Del oro negro al oro verde. Retos pendientes para un transporte ...
Del oro negro al oro verde. Retos pendientes para un transporte ...
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<strong>Del</strong> <strong>oro</strong> <strong>negro</strong> <strong>al</strong> <strong>oro</strong> <strong>verde</strong>.<br />
<strong>Retos</strong> <strong>pendientes</strong> <strong>para</strong> <strong>un</strong> <strong>transporte</strong> sostenible<br />
Prof. Pedro Gómez-Romero<br />
NEO-Energy, NEO Energy, CIN2 (CSIC (CSIC-ICN), ICN), Barcelona, Spain. MATGAS Research Center<br />
Cursos de Verano URJC 2012<br />
El Transporte del s. XXI
El problema bl dde lla energía<br />
í
Consumo soci<strong>al</strong> de energía<br />
Energía exosomática<br />
Fuente: G. Tyler Miller Jr. “Living in the Environment” 11th Ed. Brooks/Cole, 2000
100 W
400 W
1000 W
2400 W
100CV 73600 W
4x4 VW Touareg<br />
313CV 230000 W
VW Touareg tirando de <strong>un</strong> Boeing 747<br />
747 power p thrust 4x50000 lbs force<br />
aprox. 200 MW (200,000,000 W)
Necesidades N NNecesidades id d d de potencia t i d de l los h humanos ( (ca ca. . 2000)<br />
12TW = 12,000,000,000,000 vatios<br />
100 vatios /humano<br />
120,000,000,000 humanos<br />
66,000,000,000 000 000 000 humanos/Tierra<br />
20 Tierras
¿ cómo es nuestro perfil de consumo<br />
d de energía í y cómo ó va a evolucionar l i ?<br />
?<br />
12<br />
28 28 TW<br />
12 TW<br />
1TW = 10 W 12TW = 12,000,000,000,000 W
15 TW<br />
World Energy Consumption by Source, Based on Vaclav Smil estimates from<br />
Energy Transitions: History, Requirements and Prospects together with BP<br />
Statistic<strong>al</strong> Data for f 1965 and subsequent q
15 TW<br />
2050<br />
28 TW
Per capita world energy consumption, c<strong>al</strong>culated by dividing world<br />
energy consumption by population estimates, based on Angus<br />
MMaddison ddi data.<br />
d t
¿Por qué qué estamos estamos tan tan seguros de<br />
que el consumo de energía glob<strong>al</strong><br />
seguira creciendo?<br />
China<br />
En <strong>un</strong>a p<strong>al</strong>abra....
Consumo soci<strong>al</strong> de energía exosomática<br />
Pedro Gómez Romero “Un planeta en busca de energía” (Ed. Síntesis, 2007)
¿de dónde s<strong>al</strong>e toda esa energía?
Fotovoltaica<br />
E Energía í solar l<br />
Carbón<br />
Térmica<br />
65 M.años de Sol (hace 300 M. años)<br />
Petróleo<br />
Microorg. Marinos de hace 10 10-200 200 M. años<br />
Gas natur<strong>al</strong><br />
Biomasa<br />
Sol reciente en conserva<br />
Hidroeléctrica<br />
Eóli Eólica Vig<strong>oro</strong>so clima cuyo motor es el Sol<br />
Nuclear, Geotérmica, Mareas
Un siglo (0.0001 Millones de años) quemando<br />
nuestro capit<strong>al</strong> de combustibles fósiles<br />
¿Es sostenible esta situación?
