ya sea en vertederos o quemados como combustible en hornos de cemento y en otras industrias.

Lehigh Technologies con sede en Tucker, Georgia, ha desarrollado un proceso para rejuvenecer el caucho descartado que podría abrir nuevas oportunidades de reciclaje. Si la tecnología de la compañía gana popularidad, se podría crear un mercado de miles de millones de dólares para el caucho reciclado de alto rendimiento.

El caucho usado es difícil de reciclar porque está vulcanizado—endurecido y químicamente inerte—mediante la adición de azufre y de otros compuestos a las largas cadenas moleculares del material. Se pueden derretir parcialmente pequeños trozos de neumáticos usados y usarlos como relleno en el asfalto, pero devulcanizar el caucho involucra unos procesos químicos y térmicos caros.

En cambio, Lehig Technologies convierte el caucho en un polvo fino mediante un proceso que implica la congelación del caucho viejo y su ruptura en añicos. Esto comienza con neumáticos que han sido partidos en pedazos de media pulgada con un equipamiento de trituración convencional. Lehigh mezcla estas piezas de goma con nitrógeno líquido, enfriando criogénicamente el caucho a -100 ° C. El caucho se incorpora después a un “molino turbo” de alta velocidad que lo fragmenta en partículas de no más de 180 micras.

Al crear un polvo tan fino, el caucho se transforma de un material de relleno altamente inerte a uno que se puede enlazar con otros materiales. "Creamos un enorme aumento de la superficie en relación al tamaño, y eso permite una mezcla mucho más íntima con otros materiales", señala Alan Barton, director general de Lehigh Technologies.

En 2006, Lehigh Technologies abrió su primera instalación comercial, la cual tiene una capacidad para producir 100 millones de libras de polvo de caucho y procesar cuatro millones de neumáticos al año. Las ventas de productos de la compañía aumentaron en un 40 por ciento el año pasado, pero la instalación sigue funcionando a menos de la mitad de la capacidad. Barton afirma que su empresa ha vendido caucho reciclado a varios de los principales fabricantes de neumáticos. Él estima que 30 millones de neumáticos actualmente en las carreteras de los Estados Unidos se hacen en parte con caucho reciclado de su empresa, aunque sólo alrededor del 3 al 7 por ciento de todo el caucho de estos neumáticos sea su material reciclado.

Esto es así porque el caucho de Lehigh técnicamente aún está vulcanizado. Los átomos de carbono en el caucho siguen unidos a átomos de azufre, y estos enlaces les impiden formar enlaces covalentes con otros productos químicos.

La empresa inauguró recientemente un centro de investigación interno que está buscando cambiar las propiedades químicas de los polvos que produce, para que sus superficies sean más reactivas. La empresa también ha desarrollado maneras de hacer que el caucho reciclado se enlace a materiales cercanos mediante enlaces intermoleculares no covalentes.

Casi un tercio de la producción anual de Lehigh se debe también a aplicaciones especializadas, desde pinturas y revestimientos hasta plásticos de moldeo por inyección. El polvo PolyDyne y el polvo MicroDyne de Lehigh se pueden utilizar para sustituir hasta un 40 por ciento de los polímeros que normalmente van en un plástico.

El PolyDyne, el polvo más grande y menos costoso de los polvos de caucho de Lehigh, se vende por algo menos de 50 centavos de dólar por libra; el polvo de grano más fino MicroDyne requiere temperaturas más frías y una más alta velocidad de molido, por lo que es significativamente más caro. El PolyDyne cuesta la mitad que el caucho sintético no reciclado, un tercio del precio del caucho natural, y casi la mitad que el polipropileno, un polímero de uso común en moldes de plástico.

Ésta es un área en la que los inversores de Leigh están particularmente interesados.

"Escoja cualquier producto plástico que quiera hacer y verá que tiene unos requisitos técnicos de rendimiento específicos", afirma Ben Kortlang, socio de la empresa de capital riesgo Kleiner Perkins Caufield & Byers, que recientemente ha invertido en Lehigh Technologies. "Usando una mezcla de PolyDyne y materiales tradicionales, habrá normalmente un ahorro de costes y, en muchos casos, una mejora del rendimiento. Y muchos de estos mercados podrían ser muy, muy grandes."

Fuente. Technology Review

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Baterías hechas de papel normal

Al sumergirse en una tinta de nanotubos, el papel de oficina normal se convierte en un electrodo de alta energía. 

El papel normal se puede convertir en un electrodo de batería simplemente con mojarlo en tinta de nanotubos de carbono. Los electrodos resultantes, que son fuertes, flexibles y altamente conductivos, podían utilizarse para crear dispositivos de almacenaje baratos que proporcionasen electricidad a los aparatos electrónicos portátiles.

Hoy día es posible imprimir circuitos de bajo peso y pantallas para aparatos tales como los lectores electrónicos, aunque las baterías convencionales aún hacen que el peso de estos dispositivos sea alto. Los nanotubos de carbono son un material prometedor para la impresión de baterías puesto que, además de su fuerza, bajo peso y conductividad, pueden almacenar una gran cantidad de energía—una cualidad que ayuda a que los aparatos portátiles funcionen más tiempo entre carga y carga.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford, dirigidos por el profesor de ciencias de los materiales Yi Cui, acaba de demostrar que un papel de oficina ordinario absorbe nanotubos de carbono como si fuera una esponja, y se puede convertir en un electrodo para su uso en baterías y supercondensadores. La ventaja del papel, afirma Cui, es que es barato e interactúa fuertemente con los nanotubos sin la necesidad de colocar aditivos en la tinta. “Nos aprovechamos de la estructura porosa del papel,” afirma Cui. “Los nanotubos de carbono son absorbidos por el papel y se pegan muy fuertemente.”

