El mundo está avanzando hacia un futuro sin combustibles fósiles, y esta transformación ya está en marcha. Los combustibles fósiles, que han sido la principal fuente de energía durante más de un siglo, están en declive tanto por razones de sostenibilidad ambiental como por su disponibilidad limitada1.
El PNIEC (Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030) estipula que para el año 2030, el 42% de la energía final consumida debe provenir de fuentes renovables. Para alcanzar este objetivo, el 27% de dicha energía final debe ser eléctrica, generada en su mayoría por fuentes renovables (con una meta del 74%). Esto implicará la instalación de más de 55GW de capacidad de generación renovable adicional. Este aumento de la proporción de energías renovables en nuestra matriz energética genera nuevas problemáticas técnicas, y es que las fuentes renovables, por su naturaleza, son intermitentes y menos predecibles en comparación con las fuentes tradicionales de energía. Esto puede llevar a inestabilidades en la red eléctrica, manifestándose como congestiones y variaciones de tensión.
En cuanto a la demanda, la transición energética también requerirá un aumento en la electrificación del consumo energético, especialmente en los sectores de transporte y climatización, así como en algunas demandas industriales.
Para el sistema eléctrico, esto resultará en un incremento de la demanda de electricidad y en la transición de un sistema centralizado de generación tradicional, flexible y altamente previsible, con consumidores y redes de distribución pasivos, a un sistema de generación predominantemente renovable, descentralizado e intermitente, con recursos de demanda gestionables y una necesidad creciente de flexibilidad para asegurar niveles eficientes de calidad y seguridad.
La flexibilidad de un sistema eléctrico se define por su capacidad para adaptarse a los desequilibrios entre la energía generada y consumida. No cumplir con esta condición puede causar fallos en el sistema y, por tanto, en el suministro. Hasta hoy, la flexibilidad de nuestro sistema ha sido proporcionada principalmente por plantas de generación fósil, que equilibraban la generación con la demanda existente, manteniendo un crecimiento de la demanda eléctrica controlado. Sin embargo, en el contexto de la transición energética, esto cambia por las siguientes razones:
La flexibilidad de un sistema eléctrico se define por su capacidad para adaptarse a los desequilibrios entre la energía generada y consumida.
Las principales fuentes de generación renovables (solar y eólica) no tienen capacidad para «seguir» a la demanda.
Cuando la capacidad de transmisión de las líneas eléctricas es superada por la demanda, surgen las congestiones, que provocan sobrecargas y fallos en el suministro.
Cuando la cantidad de energía generada no coincide con la demanda en tiempo real, se producen variaciones de tensión, afectando la calidad del suministro eléctrico y potencialmente dañando equipos y aparatos conectados a la red.
El proceso de electrificación conlleva un notable aumento del consumo en las líneas de transmisión y distribución, que deben adaptarse a este incremento de la demanda, especialmente durante los picos de consumo. Adaptar estas infraestructuras exclusivamente mediante la repotenciación de líneas o la instalación de tendidos adicionales tendría un coste material y económico muy alto.
El modelo actual de integración de energías renovables está asociado a una generación más descentralizada, lo que significa que los proveedores de la flexibilidad también estarán cada vez más distribuidos a lo largo de las redes de distribución.
Aunque el almacenamiento eléctrico ofrece una alta flexibilidad al sistema, su elevado coste, especialmente en sistemas anteriores al contador, hace necesario considerar fuentes adicionales de flexibilidad de la demanda.
Por todo ello, se considera crítico favorecer y promover la flexibilidad de la demanda. Esto puede hacerse de manera implícita, a través de incentivos a los usuarios para que cambien sus hábitos de consumo, por ejemplo, señales de precios, y también de forma explícita, donde la activación de la flexibilidad es directa y con respuesta a más corto plazo. Un ejemplo de este segundo caso son los servicios de balance.
Por otro lado, la inestabilidad de la red, derivada de la elevada proporción de energías renovables en un esquema descentralizado, puede solventarse mediante la participación en mercados locales de flexibilidad, que permiten a los consumidores y pequeños generadores ofrecer servicios de ajuste de consumo y generación, contribuyendo a estabilizar la red.