El quemar se va a acabar<br />
K. Hubert (USA)<br />
La producción de crudo en los EEUU (arriba) <strong>al</strong>canzó su máximo en 1970, siguiendo las predicciones.<br />
CCuando d lla producción d ió m<strong>un</strong>di<strong>al</strong> di l <strong>al</strong>cance l el l suyo se hhabrá b á acabado b d <strong>para</strong> siempre i el l petróleo t ól bbarato t<br />
(Courtesy: Science, vol. 281, Aug. 21,1998, p.1128; C. Campbell & J. Laherrere)
Esquema de la evolución histórica y prevista de la producción de petróleo glob<strong>al</strong>.<br />
Esta gráfica de “servilleta de bar” (“back of the envelope” en inglés), es tan buena<br />
como cu<strong>al</strong>quier otra, en ausencia de estimaciones fiables de las reservas glob<strong>al</strong>es de<br />
petróleo (¿<strong>al</strong>guien sabe cuánto queda bajo los desiertos de Arabia Saudita?). Saudita?)<br />
Pedro Gómez Romero. Revista Mètode (Univ. de V<strong>al</strong>ència) Nº 65, Primavera 2010, p. 75-79
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
1900<br />
Después de <strong>un</strong> siglo de energía barata:<br />
Adictos <strong>al</strong> petróleo<br />
U.S. Crude Oil First Purchase Price (Dollars per Barrel)<br />
1903<br />
1906<br />
1909<br />
1912<br />
1915<br />
1918<br />
1921<br />
1924<br />
1927<br />
1930<br />
1933<br />
1936<br />
1939<br />
1942<br />
1945<br />
1948<br />
1951<br />
1954<br />
1957<br />
1960<br />
1963<br />
1966<br />
Source US EIA<br />
http://www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=pet&s=f000000 p g p p __3&f=a<br />
1969<br />
1972<br />
1975<br />
1978<br />
1981<br />
1984<br />
1987<br />
1990<br />
1993<br />
1996<br />
1999<br />
2002<br />
2005<br />
2008<br />
2011
Producción glob<strong>al</strong> de petróleo<br />
4000<br />
4500<br />
g p<br />
2500<br />
3000<br />
3500<br />
Toneladas<br />
1000<br />
1500<br />
2000<br />
Millones de<br />
0<br />
500<br />
1000<br />
965<br />
967<br />
969<br />
971<br />
973<br />
975<br />
977<br />
979<br />
981<br />
983<br />
985<br />
987<br />
989<br />
991<br />
993<br />
995<br />
997<br />
999<br />
001<br />
003<br />
005<br />
007<br />
009<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
19<br />
20<br />
20<br />
20<br />
20<br />
20
Millones de Toneladas<br />
4500<br />
4000<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
1965<br />
1967<br />
PProducción d ió y consumo glob<strong>al</strong> l b l dde petróleo t ól<br />
1969<br />
1971<br />
1973<br />
1975<br />
1977<br />
1979<br />
1981<br />
1983<br />
1985<br />
1987<br />
1989<br />
1991<br />
1993<br />
1995<br />
1997<br />
1999<br />
2001<br />
2003<br />
2005<br />
2007
Millones de Toneladas T<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
-50 50<br />
-100<br />
-150<br />
1965<br />
1967<br />
Diferencia Producción<br />
Producción-Consumo Consumo petróleo glob<strong>al</strong><br />
1969<br />
1971<br />
1973<br />
1975<br />
1977<br />
1979<br />
1981<br />
1983<br />
1985<br />
1987<br />
1989<br />
1991<br />
1993<br />
1995<br />
1997<br />
1999<br />
2001<br />
2003<br />
2005<br />
2007<br />
2009
World oil price predictions<br />
Source Source: : EIA, , Energy gy Information Administration (“Internation<strong>al</strong> ( Energy gy Outlook”, , IEO). )
World oil price predictions<br />
Source Source: : EIA, , Energy gy Information Administration (“Internation<strong>al</strong> ( Energy gy Outlook”, , IEO). )<br />
IEO 2010
¿La solución <strong>al</strong> <strong>negro</strong> panorama de la energía?<br />
fuentes<br />
RENOVABLES<br />
de energía primaria<br />
Combustibles<br />
Co bust b es<br />
más LIMPIOS<br />
AHORRO<br />
Y<br />
EFICIENCIA ENERGÉTICOS
La ciencia La nanociencia <strong>al</strong> rescate <strong>al</strong> rescate de la la energía energía
Electro‐<br />
org. Si<br />
crómicos<br />
Term<br />
Ahorro y blancos<br />
Conc. PV OLEDs<br />
PE<br />
nano‐Au<br />
Comb<br />
fósiles<br />
Nuclear<br />
Biocombustibles<br />
2ª 2<br />
Generación<br />