Después de que el papel se moja en la tinta de nanotubos y se seca al aire, se vuelve altamente conductivo. El grupo de Stanford puso a prueba las finas películas como electrodos en unos supercondensadores y descubrieron que podían almacenar más energía total, y operar a corrientes más altas que los anteriores dispositivos de nanotubos impresos. Joel Schindall, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias informáticas en MIT, afirma que los supercondensadores de papel almacenan una cantidad de carga sorprendentemente alta. El grupo de Stanford también puso a prueba los electrodos de papel como recolectores de corriente en baterías de litio-ion. Su rendimiento fue igual al del metal que usan actualmente los recolectores utilizados en este tipo de baterías, a pesar de que los recolectores de metal son mucho más pesados. Este trabajo está descrito esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences.

Otros grupos han trabajado en la utilización de papel como sustrato para la elaboración de electrodos. Sin embargo, los intentos anteriores por construir dispositivos de nanotubos han sido mucho más complicados, afirma Cui, y requirieron el cultivo de nanotubos en el papel o el uso de nuevas formulaciones de papel como punto de partida. El método de inmersión es “simple y bueno,” afirma Nicholas Kotov, profesor de ingeniería química en la Universidad de Michigan.

Cui señala que los electrodos de nanotubos y papel son robustos. Aunque el papel sin tratar se disuelve en el agua, el papel tratado con nanotubos no lo hace así, y los nanotubos no se desprenden cuando se arruga o se enrolla. “El supercondensador se ha puesto a prueba durante más de 40.000 ciclos de carga durante seis meses y sigue funcionando,” señala Cui.

Los investigadores de Stanford están trabajando en la mejora del rendimiento de sus dispositivos y están poniendo a prueba distintos métodos de impresión y materiales. Hasta ahora Cui ha utilizado una tinta hecha de una mezcla de semiconductores y nanotubos metálicos. Las tintas puramente metálicas tienen más probabilidades de funcionar mejor, aunque son más caras. El grupo también está experimentando con distintas formas de unir los nanotubos y el papel, incluyendo el pintar las tintas con un bolígrafo o brocha para poder crear patrones complejos.

Fuente. Technology Review

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Una nueva ruta hacia los biocombustibles celulósicos

La planta piloto de ZeaChem producirá etanol utilizando microbios de termitas.

La startup de biocombustibles ZeaChem ha empezado a construir una planta piloto de biocombustibles con el objetivo de convertir las materias celulósicas en etanol a través de un nuevo método consistente en el uso de microbios localizados en los intestinos de las termitas. La compañía afirma que la producción de etanol a partir de los azúcares de sus materias es significativamente mayor que la producción de otros procesos de biocombustibles. ZeaChem afirma que su proceso también tiene el potencial de producir una materia plástica.


La compañía emplea un método híbrido que utiliza una combinación de procesos termoquímicos y biológicos. En primer lugar utiliza un ácido para descomponer la celulosa en azúcares. Después, en vez de fermentar los azúcares en etanol con levadura, como se hacer normalmente, la compañía ofrece los azúcares como alimento a una bacteria acetógena localizada en los intestinos de las termitas y otros insectos. La bacteria convierte el azúcar en ácido acético, que después se combina con hidrógeno para formar el etanol.

“Es un poco más complicado que el proceso convencional. No es la ruta obvia y directa, aunque existe el potencial de conseguir una producción alta,” afirma Jim McMillan desde el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energia de los EE.UU., en Golden, Colorado.

En los procesos de biocombustibles más convencionales, gran parte del contenido de carbono encerrado en los azúcares se pierde en la formación de dióxido de carbono cuando los azúcares se fermentan en etanol. Al convertir los azúcares en ácido acético y después en etanol hace que no se produzca dióxido de carbono. Como resultado, este método tiene el potencial de aumentar las producciones de biocombustibles hasta en un 50 por ciento, según señalan en ZeaChem.

Lo que la compañía gana en cuanto a conversión azúcar-a-etanol, no obstante, tiene un coste, afirma McMillan. En la producción de combustible celulósico, las materias normalmente pasan por una fase de pre-tratamiento que separa la lignina, un material vegetal con alta densidad de energía. La lignina después se suele quemar para producir el calor que produce la fermentación y otro tipo de procesos. Con el método de ZeaChem, las ligninas se gasifican para producir el hidrógeno que después se combinará con el ácido acético y así formar el etanol. Debido a esto, probablemente ZeaChem tenga que buscar una alternativa a la fuente de calor que ha perdido. “Puede que haya que usar más materia simplemente para propocionar al proceso la energía que necesita,” señala McMillan.

El director general de ZeaChem, Jim Imbler, afirma que la compañía ha alcanzado a escala de laboratorio una producción de 135 galones por tonelada de materias, un 35 por ciento más que sus competidores. La expansión desde el laboratorio hacia una planta piloto de 250.000 galones ayudará a probar la efectividad del proceso, y también permitirá a la compañía poner a prueba la producción de otro producto potencial: al cambiar su microbio acetógeno por otro que convierta el azúcar en ácido propiónico, ZeaChem afirma que puede combinar el nuevo ácido con hidrógeno para formar propanol, una materia para la fabricación de plástico.

ZeaChem es sólo una de entra varias compañías dedicadas a la exploración de la producción de combustible celulósico. Coskata, con sede en Warrenville, Illinois, también está desarrollando un proceso híbrido termoquímico-biológico. Sus materias primero son gasificadas bajo altas temperaturas, produciendo un gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno. El gas de síntesis después es digerido por una bacteria anaeróbica que convierte el gas directamente en etanol.

Wesley Bolsen, director de marketing de Coskata, afirma que la compañía está alcanzando producciones de 100 galones de etanol por cada tonelada de astillas de madera o materias equivalentes en cuanto a carbono en una planta piloto de reciente apertura en Madison, Filadelfia. “Podemos alcanzar una de las producciones más altas en la industria, y es un tipo de producción demostrada, no teórica,” señala Bolsen.