En el proyecto ENFLATE, CARTIF está desarrollando una herramienta de gestión de la flexibilidad que ayuda al operador de red a gestionar redes de distribución, simulando escenarios que representan la participación en mercados locales de flexibilidad. Asimismo, es posible simular la provisión de servicios de balance para el operador de la red de transporte. Estos servicios se estudian sobre la red eléctrica de Láchar (Granada), operada por el socio CUERVA.
En España aún no existe un marco regulatorio para los mercados locales de flexibilidad, por lo que se trabaja con el marco europeo. El tamaño mínimo de flexibilidad ofertada en los mercados locales de flexibilidad considerados en el proyecto ENFLATE es de 0.1 MWh y el periodo de negociación es de una hora. Los dos productos ofertados son: gestión de sobretensiones y gestión de congestiones.
Los servicios de balance son ofertados en los mercados de balance. Hay tres posibles servicios: regulación primaria, regulación secundaria y regulación terciaria. En ENFLATE simulamos la última, también conocida como reserva de activación manual para la recuperación de la frecuencia. Permite ofertar 1 MW y el periodo de negociación es de 15 minutos a dos horas.
ADAION es otro socio que proporciona servicios de digitalización sobre el demostrador. Su plataforma basada en la nube utiliza la inteligencia artificial para simular y conocer la capacidad de la red en todo momento. Proporciona las entradas necesarias para el algoritmo desarrollado por CARTIF, de modo que se puede simular la participación en ambos mercados. Se dispone de generación renovable, demanda flexible y almacenamiento eléctrico.
Gracias a proyectos como ENFLATE podemos estudiar el alcance y las ventajas de utilizar la flexibilidad de la demanda en demostradores reales como la red de Láchar, simulando las condiciones de los mercados de flexibilidad y de balance. De este modo, nos preparamos para los desafíos de la transición energética. A nivel nacional, el marco regulatorio actual de la flexibilidad de la demanda se encuentra poco desarrollado y disperso en diversas normas, que poco a poco se han ido modificando con el objetivo de ir transponiendo las Directivas Europeas. Mientras se van consolidando, nos preparamos para el cambio con proyectos financiados por la Comisión Europea, como en el caso de ENFLATE2.
La industria de la construcción está experimentando una revolución silenciosa. Mientras que las grúas y excavadoras siguen siendo protagonistas en las obras, un nuevo tipo de trabajador está ganando terreno: los robots colaborativos, o «cobots». Estos eficientes ayudantes van a transformar la forma en que construimos y rehabilitamos edificios. Pero, ¿qué son exactamente y cómo pueden cambiar las reglas del juego?
Los cobots: Más que simples máquinas
A diferencia de los robots industriales tradicionales, los cobots están diseñados para trabajar codo con codo (o más bien, brazo con brazo) con los humanos. Estos robots están equipados con sensores que les permiten detectar la presencia de personas y objetos en su entorno. De esta forma, pueden adaptar su movimiento y su fuerza para trabajar de forma segura junto a los trabajadores humanos. En el ámbito de la construcción, estos robots pueden ser de gran ayuda, especialmente en las tareas más pesadas, repetitivas y peligrosas.
Rehabilitación de fachadas: un nuevo enfoque
La rehabilitación de fachadas es un área donde los cobots pueden aportar un valor particularmente relevante. Estas tareas suelen ser laboriosas, peligrosas y requieren de una gran precisión. Hay varias tareas donde estos dispositivos podrían ser de mucha utilidad.
Inspección: Equipados con cámaras de alta resolución y sensores, los cobots pueden examinar minuciosamente cada centímetro de una fachada, detectando grietas, humedades o desperfectos que podrían pasar desapercibidos al ojo humano.
Limpieza: Robots especializados pueden limpiar fachadas de forma eficiente y uniforme, sin poner en riesgo a los trabajadores de andamios.
Aplicación de materiales: Ya sea pintura, selladores o revestimientos, los cobots pueden aplicar materiales con alta precisión y consistencia. Además, se reduce significativamente el desperdicio de materiales, ya que utilizarían la cantidad exacta necesaria en cada caso.
Reparaciones: Algunos cobots avanzados pueden realizar reparaciones menores, como rellenar grietas o reemplazar elementos deteriorados.