Biogas<br />
E‐Térmica<br />
Generación<br />
renovable<br />
FCs<br />
eficiencia<br />
H 2 H<br />
Ilumina‐ l i<br />
ción<br />
H2 <strong>al</strong>macenamiento<br />
LEDs<br />
Baterías<br />
Supercon‐<br />
densadores<br />
Condensa‐<br />
dores<br />
E‐Térmica S<strong>al</strong>es<br />
f<strong>un</strong>didas<br />
C<strong>al</strong>or<br />
lt latente t
2<br />
1<br />
17 16<br />
20<br />
WO3 Electro‐<br />
CdSe<br />
org. Si<br />
crómicos<br />
Term<br />
Ahorro y blancos<br />
Conc. PV OLEDs<br />
3 18<br />
7<br />
4<br />
6<br />
8<br />
5<br />
GaAs<br />
Clatratos<br />
9<br />
PE<br />
nano‐Au<br />
Comb<br />
fósiles<br />
Nuclear<br />
Biocombustibles<br />
2ª 2<br />
Generación<br />
10<br />
Biogas<br />
E‐Térmica<br />
Generación<br />
renovable<br />
FCs<br />
eficiencia<br />
H 2 H<br />
Ilumina‐ l i<br />
ción<br />
H2 <strong>al</strong>macenamiento<br />
LEDs<br />
Li 4Ti 5O 12<br />
Alq 3<br />
19<br />
InGaN<br />
Baterías Supercon‐ RuO 2<br />
14<br />
densadores<br />
Condensa‐<br />
C p<strong>oro</strong>sos<br />
dores<br />
E‐Térmica S<strong>al</strong>es<br />
f<strong>un</strong>didas<br />
C<strong>al</strong>or<br />
lt latente t<br />
C p<strong>oro</strong>sos, Nanotubos C<br />
Hidruros, MOFs<br />
12<br />
Nitratos<br />
11<br />
11<br />
13<br />
15
De recolectores a agricultores<br />
Despídase de su combustible “primario”<br />
y<br />
Elija su vector energético favorito<br />
Corto plazo: Biocombustibles<br />
Bi Biodiesel di l (20% bi bio 80% di diesel), l) ( (oleaginosas)<br />
l i )<br />
Bioetanol (con Gasolina)(carbohidratos/azúcares)<br />
Medio plazo: Baterías recargables <strong>para</strong> tracción eléctrica de<br />
vehículos?<br />
Medio-Largo plazo: Pilas de Hidrógeno (Pilas de Combustible)<br />
HH2... El combustible b tibl ddel l ffuturo? t ?
Biocombustibles<br />
Nation<strong>al</strong> USA<br />
Internation<strong>al</strong>
<strong>al</strong>midón<br />
celulosa
DOE: ca. 40000 Km Km2 required to replace <strong>al</strong>l<br />
petroleum fuel in the USA<br />
by <strong>al</strong>gae<br />
Chlorella vulgaris<br />
Biocombustibles 3G
Coches de ayer, de hoy y de mañana<br />
B.G. Pollet, et <strong>al</strong>., Current status of hybrid, battery and fuel cell electric vehicles: From electrochemistry to market prospects, Electrochim. Acta (2012)<br />
41
Electrification of road transport<br />
lless th than hh<strong>al</strong>f lf ffuel l ( (and d CO CO2) ) per car !<br />
simpler CO 2 capture<br />
zero noise i and d pollution ll ti iin urban b areas<br />
combined cycle<br />
power plant (η ~60%)<br />
42
Well Well-to to-Wheel Wheel Energy gy An<strong>al</strong>ysis y<br />
electicidad de centr<strong>al</strong> térmica<br />
de ciclo combinado (64%)<br />
Fuente: Electric vehicle market penetration in Switzerland by 2020 (Alpiq)<br />
43
Well Well-to to-Wheel Wheel Energy gy An<strong>al</strong>ysis y<br />
menos de la mitad de combustible (y CO2) por coche<br />
captura de CO2 más simple<br />
sin ruido ni polución en areas urbanas<br />
Fuente: Electric vehicle market penetration in Switzerland by 2020 (Alpiq)<br />
44
H H2 ... ¿el l combustible b tibl del d l futuro?... f t ?<br />
Revoluciones Revoluciones <strong>pendientes</strong>:<br />
• Generación H2 renovable<br />
• Almacenamiento eficaz<br />
• Pilas de Combustible mejoradas<br />
Honda FCX 2005<br />
Coche de hidrógeno
S. Satyap<strong>al</strong>. 2011 Annu<strong>al</strong> Progress Report . DOE Hydrogen and Fuel Cells Program<br />
http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress11/i_introduction_2011.pdf
Generación loc<strong>al</strong><br />
estacionaria<br />
MTU (Daimler Chrysler)<br />
HotModule HM 300 fuel cell for<br />
stationary applications 280kW<br />
Tipos p de aplicaciones<br />
p<br />
Transporte<br />
Honda FCX 2005<br />
Coche de hidrógeno<br />
Miniaturización<br />
Toshiba March 2003<br />
Pilas de combustible <strong>para</strong><br />
ordenadores portátiles<br />
20h de autonomía.