Mascoma, una compañía de biocombustibles celulósicos con sede en Lebanon, New Hampshire, está a la búsqueda de un método que combina una serie de microbios modificados genéticamente para descomponer la celulosa simultáneamente en azúcares y fermentar los azúcares en etanol sin tener que utilizar enzimas de alto precio. Michael Ladisch, director tecnológico de Mascoma, afirma que el límite de su producción teórica son 100 galones de combustible por tonelada de materia, aunque al hacer que los microbios lleven a cabo las dos tareas la compañía ha reducido los costes de producción de etanol celulósico entre un 20 y un 30 por ciento, en comparación con los procesos convencionales.

Mascoma está poniendo a prueba distintos microbios modificados en su planta piloto de Rome, Nueva York, y Ladisch afirma que la compañía tiene planes para crear unas instalaciones a escala comercial en Kinross, Michigan, durante el próximo año o dos.

Según McMillan, los tres métodos podrían jugar un papel importante en la producción futura de combustible. “Hay espacio para más de un ganador,” afirma. “Si logran competir con el precio de la gasolina, entonces podrán entrar en el juego.”

Fuente. Technology Review

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Regulaciones para la creación de combustibles más bajos en carbono

California está a punto de implementar un estándar para impulsar los combustibles más limpios y castigar al resto.

A partir del 1 de enero los proveedores de combustible de California tendrán que seguir el Estándar de Combustible de Bajo Carbono (Low-Carbon Fuel Standard, o LCFS) del estado. Este estándar tiene como objetivo reducir la “intensidad del ciclo vital del carbono” de los combustibles consumidos por coches, camiones y otros vehículos en un 10 por ciento durante la próxima década y, en el proceso, incluso servir como campo de pruebas para alternativas bajas en carbono.


El próximo año se establecerá en California una línea de fondo relativa a la intensidad del carbono en la gasolina y el diesel que se venda en el estado. Cada año sucesivo, el estado establecerá un estándar progresivamente más bajo. Los distribuidores de combustible tendrán que reducir la intensidad del carbono de sus combustibles mediante su mezcla con combustibles bajos en carbono como los biocombustibles celulósicos, o mediante la compra de créditos de carbono bajo que hayan sido ganados por otras compañías capaces de superar el estándar.

“Los combustibles con unas emisiones generalmente más bajas se verán incentivados, y aquellos con emisiones más altas se verán disuadidos,” afirma Daniel Sperling, director del Instituto para los Estudios sobre el Transporte de la Universidad de California, Davis, y arquitecto del LCFS.

Los analistas de legislación tales como Sperling predicen que el LCFS será el precursor de una serie de regulaciones nacionales e internacionales en cuanto a combustible más inteligentes, en contraste con el auge de combustibles basados en alimentos como el etanol de maíz, que ofrecen unos beneficios medioambientales generalmente muy pobres. “Hasta que adoptemos el LCFS a nivel nacional e internacional, las regulaciones se verán politizadas y estarán adaptadas al momento y lugar,” afirma.

Sin embargo, la controversia se ha apoderado de las medidas pendientes de aprobación en Washington y Bruselas debido a la incapacidad de los científicos para encontrar un consenso a la hora de evaluar las emisiones de ciclo vital. Uno de los puntos más candentes es si es necesario medir las emisiones de gas invernadero, y cómo hacerlo, provenientes de los cambios indirectos del uso de los terrenos. Un ejemplo de todo esto se encontraría en la tala de un bosque para la plantación de cosechas alimenticias que después se usaran para fabricar biocombustibles.

Lo que está claro es que el LCFS ayudará a que algunas tecnologías alternativas en cuanto a combustible sean más viables que otras. Dan Kammen, codirector del Instituto Berkeley de Medioambiente de la Universidad de California, y otro de los arquitectos del LCFS, afirma que los vehículos operados con baterías deberían resultar los grandes ganadores, dada la preferencia de California por la generación de electricidad a partir de la quema de gas y la alta eficiencia de los trenes de manejo eléctricos. “Debido a las bajas emisiones por milla recorrida de los vehículos eléctricos frente a todos los combustibles líquidos, el LCFS podría hacer que el transporte eléctrico avanzase con fuerza,” señala Kammen.

La industria de los vehículos eléctricos ya se está preparando para capturar los beneficios. El Consejo de Recursos del Aire de California en Sacramento ha determinado que la carga de un vehículo eléctrico resultará en un 43 por ciento de emisiones de dióxido de carbono, milla a milla, en comparación con la quema de gasolina. La carga de vehículos eléctricos debería, por tanto, generar créditos bajo el LCFS que las compañías de combustibles podrían comprar para compensar la intensidad de carbono de los combustibles más altos en carbono.

Las compañías extractoras de petróleo a partir de las arenas bituminosas de Canadá podrían salir perdiendo bajo las normas del LCFS a no ser que mejoren la eficiencia de energía del proceso mediante el que recolectan y refinan el betún, parecido al asfalto, y lo convierten en combustible de motor. Algunas refinerías de los EE.UU. argumentan que el LCFS prohibirá de forma efectiva la venta en California de combustibles basados en arenas bituminosas. Sperling rebate esta opinión y afirma que impulsará las mejoras necesarias. “He estado hablando con los productores de petróleo e insisten en que las arenas bituminosa se pueden producir de forma competitiva con una huella de carbono mucho más pequeña, si existiese un incentivo más fuerte para hacerlo. El LCFS prové ese incentivo,” afirma.

Los productores de etanol de maíz se enfrentarán al mismo reto a la hora de mejorar puesto que, bajo las regulaciones del LCFS, la huella de carbono de este combustible parece ser igual o peor que la de la gasolina convencional. El etanol de maíz parece un tercio mejor que la gasolina cuando se toman en consideración las emisiones directas atribuidas al cultivo del maíz y su conversión en etanol, pero estas ventajas se evaporan cuando se añade el efecto invernadero estimado del cambio indirecto del uso de las tierras.

El Consejo de Recursos del Aire aún tiene que finalizar el análisis de los biocombustibles celulósicos, que se pueden producir a partir de los desechos de la agricultura o de cosechas madereras cultivadas en tierras marginales, aunque se espera que estos combustibles tengan una clasificación mucho mejor que el etanol de maíz. “Si utilizas materiales celulósicos y de desecho, entonces los efectos del uso de la tierra son prácticamente cero, y las emisiones de gas de efecto invernadero de ciclo vital son muy bajas,” afirma Sperling.