Impresión 3D: La impresión 3D utilizando cobots permite crear formas y patrones intrincados que serían extremadamente difíciles o costosos de lograr con métodos tradicionales. De esta forma, cada fachada puede ser único, adaptada perfectamente a las necesidades estéticas y funcionales del edificio y su entorno. Además, es posible imprimir directamente elementos como aislamiento térmico o acústico dentro de la estructura de la fachada. En este contexto, proyectos europeos en los que colabora CARTIF, como INPERSO, trabajan activamente en la integración de cobots para la rehabilitación e impresión 3D de fachadas.
Beneficios más allá de la eficiencia
La introducción de cobots en la rehabilitación de fachadas no solo mejora la eficiencia y la calidad del trabajo, sino que también aporta otros beneficios. En el ámbito de la seguridad, por ejemplo, ya que, al realizar las tareas más peligrosas, los cobots reducen significativamente el riesgo de accidentes laborales. También ayudan en la sostenibilidad, aplicando de forma optimizada la cantidad de material necesaria y reduciendo así los desperdicios. Por último, también facilitan la trazabilidad y documentación del trabajo realizado. Los datos recopilados durante las inspecciones robóticas proporcionan un valioso registro digital del estado del edificio.
Desafíos y consideraciones
A pesar de su potencial, el uso de robots colaborativos en construcción aún enfrenta algunos retos. Uno de ellos es el relacionado con las regulaciones existentes. Las normativas de construcción deben adaptarse para incluir esta nueva tecnología. Este problema es habitual en muchos ámbitos donde las innovaciones van por delante de las normas. También es necesario investigar sobre el comportamiento a largo plazo de los nuevos materiales asociados a estas técnicas y la durabilidad de las estructuras creadas. Finalmente, es necesario considerar los costes iniciales de estos sistemas robóticos. Aunque a largo plazo puede ser más económico, la inversión inicial en esta tecnología puede ser significativa y requiere un tiempo de retorno que hay que valorar.
El factor humano
A pesar de todos estos avances, es importante recordar que los cobots no están aquí para reemplazar a los trabajadores humanos, sino para complementarlos. Los profesionales de la construcción siguen siendo esenciales para la planificación, la toma de decisiones y las tareas que requieren un toque humano y creatividad. Uno de los objetivos del uso de este tipo de robots es liberar a los trabajadores de las tareas más pesadas, repetitivas y peligrosas.
Mirando hacia el futuro
A medida que la tecnología avanza, podemos esperar ver cobots aún más sofisticados en nuestras obras. Imaginemos robots que puedan comunicarse entre sí para coordinar tareas complejas, o que utilicen inteligencia artificial para adaptar sus métodos de trabajo a las condiciones específicas de cada edificio. La colaboración entre humanos y robots en la construcción y rehabilitación de edificios no es solo una tendencia pasajera, sino el futuro de la industria. Con cada fachada rehabilitada y cada edificio construido, los cobots están demostrando su valor, avanzando hacia un futuro más sostenible y seguro para el sector de la construcción. Estas tecnologías no solo pueden cambiar la forma en que construimos, sino también cómo concebimos la función y el diseño de los edificios. A medida que la tecnología avanza, podemos esperar ver edificios que no solo son estructuras, sino verdaderas obras de arte funcionales y sostenibles.
A lo largo de las últimas décadas, el hidrógeno ha sido identificado como un posible combustible limpio, aunque su adopción masiva se ha visto obstaculizada por la abundancia de petróleo y los bajos precios relativos de los combustibles fósiles, así como, en los últimos años, por el avance de los vehículos eléctricos con batería. Hoy en día, aunque los avances tecnológicos han permitido reducir los costes de producción y uso del hidrógeno, es esencial escalar estas tecnologías y definir una hoja de ruta para optimizar las inversiones necesarias. La transición energética actual apunta a una era de gases energéticos sostenibles, y se espera que el consumo de hidrógeno y metano renovables supere al del carbón y el petróleo en el siglo XXI. En este contexto, el hidrógeno renovable, o hidrógeno producido con bajas emisiones de CO2, emerge como una pieza clave en la descarbonización de la economía global.
El biohidrógeno es una tipología específica de hidrógeno renovable que se define como el hidrógeno producido mediante procesos biológicos o a partir de biomasa como materia prima. La biomasa, uno de los recursos renovables más abundantes en todos los continentes, está siendo objeto de creciente investigación respecto a sus usos alternativos y su valorización. Este interés se centra también en la conversión de corrientes residuales en energía, por el potencial de transformar grandes cantidades de residuos agrícolas, forestales, industriales y municipales en biohidrógeno y otros gases renovables, beneficiando así el desarrollo sostenible. La utilización eficiente de materias primas renovables derivadas de biomasa y residuos como fuente de combustible presenta claramente una oportunidad significativa para lograr un planeta más sostenible.