Hidrógeno, g , p<br />
Hidrógeno, las revoluciones <strong>pendientes</strong><br />
sostenible eficiente barato duradero<br />
Generación X X X X<br />
Almacenamiento X X X<br />
Uso en FC X X
http://www.hydrogen.energy.gov/annu<strong>al</strong>_review12_storage.html
C Combustión b tió frente f t a conversión ió electroquímica<br />
l t í i<br />
Energía Energía 40%<br />
Química Eléctrica<br />
Pilas de combustible<br />
conversión electroquímica<br />
di directa t<br />
Energía<br />
Térmica<br />
Energía<br />
Mecánica<br />
Limitación termodinámica intrínseca (ciclo de Carnot)<br />
20%
Revoluciones <strong>pendientes</strong><br />
Pilas de Combustible PEM:<br />
Membranas<br />
Cat<strong>al</strong>izador
Revoluciones <strong>pendientes</strong><br />
Generación sostenible sostenible de de H H 2
¿El hidrógeno crece en los árboles?<br />
aire<br />
H 2 ,<br />
portador de energía,<br />
combustible sec<strong>un</strong>dario<br />
vector t energético<br />
éti
El Hidrógeno será tan <strong>verde</strong><br />
como lo sea la energía<br />
empleada <strong>para</strong> generarlo
Producción Producción de de Hidrógeno<br />
Hidrógeno<br />
Reformado<br />
CH 4 + H 2O(g) 3H 2 + CO<br />
CO + H 2O(g) CO 2 + H 2<br />
Fihri AA, Artero V, V Razavet MM, Baffert CC, Leibl WandFontecave W and Fontecave M<br />
90 90-95% 95% ddel l H H2 generado d en el l m<strong>un</strong>do d<br />
Cob<strong>al</strong>oxime-based photocat<strong>al</strong>ytic devices for hydrogen production.<br />
Angewandte Chemie Internation<strong>al</strong> Edition, 2008, 47(3): 564-567<br />
Eficiencia 85%
Renewable Hydrogen<br />
Direct electrochemic<strong>al</strong> production<br />
of fhhydrogen d induced i d db by s<strong>un</strong>light li ht<br />
• Potenti<strong>al</strong>ly more efficient than PV<br />
electrolysis<br />
• Still early in development<br />
Photoelectrochemic<strong>al</strong><br />
Hydrogen
Renewable Hydrogen<br />
Bio-Hydrogen<br />
Another potenti<strong>al</strong>ly p yhigh g<br />
efficiency technology for<br />
hydrogen production<br />
using i solar l energy
Electricidad ¿fuente limpia de energía?