Estos impactos serían mucho mayores si el método del LCFS se extendiese más allá de California. Sin embargo la forma en que este estándar considera los cambios en el uso de las tierras se ha encontrado con una enorme oposición por parte de la industria del etanol y los intereses del cinturón agrícola. Este tipo de resistencia ha acabo deteniendo las iniciativas de naturaleza similar a nivel federal y europeo.

La EPA tiene un retraso de un año en la redacción de un informe comisionado por el Congreso para valorar las emisiones de ciclo vital, incluyendo los impactos indirectos del uso de tierras, e incluirlas en una actualización de las regulaciones del Estándar de Combustibles Renovables federal. Las regulaciones definirán qué combustibles serán clasificados como “biocombustibles avanzados,” que suman alrededor de un 7 por ciento de los combustibles renovables actuales y sumarán un 58 por ciento en 2022. Estas reglas, que originalmente deberían haber salido el año pasado, se espera que sean finalizadas en 2010.

Sperling señala que espera que los desarrolladores de biocombustibles avanzados, que hasta ahora no han participado ampliamente en el debate, reconozcan que sus intereses compiten con los de la industria del etanol de maíz. “Los intereses basados en materiales alimenticios han demostrado ser muy inteligentes y efectivos a la hora de enturbiar esa distinción y embaucar a los intereses basados en materiales celulósicos para que crean que tienen mucho que ganar con la inclusión de los efectos del uso de la tierra en los análisis de los ciclos vitales completos,” afirma Sperling.
Fuente. Technologyreview

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Biocombustible a partir de aguas residuales

Qteros forma una asociación empresarial para utilizar las aguas residuales como materia prima para la elaboración de etanol. Cada día hay más compañías que descubren que las aguas residuales son un verdadero “oro negro.” Durante los últimos años, el fango residual se ha utilizado para crear electricidad, fertilizantes, comida para peces y gasolina. En la actualidad, dos compañías se acaban de unir para convertir las aguas residuales en etanol. Mientras que otras compañías han estado trabajando en la transformación de etanol a partir de los residuos sólidos municipales, las aguas residuales han sido una fuente de etanol relativamente poco explotada. La compañía de etanol celuloso Qteros en Marlborough, Massachusetts, junto a Applied Cleantech (ACT), una compañía de reciclaje con sede en Israel, están combinando sus tecnologías para convertir las aguas residuales en biocombustible de etanol. Según las compañías, el proceso podría producir biocombustible de alta calidad y reducir las facturas mensuales de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Jeff Hausthor, cofundador de Qteros y director de proyecto senior, afirma que el proceso de reciclaje utiliza sólidos procedentes de los tratamientos de aguas residuales como materia primaria—un material por el que las instalaciones a menudo pagan para que sea retirado a los vertederos o usado como fertilizante. “Puesto que esta materia prima tiene un coste negativo, va a hacer que todos los municipios ahorren dinero al mismo tiempo que generan energía a partir de algo de lo que hasta ese momento tenían que deshacerse,”
Afirma Hausthor. Las aguas residuales tienen sentido no sólo desde un punto de vista económico sino también desde el punto de vista científico, según señala Jim McMillan, ingeniero bioquímico principal en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y que no está involucrado en el proyecto. Uno de los principales pasos en la producción de etanol celulósico tiene que ver con la descomposición de la materia de la planta y la separación de la celulosa de su caparazón de lignina dura, bien mediante el esquilado mecánico del material o mediante el tratamiento con agresivos productos químicos. Por el contrario, las aguas residuales que llegan de las alcantarillas contienen materia de plantas con alto contenido en celulosa y bajos niveles de lignina. Hace seis años un grupo de investigadores de Applied Cleantech se dio cuenta del potencial de las aguas residuales como fuente de celulosa alternativa y diseñaron un sistema para recuperar la celulosa de las plantas de tratamiento de dichas aguas. Al tiempo que el flujo de agua llega al sistema, una serie de filtros separan los sólidos del agua. Unos tanques de suspensión filtran la arena del fango, y la mezcla resultante se seca y se prensa para formar una pasta. A lo largo del año pasado, Qteros ha estado utilizando esta mezcla como alimento para sus organismos productores de etano, el microbio Q, una bacteria que de forma natural se alimenta de material de plantas y fermenta la celulosa en etanol utilizando sus propias enzimas. Los investigadores descubrieron que el microbio Q producía de 120 a 135 galones de etanol por cada tonelada de mezcla de desechos, en comparación con los 100 galones de etanol por cada tonelada de materias primas convencionales como el rastrojo de maíz. “Hemos alcanzado un punto en el que sabemos que a Q le gusta la Recilosa,” afirma Hausthor. “Sabemos qué tratamiento previo hay que darle al material para que esté listo antes de que Q se lo coma, con cuchillo y tenedor, y nos sentimos a gusto con el nivel en el que estamos a nivel técnico.” McMillan desde NREL afirma que los resultados del grupo son alentadores, aunque advierte que en cualquier planta de tratamiento de aguas residuales se pueden generar organismos similares al microbio Q que quizá estén dispuestos a competir por la celulosa. “Las aguas residuales están llenas de suciedad, plagadas con todo tipo de actividad microbiana,” afirma McMillan. “Puede que hay un trasfondo biológico que acabe compitiendo con el microbio Q, y cualquiera se podría unir a la fiesta, la fiesta del azúcar, generando un montón de cosas que no quieres que se generen.” Las compañías tienen planes para otorgar licencias de uso de la tecnología a plantas de tratamiento de aguas residuales y municipios. Qteros también acaba de anunciar la localización de una planta piloto de 3,2 millones de dólares en la parte oeste de Massachusetts donde la compañía explorará nuevas formas de dar tratamiento previo a las materias primas para prepararlas antes de que el microbio Q las convierta en etanol. Finalmente, Qteros querría construir una planta con una biorefinería integrada donde la compañía expondría al microbio Q ante una serie de material primas para producir etanol a una mayor escala. La compañía de biocombustibles Mascoma también está utilizando microorganismos para convertir los desechos en etanol celulósico. Justin van Rooyen, director de desarrollo de negocios en Mascoma, afirma que la asociación entre las aguas residuales y el etanol es muy prometedora. “A primera vista parece extraña, pero tiene sentido,” afirma van Rooyen. “Hay muchas ventajas asociadas con las instalaciones de tratamiento de aguas residuales. Ya poseen depósitos de residuos allí mismo, y la materia prima se recolecta en un solo lugar. Es un ejemplo muy bueno. Aún está por verse si acaba siendo un negocio rentable."