«Biohidrógeno. Tipología específica de hidrógeno renovable que se define como el hidrógeno producido mediante procesos biológicos o a partir de biomasa como materia prima.»
El biohidrógeno tiene características que lo convierten en un elemento renovable capaz de proporcionar energía segura, competitiva económicamente y 100% libre de emisiones de dióxido de carbono, en su producción y en su uso. A pesar de ello, la penetración de este hidrógeno bajo en carbono sigue siendo limitada. Es crucial entender las razones de esta situación, las tendencias emergentes y la ruta tecnológica que permitirá su consolidación como vector energético.
Producción de biohidrógeno
La producción de biohidrógeno ha ganado atención mundial debido a su potencial para convertirse en una fuente inagotable, de bajo coste y renovable de energía limpia. Las materias primas para su producción incluyen productos lignocelulósicos, residuos agrícolas, residuos de procesamiento de alimentos, plantas acuáticas y algas, y efluentes humanos como lodos de depuradora. Bajo el control adecuado, estos recursos se convertirán en una fuente principal de energía en el futuro. La biomasa tiene el potencial de ser una fuente importante de hidrógeno renovable, complementando otros procesos que producen biomateriales.
El método principal para obtener biohidrógeno es a partir del biometano generado en la digestión anaerobia, mediante un proceso conocido como reformado. La gasificación, por su parte, convierte la materia orgánica en gas de síntesis rico en hidrógeno. Junto a estas tecnologías termoquímicas, la producción biológica de hidrógeno, como la fermentación oscura y el uso de microalgas, ofrece métodos adicionales prometedores. La fermentación oscura utiliza bacterias anaerobias para descomponer materia orgánica y producir hidrógeno. Por otro lado, las microalgas pueden generar hidrógeno mediante biofotólisis, un proceso que convierte la luz solar y el agua en hidrógeno y oxígeno. Este conjunto de tecnologías presenta un amplio abanico de posibilidades para la producción de biohidrógeno.
Almacenamiento y distribución
El almacenamiento y distribución del hidrógeno en general, y del biohidrógeno en particular, representan aspectos cruciales en su adopción a gran escala. El almacenamiento en tanques de alta presión es, hoy en día, la opción preferida, aunque existen otros métodos, como la inyección en la infraestructura de gas actual o el almacenamiento en materiales químicos. El hidrógeno puede almacenarse en estado gaseoso o líquido, tanto en la superficie como dentro de sólidos, o en compuestos químicos portadores de hidrógeno. Estas opciones de almacenamiento buscan superar las limitaciones actuales y facilitar la adopción del hidrógeno como vector energético.
Aplicaciones y usos
El interés actual en la economía del hidrógeno se debe a sus enormes oportunidades de penetración en el sector energético, especialmente en movilidad y almacenamiento químico de energía renovable. En el caso del biohidrógeno, además, es un método eficiente de gestión de corrientes residuales orgánicas. La producción de hidrógeno renovable ha aumentado en los últimos años, utilizándose principalmente en la fabricación de amoníaco. El amoníaco renovable, además, puede usarse como medio de almacenamiento de energía, transportador de energía o combustible. La producción de hidrógeno, por tanto, no solo tiene aplicaciones industriales, sino que también ofrece soluciones energéticas innovadoras.
En el ámbito de la metalurgia, el hidrógeno se utiliza en la reducción directa del hierro para la producción de acero, y en el transporte, puede generar energía limpia en vehículos. Estas aplicaciones diversificadas demuestran el potencial del biohidrógeno para transformar sectores clave de la economía. Sin embargo, su adopción a gran escala requiere superar barreras tecnológicas, logísticas y de mercado, así como establecer políticas adecuadas para su regulación y desarrollo.