Wanted:<br />
primary energy sources<br />
(for a not not-too-far-away too far away future)<br />
convention<strong>al</strong><br />
convention<strong>al</strong>: ti l<br />
CH CH4 as transition fuel<br />
Nuclear energy (fissión fissión) ) as necessary evil evil?<br />
Alternative/<br />
Alternative/renewable<br />
Alternative/<br />
Alternative/renewable renewable<br />
Wind<br />
Solar Solar Energy Energy (therm<strong>al</strong>, (therm<strong>al</strong> photovoltaic photovoltaic...)<br />
)<br />
Nuclear Fusion
¿La solución <strong>al</strong> <strong>negro</strong> panorama de la energía?<br />
fuentes<br />
RENOVABLES<br />
de energía primaria<br />
Combustibles<br />
Co bust b es<br />
más LIMPIOS<br />
AHORRO<br />
Y<br />
EFICIENCIA ENERGÉTICOS
Fuentes primarias: ¿Sol arcaico o moderno?<br />
1 EJ = 1 exajoule or 10 18 joules or ∼163 million barrels of oil.<br />
Data source: German Feder<strong>al</strong> Institute for Geosciences and Natur<strong>al</strong> Resources
E Energías í renovables bl<br />
Hidro<br />
GGeotérmica té i<br />
Eólica óca<br />
Biomasa<br />
Potenci<strong>al</strong> o e c a teórico… eó co y ppráctico ác co<br />
4.6 TW …1.5 TW<br />
12 12-30TW 30TW<br />
50 TW … 2 TW<br />
7-12 TW …5-7 TW<br />
Solar 120000 TW…600TW<br />
Nathan S Lewis<br />
Nathan S. Lewis,<br />
C<strong>al</strong>ifornia Institute of Technology
¡El futuro futuro está está aquí!<br />
aquí!<br />
PS10 y PS20 centr<strong>al</strong>es eléctricas Termosolares (Abengoa Abengoa) ) en Sanlúcar (Sevilla)
parque eólico de Sisante<br />
(Iberdrola)<br />
¡El futuro está aquí!<br />
Huerto solar en Castilla La Mancha. Solaer
Potencia eólica inst<strong>al</strong>ada en España (MW)<br />
Acumulados 19 GW<br />
31 Dec 2010: 20 / 16 % electricidad
Evolución del consumo de petróleo <strong>para</strong> países del G7<br />
(1980-2007)<br />
(1980 2007)<br />
Change in petroleum consumption for G7 co<strong>un</strong>tries from 1980 to 2001.<br />
Data source: U.S. Department p of Energy, gy, Energy gy Information Administration.<br />
Compilation and chart: Nanowerk)
en definitiva...<br />
• No podemos p “esperar p a ver qqué ppasa”.<br />
Actuar YA!<br />
• No debemos detenernos en “g<strong>al</strong>gos o podencos”<br />
• Urge <strong>un</strong>a política proactiva <strong>para</strong> desarrollar/favorecer<br />
energías (y combustibles!) limpi@s, renovables<br />
capaces de <strong>al</strong>imentación masiva (2050, 28 TW)<br />
• Necesitamos <strong>un</strong>a Re-evolución tecnológica basada en<br />
revolución(es) ( ) científica(s) ( ) qque<br />
incluirá el desarrollo de<br />
movilidad sostenible basada en tracción eléctrica<br />
• Urge <strong>un</strong> plan estratégico con prioridad de “Seguridad<br />
Nacion<strong>al</strong>” (e internacion<strong>al</strong>). PERO todos podemos<br />
contribuir
¿Otras fuentes de energía?<br />
¿Y Yllas nucleares? l ?<br />
¿Energía de fusión?<br />
Chi China, ¿fuente f t de d soluciones? l i ?<br />
Economía o Medio Ambiente<br />
LLas facturas f t de d la l Tierra Ti<br />
¿Y el agujero de ozono?<br />
¿C ¿Cabe b esperar <strong>un</strong> milagro? il ?<br />
More popular popular science at<br />
www.cienciateca.com<br />
(Ed. Síntesis, 2007)
Queda Q mucho p por hacer....<br />
pero estamos moldeando la historia del futuro.<br />
entre todos d<br />
En solitud, però no solitaris,<br />
reconduïm la vida, , amb la certesa<br />
que cap esforç no cau en terra eixorca.<br />
Dia vindrà que <strong>al</strong>gú beurà a mans plenes<br />
l'aigua de llum que brolli de les pedres<br />
d'aquest temps nou que ara esculpim nos<strong>al</strong>tres.<br />
Miquel Martí i Pol SOLSTICI<br />
Para saber más<br />
www.cienciateca.com
Prof Prof. Pedro Pedro Gómez Gómez-Romero Romero
J Jullieth lli th S SSuárez Suárez-Guevara<br />
á GGuevara Prof Prof. Pedro Pedro Gómez Gómez-Romero Romero<br />
Omar Ayyad<br />
Cu@PPy nanocables<br />
Agar materi<strong>al</strong>s materi<strong>al</strong>s, , Li Batt<br />
Supercaps<br />
Judith Oró Oró-Solé Solé<br />
TEM Dr. David Muñoz Muñoz-Rojas Rojas<br />
Ag@PPy nanosnakes<br />
Presently Dept Mat Science & Met<br />
U. Cambridge<br />
Dr. Vanesa Ruiz<br />
Supercaps
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