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Una batería de sal y papel

Esta batería, simple y no contaminante, podría utilizarse en dispositivos compactos. Un grupo de investigadores de la Universidad Uppsala en Suecia ha construido una batería flexible utilizando dos ingredientes comunes y de bajo coste: celulosa y sal. Esta batería, recargable y de bajo peso, utiliza finos trozos de papel—láminas prensadas de fibras de celulosa entrelazadas—como electrodos, mientras que una solución salina hace de electrolito. La nueva batería debería ser económica, fácil de fabricar y benigna con el medio ambiente, afirma la investigadora principal, Maria Stromme. Sugiere que puede que se utilice para proporcionar energía a dispositivos de diagnóstico médico de bajo coste, o a los sensores en los materiales de empaquetado o incrustados en las telas. “No se necesita un equipamiento avanzado para fabricar las baterías,” señala Stromme, “así que se podrían producir in situ en los países en desarrollo.” La nueva batería utiliza un tipo de diseño de película fina recargable en el que muchos otros investigadores y compañías llevan trabajando desde hace varios años. Las baterías de película fina normalmente utilizan electrolitos sólidos en vez de líquidos o en forma de gel, y los electrodos normalmente son de litio combinado con metales como el níquel, el cobalto o el manganeso. La batería de sal y papel es un reemplazo ideal de las de litio utilizadas en muchos dispositivos portátiles y de bajo consumo energético, tales como los sensores inalámbricos, las tarjetas inteligentes, los implantes médicos y las etiquetas RFID. “Para estas aplicaciones, cuanto más pequeñas y delgadas sean las baterías, mejor,” señala Sara Bradford, consultora de energía y potencia en Frost & Sullivan. Las baterías de película fina también poseen otras características muy atractivas. Pueden durar mucho tiempo recargadas sin ser usadas, manteniendo su carga durante muchos años una vez almacenadas, y se pueden cargar y descargar decenas de miles de veces, señala Raghu Das, director de la compañía de investigación IDTechEX y experto en dispositivos electrónicos impresos, “lo que permite crear sensores inalámbricos que duren décadas siempre y cuando estén unidos a un recolector de energía.” Sin embargo, sólo unas pocas startups, como por ejemplo Infinite Power Solutions en Littleton, Colorado, y Solicore, en Lakeland, Florida, han generado la suficiente cantidad de capital riesgo como para llevar las baterías al mercado. Cymbet, en Elk River, Minneapolis, y Excellatron, en Atlanta, Georgia, son otros de los mayores contendientes con tecnologías que ya están listas para salir al mercado. Este año se distribuirán más de cuatro millones de baterías de película fina, según un informe de mayo de 2009 elaborado por la firma de investigación de mercados NanoMarkets. La nueva batería de papel, descrita en un estudio publicado online en Nano Letters, aún tiene camino por delante que recorrer. Las baterías de litio pueden distribuir 4 voltios y tienen densidades de energía de 200 a 300 milivatios-hora por gramo. En comparación, una única célula de batería de papel distribuye 1 voltio y puede almacenar 25 milivatios-hora de energía por gramo. Al ofrecer la corriente máxima, pierde un 6 por ciento de su capacidad de almacenaje después de 100 ciclos de recarga. Sin embargo, Stromme afirma que su equipo ya ha utilizado la batería durante 1.000 ciclos de recarga a corriente baja. También señala que estas cifras pertenecen al prototipo inicial del laboratorio. En la actualidad, los investigadores trabajan para optimizar la batería. Finalmente, el voltaje se incrementará mediante la agrupación de varias células y su unión en serie. Mientras tanto, y dependiendo de la aplicación, Stromme afirma que “podemos ajustar el tamaño y la corriente para cumplir con los requirimientos específicos.” La batería de papel se puede recargar mucho más rápidamente que la de litio. La celulosa que utilizan Stromme y sus colegas viene de un tipo de alga contaminante encontrada en los mares y lagos. Aunque las paredes celulares de este alga contienen celulosa, posee una nanoestructura muy distinta, lo que le otorga un área de superficie 100 veces mayor. Los investigadores cubren el papel hecho a partir de esta celulosa con un polímero conductor y después colocan, como si fuera un sandwich, un papel de filtro empapado en un solución salina entre medias de los electrodos de papel. Los iones de cloro fluyen desde el electrodo positivo al negativo, mientras que los electrones viajan a través del circuito externo, lo que provoca una corriente. El electrodo de papel logra almacenar la carga al tiemo que se recarga en décimas de segundo puesto que los iones fluyen rápidamente a través del fino electrodo. Por el contrario, las baterías de litio pueden tardar hasta 20 minutos en recargarse. “La combinación entre una gran capacidad y un corto periodo de carga es algo ciertamente único,” señala Stromme. Bradford señala que la nueva batería de papel se encuentra en una fase de investigación relativamente inicial en comparación con el resto de tecnologías basadas en película fina. “Para que una batería tenga éxito, necesitas disponer de un buen proceso de manufactura y a buen precio, aunque lo más importante es el rendimiento,” afirma. “Si no se logra mejorar en cierto grado la tecnología existente, es muy difícil crear una batería que produzca beneficios.” Mientras tanto, Stromme confía en que el diseño, respetuoso con el medio ambiente, encuentre sus propios mercados. Afirma que se podría empezar a producir comercialmente en tres años.