Perspectivas del biohidrógeno
El biohidrógeno, al igual que otros vectores energéticos, tiene ventajas y desventajas. Mientras que otras formas de energía ya tienen una posición establecida, el hidrógeno, y en particular el biohidrógeno, están avanzando progresivamente tratando de reemplazar opciones como el carbón o el gas natural en sectores como la energía, la industria y el transporte. El principal motivador para esto es la necesidad de reducir las emisiones contaminantes, lo cual ha generado un interés considerable en este vector energético. Sin embargo, la baja densidad energética, los costes de infraestructura e instalación y los factores asociados con la seguridad son las principales barreras que ralentizan su implementación. Aunque algunos de estos obstáculos pueden desaparecer gracias a la reducción de costes resultante de avances en la investigación, otros, como la densidad energética, no pueden ser modificados. Aquí, el uso de derivados principalmente de la industria química puede jugar un papel fundamental en el sistema energético o en el sector del transporte.
Las barreras pueden ser solucionadas o adaptadas, pero esto no se logrará sin un esfuerzo conjunto tanto del sector privado como del público. Deben existir objetivos y políticas conjuntas en aspectos como la homogenización de estándares que afectan, sobre todo, a los límites de almacenamiento. Actualmente, no hay un mercado global sólido debido a la baja demanda, que es parcialmente consecuencia de la baja generación y el consumo directo en los sitios de generación. A medida que el biohidrógeno irrumpe progresivamente, la demanda aumentará y la generación deberá realizarse a gran escala. Este incremento en la generación y la demanda hará viables las rutas de transporte de materiales, que son rentables especialmente en largas distancias. Aparecerán gasoductos, camiones y rutas marítimas específicas para el hidrógeno para satisfacer esta demanda. Con esta apertura y desarrollo de medios adaptados para el hidrógeno y el biohidrógeno, se observará un aumento progresivo en las áreas de uso potencial, donde el transporte, especialmente mediante vehículos pesados y barcos, y el almacenamiento de energía en tanques de amoníaco líquido jugarán un papel fundamental.
El biohidrógeno tiene el potencial suficiente para resolver los problemas de contaminación actuales, pero su uso generalizado no es inmediato. El cambio comienza ahora y la disposición al cambio debe ser evidente. Los próximos pasos incluyen la investigación en todos los procesos de producción de biohidrógeno para aumentar su eficiencia y, con ello, su competitividad; la integración de los puntos de contacto entre distribución y demanda; la gestión de políticas y tecnologías globales; la coordinación ante iniciativas multilaterales de sectores y la creación de una base de conocimiento que sirva como modelo para el establecimiento de iniciativas.
Más información sobre este tema en:
Hidalgo, D., Martín-Marroquín, J. M., & Díez, D. (2022). Biohydrogen: future energy source for the society. In Organic Waste to Biohydrogen (pp. 271-288). Singapore: Springer Nature Singapore.
La inteligencia artificial (IA) está contribuyendo a la transformación de un gran número de sectores, desde sugerir una canción de música hasta analizar el estado de nuestra salud con el reloj, pasando por la industria de la fabricación. Un freno a esta transformación es la complejidad de los sistemas de IA usados, lo que a menudo plantea desafíos en términos de transparencia y comprensión de los resultados que ofrecen. En este contexto, se habla de la capacidad de explicación – o “explicabilidad” – de la IA como la capacidad para hacer comprensibles sus decisiones y acciones a los usuarios – es lo que se conoce como IA explicable, o XAI por sus siglas en inglés; algo que es crucial para generar confianza y asegurar una adopción responsable de la tecnología.
Explicabilidad de la IA; capacidad para hacer comprensibles sus decisiones y acciones a los usuarios.
En la actualidad, se trabaja en un amplio abanico de soluciones tecnológicas para mejorar la explicabilidad de los algoritmos de IA. Una de las principales estrategias incluye la creación de modelos intrínsecamente explicables (ante hoc). Estos modelos, como por ejemplo los árboles de decisión y las reglas de asociación, están diseñados para ser transparentes y comprensibles por naturaleza. Su estructura lógica permite a los usuarios seguir fácilmente el razonamiento detrás de las decisiones. Las herramientas de visualización de explicaciones son clave, ya que representan gráficamente el proceso de toma de decisiones del modelo, facilitando su comprensión por parte de los usuarios. Éstas pueden incluir desde cuadros de mando dedicados hasta gafas de realidad aumentada, pasando por explicaciones en lenguaje natural (por voz o texto).
Sistema intrínsecamente explicable: árbol de decisión. Los nodos intermedios son condiciones que verifican progresivamente hasta llegar a la respuesta final; la secuencia de condiciones es la explicación.