Fuente. Technology Review

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Un diseño líquido para fabricar células de combustible más baratas

Un cátodo líquido y sin contenido en platino podría reducir el coste de las células de combustible en un 40 por ciento. El platino sigue siendo el mejor material para acelerar las reacciones químicas en las células de combustible de hidrógeno, aunque la escasez y el coste de este elemento impide que las células de combustible sean más asequibles y prácticas. La mayoría de los métodos alternativos consisten en el reemplazo del platino de los electrodos. Una compañía del Reino Unido llamada ACAL Energy acaba de revisar el diseño de las células de combustible para así lograr reducir la cantidad de platino utilizado en un 80 por ciento. En las células de combustible convencionales, el platino se incrusta en electrodos de carbono poroso. El diseño de ACAL lo reemplaza con una solución que contiene molibdenio y vanadio de bajo coste como catalizadores. La célula de combustible resultante funciona tan bien como una convencional, pero según la compañía su coste debería ser un 40 por ciento más bajo. ACAL afirma que su diseño genera densidades de potencia de 600 milivatios por centímetro cuadrado a 0,6 voltios. El punto de referencia de las células de combustible es de 900 milivatios por centímetro cuadrado, afirma Hubert Gasteiger, profesor visitante de ingeniería mecánica en MIT. ACAL también afirma que su célula de combustible funciona sin presurizar—si se añade presión, la densidad de potencia se debería ver aumentada. La densidad de potencia del nuevo sistema podría alcanzar los 1,5 vatios por centímetro cuadrado, señala Andrew Creeth, cofundador de ACAL y director tecnológico. “Creemos que estamos cerca de lograr un producto que podría salir al mercado,” afirma. La compañía ya ha fabricado un sistema de un kilovatio que tiene intención de vender a un grupo de clientes selectos el año que viene, y las células de combustible deberían estar disponibles de forma más amplia en 2011. El consiste en, primero, entrar en el mercado de los generadores diesel con sistemas de uno a diez kW, y después pasar a aplicaciones de mayor tamaño como son los generadores de energía que se instalan en los hogares y los coches eléctricos. El platino en una célula de combustible con membrana de polímero—la opción más utilizada en los generadores y los coches eléctricos—divide el hidrógeno en iones y electrones en el ánodo, y ayuda a que se combinen con oxígeno en el cátodo para formar agua. Sin embargo el suministro de platino es limitado, con un coste medio de 1.200 dólares por onza (28.34 gramos) durante los últimos tres años. Y el precio “está previsto que aumente mucho más si el platino se utilizase de forma masiva en las células de combustible,” añade Douglas MacFarlane, profesor de química en la Universidad Monash de Melbourne, Australia, que también se dedica al desarrollo de catalizadores alternativos para células de combustible. Las células de combustible actuales utilizan 0,5 gramos de platino por cada kilovatio de potencia que generan, afirma Gasteiger, aunque el objetivo a largo plazo es usar menos de 0,2 gramos de platino por cada kilovatio. Muchos grupos de investigación compiten hoy día por crear células de combustible que utilicen poco platino, o que lo eliminen por completo—la sustitución del platino por un metal de bajo coste es el método más común. Se han hecho pruebas con catalizadores basados en hierro y las mezclas de platino-paladio, y MacFarlane ha elaborado electrodos porosos con una capa de polímero. Otros, como por ejemplo Daihatsu en Japón y un equipo de investigadores en la Universidad Wuhan de China, están construyendo células de combustible alcalinas con membranas capaces de conducir iones alcalinos en vez de iones ácidos. Estos diseños funcionan bien con catalizadores de bajo coste como el níquel, y no necesitan catalizadores hechos con metales preciosos. Sin embargo, todas estas alternativas al platino vienen acompañadas de una serie de inconvenientes: normalmente proporcionan bajas densidades de corriente o su rendimiento se ve degradado después de unos pocos cientos de horas. El catalizador de ACAL Energy está basado en una mezcla de bajo coste de molibdenio y vanadio, y la membrana de polímero de la célula de combustible está en contacto directo con el cátodo líquido. Alrededor del 80 por ciento del platino utilizado en las células convencionales se localiza en el cátodo, lo cual ha sido eliminado en el nuevo diseño. Creeth afirma que el nuevo catalizador es estable y capaz de soportar las condiciones de acidez de la célula de combustible. Durante los tests llevados a cabo por la compañía, las células de combustible tuvieron un buen rendimiento durante más de 1.500 horas. El diseño tiene otras ventajas que también reducen el coste, afirma. Mientras que los bloques de células de combustible convencionales se tienen que enfriar con un flujo de aire o de líquido, y también requieren un sistema para humidificar la membrana, el catalizador líquido no necesita ninguno de estos dos elementos. “Creemos que el nuestro es sistema sin platino que produce un mejor rendimiento,” afirma Creeth.

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Un mejor catalizador de gas a metanol