Explicación en lenguaje natural de un sistema de recomendación de nuevas rutas para hacer ejercicio. Extraida de Xu et al. (2023). XAIR: framework of XAI in augmented reality.
Otra familia de técnicas de explicación comúnmente utilizada es la de los métodos post hoc: éstos consisten en, una vez creado un modelo de IA complejo, procesar y analizar a posteriori el propio modelo resultante para explicar sus resultados. Por ejemplo, algunas de estas técnicas evalúan cuánto contribuye cada variable en la respuesta final del sistema (análisis de sensibilidad). Entre las técnicas de explicabilidad post hoc destaca SHAP (SHapley Additive exPlanations), un método basado en la teoría de juegos cooperativos, que permite extraer coeficientes que determinan la importancia de cada variable de entrada en el resultado final del algoritmo de IA.
Otras técnicas incluyen la descomposición, que divide el modelo de IA en componentes más simples y más fácilmente explicables, y la destilación en modelos subrogados (knowledge distillation, surrogate models) que aproximan la función del sistema original, pero son más fácilmente comprensibles. Por otro lado, las llamadas “explicaciones locales” consisten en métodos que explican ejemplos individuales (entrada-salida), no el modelo completo. Un ejemplo son las explicaciones proporcionadas por herramientas como LIME (Local Interpretable Model-agnostic Explanations). En el ejemplo de la siguiente figura se explican las palabras más relevantes para determinar por qué el texto se considera ‘sincero’ (con un 84% de fiabilidad) o ‘insincero’ [Linardatos et al. (2020)].
Un enfoque adicional es la integración de entradas de usuarios en el proceso de construcción del modelo, conocido como «Human-in-the-Loop» (HITL). Este enfoque permite a los usuarios interactuar (e.g. etiquetando datos nuevos) y supervisar los algoritmos de IA, ajustando sus decisiones en tiempo real y mejorando así la transparencia del sistema.
En CARTIF, se está trabajando activamente en diferentes proyectos relacionados con IA, como s-X-AIPI para avanzar en la explicabilidad de los sistemas de IA usados para aplicaciones industriales. Un ejemplo significativo de nuestro trabajo son los dashboards (paneles de visualización o cuadros de mando) diseñados para la supervisión y análisis del rendimiento de los procesos de fabricación estudiados en el proyecto. Estos dashboards permiten a los operadores de planta visualizar y entender cómo se está desempeñando el proceso en tiempo real.
Se han creado modelos predictivos y de detección de anomalías para la industria del asfalto que no solo anticipan valores futuros, sino que también detectan situaciones inusuales y explican los factores influyentes en estas predicciones y detecciones. De esta manera, se ayuda a los operarios a tomar decisiones informadas y a entender mejor los resultados generados por los sistemas de IA y como deben actuar.
La explicabilidad en métodos de IA es esencial para su adopción segura y efectiva en todo tipo de sectores: industria, ventas, logística, farmacia, construcción…. En CARTIF, estamos comprometidos con el desarrollo de tecnologías para crear aplicaciones basadas en Inteligencia Artificial que no sólo mejoren los procesos y servicios, sino que también sean transparentes y comprensibles para los usuarios, en definitiva, que sean explicables.
Co-autor
Iñaki Fernández. Doctor en Inteligencia Artificial. Investigador en el área de Salud y Bienestar de CARTIF
La fermentación es quizá una de las tecnologías más antiguas que ha acompañado a la humanidad desde hace miles de años. A lo largo de la historia, son numerosas las pruebas y vestigios encontrados que demuestran el uso de la fermentación por parte de diversas culturas y civilizaciones, como una práctica común y fundamental en la producción de alimentos y bebidas, o incluso con fines medicinales y ceremoniales.
Así, por ejemplo, se han encontrado restos arqueológicos en China (7000-6600 a.c) de una bebida fermentada hecha de arroz, miel y frutas en vasijas de cerámica, o en Irán (5000 a.c.) jarras de cerámica con residuos de vino, o jeroglíficos y papiros egipcios (2500 a.c.) que describen la producción de cerveza y vino, así como su consumo en ceremonias religiosas y en la vida cotidiana.