Un catalizador mejorado podría reducir los costes de producción del metanol a partir del metano. Un nuevo catalizador para convertir el metano, el componente principal del gas, en combustible líquido—metanol—acaba de ser desarrollado por un equipo de investigadores en Alemania. El catalizador podría hacer que la conversión directa de metano a metanol fuera más económica de lo que resulta con los catalizadores actuales, aunque probablemente no acabe siendo el santo grial de la química de hidrocarburos—un catalizador que permita que el gas natural reemplace a los combustibles de petróleo a gran escala. En nuevo catalizador está basado en uno de los pocos catalizadores que convierten el metano directamente en metanol, a bajas temperaturas, sin producir mucho dióxido de carbono u otros productos no deseados. Ese primer catalizador, desarrollado por Roy Periana, en la actualidad profesor de química en el Instituto de Investigación Scripps (EE.UU.), resultó ser demasiado caro como para ser comercializado. El nuevo catalizador, descrito en la versión online de la revista Angewandte Chemie, ha “solucionado uno de los principales problemas del catalizador de Periana,” afirma Ferdi Schüth, director del Instituto Max Plack de Investigación de Carbón, y que dirigió el estudio. El catalizador de Periana es un líquido que se disuelve en ácido sulfúrico, lo que lo hace muy difícil de reciclar, un problema serio puesto que el catalizador necesita platino, un material muy caro. El nuevo catalizador es sólido, afirma Schüth, por lo que es mucho más fácil de reciclar gracias a que se puede extraer del ácido sulfúrico con el simple uso de unos filtros. Schüth afirma que el descubrimiento del catalizador sólido fue “por casualidad”. Sus colegas habían desarrollado un polímero con una estructura molecular que él reconoció como similar a la del catalizador de Periana. Fue capaz de incorporar el platino a esa estructura y demostró que el catalizador sólido resultante tenía un rendimiento igual de bueno que el de la versión líquida. Los combustibles basados en metano podrían ser significantemente más limpios que los de petróleo. Es más, las provisiones de gas natural son enormes, y en la actualidad se está accediendo a nuevas fuentes gracias a las nuevas técnicas de taladrado, con lo que potencialmente podríamos tener a nuestra disposición una enorme cantidad en forma de hidratos de metano en el fondo del océano. Sin embargo, y puesto que se trata de un gas, el metano es más caro de transportar y menos cómodo para su uso en vehículos que los combustibles líquidos, y por ahora los métodos químicos para convertirlo en líquido han resultado muy costosos. Aunque el nuevo catalizador soluciona uno de los problemas del catalizador de Periana, “esto no supone ni mucho menos el mayor problema,” afirma Jay Labinger, miembro asociado de química en Caltech. De hecho, Periana afirma que el desarrollo de una versión sólida de su catalizador no será suficiente como para empezar a comercializarlo. Él está trabajando en unos nuevos catalizadores que utilizan mecanismos similares pero con materiales más baratos y efectivos. Los dos problemas principales son típicos de los catalizadores experimentales—no funcionan lo suficientemente rápido, lo que incrementa el tamaño y el coste del equipo necesario, y no producen concentraciones lo suficientemente altas del producto deseado, lo que hace que separar el producto de los otros componentes químicos sea caro. Labinger estima que las cuotas del nuevo catalizador alemán deben incrementarse bastante, y Periana señala que las concentraciones deben aumentar de tres a cinco veces. Sin embargo, Periana sugiere que el catalizador alemán quizá ofrezca una nueva dirección dentro de las investigaciones, especialmente si los mecanismos involucrados en la producción de metanol son distintos de su catalizador líquido. De hecho, Schüth afirma que uno de los componentes principales del catalizador de Periana, el cloro, no está necesariamente en la nueva forma, lo que sugiere que podría funcionar de forma distinta. Mientras tanto, también están desarrollando unos catalizadores que utilizan distintos materiales. Uno resulta muy prometedor, afirma, puesto que produce metanol a cuotas dos veces más altas que el catalizador líquido de Periana.

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El reciclaje de baterías de litio obtiene impulso

El Departamento de Energía de los EE.UU. financia una compañía que recicla baterías de vehículos eléctricos. El Departamento de Energía de los EE.UU. (D.O.E.) ha otorgado 9,5 millones de dólares a una compañía de California que planifica construir la primera planta de EE.UU. para el reciclaje de baterías de iones de litio de vehículos eléctricos. Toxco, con base en la ciudad de Anaheim, dice que utilizará los fondos para expandir unas instalaciones existentes en Lancaster, Ohio (EE.UU), que actualmente recicla baterías de ácido y plomo y de hidruros de níquel que son usadas hoy en día en los vehículos híbridos eléctricos. Actualmente hay poca necesidad económica de reciclar baterías de iones de litio. Muchas baterías contienen sólo pequeñas cantidades, en peso, de carbonato de litio y el material es relativamente barato comparado con la mayoría de los metales restantes. Pero algunos expertos consideran que tener infraestructura para el reciclaje apaciguará algunas preocupaciones que, en caso adoptar vehículos que usen baterías de iones de litio, alertan sobre la escasez del carbonato de litio y la dependencia de países como China, Rusia y Bolivia, quienes controlan el grueso de las reservas globales de litio. "Ahora mismo el reciclaje de litio apenas paga, pero si la demanda aumenta y existen grandes oferentes de material usado, la situación puede cambiar," dijo Linda Gaines, una investigadora del Centro de Investigación y Desarrollo en Tecnología del Transporte del Laboratorio Nacional de Argonne. La ayuda otorgada por el DOE a Toxco puede parecer escasa —la semana pasada el DOE otorgó un total de 2.400 millones de dólares a compañías que desarrollan baterías y sistemas para vehículos eléctricos— pero lo cierto es que el proyecto se encuentra aún en su fase temprana. La venta de vehículos híbridos eléctricos y de vehículos eléctricos todavía no ha despegado y, aunque el Presidente Barack Obama ha prometido tener un millón de vehículos híbridos eléctricos en las carreteras de los EE.UU. para el 2015, es probable que transcurra una década antes de que se requiera una capacidad de reciclaje a gran escala. Sin embargo, el demostrar la capacidad para reciclar, será clave para demostrar que los vehículos eléctricos son realmente “verdes”—tanto porque que su operación es libre de emisiones como porque son sostenibles en su diseño. "El manejo de estas baterías debe realizarse de manera ambientalmente responsable y de forma económica," dice Todd Coy, vice presidente ejecutivo de Kinsbursky Brothers, la compañía padre de Toxco. Toxco tiene cierta ventaja sobre aquellas compañías nuevas en el mercado. La compañía ya es líder en el reciclaje de baterías en Norte América y ha estado reciclando baterías de litio de carga sencilla y recargables usadas en los artefactos electrónicos y en aplicaciones industriales desde 1992 en sus instalaciones canadienses en Trail, Columbia Británica. "Ya estamos manejando el grueso de las baterías desde allí," dice Coy. Las facilidades en Trail son también las únicas en el mundo que pueden manejar diferentes tamaños y químicas de baterías de litio. Cuando las baterías viejas llegan son enviadas al molido y son trituradas, permitiendo que con los componentes hechos de aluminio, cobre y acero puedan ser separados fácilmente. Las baterías más grandes que aún pudieran contener cargas eléctricas son congeladas criogénicamente con nitrógeno líquido antes de ser trituradas; a -325 grados Fahrenheit, la reactividad de las celdas se reduce a cero. El litio es entonces extraído inundando las cámaras de la batería en un baño cáustico que disuelve las sales de litio, que son filtradas y usadas para producir carbonato de litio. El lodo remanente es procesado para recuperar el cobalto, que es usado para hacer los electrodos de la batería. Alrededor de un 95 por ciento del proceso es completamente automatizado. La subvención del DOE ayudara a Toxco a transferir el proceso de reciclaje de Trail a sus operaciones en Ohio, sentando la base para una planta avanzada de reciclaje de baterías de litio que pueda expandirse para ajustarse al crecimiento proyectado en el mercado de vehículos eléctricos en los EE.UU. El fabricante de coches eléctricos Tesla Motors, al igual que la mayoría de los principales fabricantes, ya envía paquetes de baterías viejas o defectuosas a las facilidades de Toxco en Trail para su reciclaje. "Es muy importante para nosotros," dice Kurt Kelty, director de tecnologías para almacenamiento de energía en Tesla. "El reciclaje es un asunto clave y necesitamos hacerlo de forma correcta." Pero Kelty dice que la ecuación económica del reciclaje depende mayormente de la química utilizada en las baterías de iones de litio. Añade que el litio es actualmente uno de los metales de menor valor. Por ejemplo, el litio en un paquete de baterías del Tesla Roadster representaría alrededor de $140 de un sistema cuyo coste de reemplazo es de $36.000. Para muchas baterías de iones de litio, el litio representa menos de un 3 por ciento de los costes de producción. "La parte del litio es realmente un costo despreciable comparado con otros metales: níquel, cobalto, estos van a ser los grandes impulsores [del reciclaje]," dice Kelty, añadiendo que Tesla actualmente hace dinero reciclando solamente los otros componentes reciclables (sin litio) de sus baterías." Así que mientras hemos estado leyendo artículos sobre cómo la industria se quedará sin litio, hemos perdido totalmente el punto importante del asunto. Aún existe mucho litio." Los estimados varían, pero el cobalto se vende en el mercado por alrededor de 20 dólares por libra, comparado con 3 dólares por libra de carbonato de litio. El cobalto, un subproducto de la minería de níquel y cobre, es también escaso y la mitad de las reservas mundiales provienen de la Republica Democrática del Congo, una región políticamente inestable. Algunas químicas de iones de litio son menos coste-efectivas para el reciclaje. Por ejemplo, las baterías de fosfato de hierro-litio producidas por los sistemas A123 no tienen un buen rendimiento en el reciclaje. Los materiales menos costosos en las baterías A123 le proveen a la compañía una ventaja sobre los competidores, pero también hace sus baterías menos económicas para ser recicladas. La situación del litio podría cambiar. La compañía consultora en investigaciones industrial Tru Group dice que la recesión global ha llevado a un gran excedente de litio en el mercado, manteniendo los precios bajos. La consultora, sin embargo, espera que para el año 2013, la oferta y demanda estará balanceada otra vez y que el problema de abastecimiento puede ocurrir después del 2017. En el largo plazo, algunos observadores creen que la introducción en masa de los vehículos eléctricos e híbridos, combinado con el hecho de que muchas de las reservas de litio se encuentran en países extranjeros y potencialmente no amistosos, puede llevar a un gran ascenso en el precio del carbonato de litio. La preocupación es que eventualmente terminemos comercializando “crudo pico” por “litio pico”. Gaines esta siguiendo de cerca el asunto de la escasez. Ella está supervisando un proyecto de cuatro años en Argonne que evaluará la demanda de materiales de las baterías de iones de litio y la infraestructura para el reciclaje en el largo plazo. Gaines dice que la investigación hasta el momento demuestra que la demanda puede ser cubierta hasta el 2050, aún si las ventas de los vehículos crecen dramáticamente. Pero el reciclaje va a ser crucial para ayudar a los EE.UU. a ser menos dependiente de las fuentes extranjeras de litio. "Nosotros demostramos que el reciclaje puede aliviar potenciales tensiones en el suministro," dice ella.

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Comienza a rodar en Colombia el primer auto movido por etanol de yuca

Comienza a rodar en Colombia el primer auto movido por etanol de yuca Un automóvil que funciona con etanol de yuca, el primero de su tipo en Colombia, comenzó a rodar en el departamento del Valle del Cauca, donde están en marcha varios proyectos para desarrollar usos diversos de ese tipo de biocombustible. El vehículo es solo una de las diferentes iniciativas que ha puesto en marcha en el Valle del Cauca el Consorcio Latinoamericano y del Caribe de Apoyo a la Investigación y al Desarrollo de la Yuca (Clayuca), explicó hoy a Efe su director ejecutivo, Bernardo Ospina. El objetivo es convertir a la yuca "en un cultivo más competitivo, más eficiente con el medio ambiente", indicó Ospina. La investigación para que viera la luz ese primer vehículo movido por etanol de yuca se ha hecho en colaboración con el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), que está situado en la localidad de Palmira y es el más importante del mundo en fríjol, yuca y pastos tropicales. Gracias a eso, "hemos tenido acceso" al banco de germoplasma del CIAT, donde hay "más de 7.000 variedades de yuca", detalló Ospina. Agregó que también se ha construido en la zona una planta piloto para generar "etanol hidratado de yuca", que contiene un poco de agua, es más barato y permitirá que los pequeños productores puedan participar "en la revolución de los biocombustibles". Ese etanol a base de yuca se está empleando además para generar energía eléctrica, que abastece a varias comunidades de la región. Por cada litro de etanol que se produce, hay otros "cinco o seis" litros de residuos que se procesan y se transforman en alimento para los animales, comentó Ospina. EFE

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