Además, el análisis de restos botánicos (semillas, fragmentos de plantas) ha proporcionado pruebas del uso de plantas fermentadas, o más recientemente el análisis y estudio del ADN de levaduras y otros microorganismos, ha permitido tener una evidencia genética del uso de la fermentación desde antiguo. Estos métodos ancestrales sentaron las bases para el uso y evolución de una práctica que ha ido evolucionando significativamente a lo largo del tiempo.
La aplicación de técnicas biotecnológicas para la fabricación de productos farmacéuticos, biocombustibles, fertilizantes y suplementos nutricionales ha demostrado ser una herramienta milenaria que se ha adaptado y sofisticado para adaptarse a las necesidades actuales.
Desafíos globales como la sostenibilidad ambiental, la seguridad alimentaria, la escasez de alimentos, la reducción y valorización de residuos encuentran en la fermentación una herramienta poderosa para abordar estos problemas.
De este modo, el uso de diferentes microorganismos puede ser la clave a la revalorización de diferentes subproductos y residuos de la industria, transformándolos en productos de alto valor como biocombustibles (biodiésel, biogás), compuestos biodegradables (bioplásticos), o moléculas de interés (lípidos, ácidos orgánicos, colorantes, etc.) que pueden ser incorporados de nuevo a la cadena de valor contribuyendo así a una economía circular.
La fermentación puede transformar algunos subproductos agroalimentarios, que de otro modo serían desperdiciados, en productos con perfil organoléptico mejorado, al reducir o transformar compuestos no deseados que afectan negativamente al sabor y la textura. De este modo, los procesos fermentativos pueden mejorar el perfil organoléptico y, por tanto, la aceptabilidad de ciertos subproductos, para posteriormente incorporarlo de nuevo a la cadena de valor.
Otro de los retos futuros es el aumento de la población mundial que trae consigo el aumento de la demanda de proteínas y plantea retos sobre la sostenibilidad de las fuentes tradicionales de las mismas, como la carne y los productos lácteos. Aquí es donde el uso de microorganismos, en este caso la fermentación con hongos, emergen como una alternativa a las fuentes tradicionales de proteínas. La fermentación con hongos es clave para obtener microproteínas que permiten desarrollar sabores y texturas que imitan a la carne y son atractivas sensorialmente para el consumidor. Este tipo de proteínas son ricas en nutrientes de alta calidad, y además se presentan como alternativa que requiere menos recursos naturales (agua y tierra) y produce menos gases efecto invernadero.
La fermentación tiene también el potencial de mitigar la contaminación, teniendo un papel muy importante en la gestión de residuos y la reducción de contaminantes. Así, ciertos residuos orgánicos (aceites usados, residuos industriales, aguas contaminadas) pueden ser fermentados para producir biogás, fertilizantes y bioplásticos, o puede utilizarse para tratar aguas residuales reduciendo compuestos orgánicos antes de ser liberados al medio ambiente. Estos procesos pueden utilizarse también en procesos de biorremediación, tratamientos de suelos y áreas contaminadas.
Incluso otro de los problemas actuales como es la acumulación de millones de toneladas de plástico, podría tener una alternativa en el uso de microorganismos, ya que, según las últimas investigaciones, podrían utilizarse ciertas bacterias y hongos para fermentar y degradar plásticos, como el polietileno y el poliéster, o incluso utilizarlos como fuente de carbono para obtener compuestos de interés.
Por tanto, la fermentación en la actualidad no queda restringida a su uso en la industria alimentaria para la producción de alimentos fermentados. La sociedad debe reconocer y explorar las alternativas que ofrece la biotecnología, y en particular los procesos fermentativos, para enfrentar retos presentes y futuros.
Aprovechar las capacidades de bacterias, levaduras y hongos para transformar materiales residuales en productos útiles, reducir el desperdicio y la contaminación permitirán avanzar hacia un futuro más limpio y sostenible, gracias a los microorganismos, unos compañeros de viaje que desde hace miles de años han sido útiles a la humanidad, y que ahora pueden ser la solución a muchos de nuestros retos futuros.
En el vasto universo de la tecnología energética, las baterías de iones de litio han reinado supremas durante décadas. Desde nuestros teléfonos móviles hasta los vehículos eléctricos, estas baterías han sido el motor silencioso que impulsa nuestra vida cotidiana. Pero, como toda tecnología, el litio también tiene sus limitaciones y desafíos. ¿Qué viene después? Acompáñanos a explorar las baterías del futuro y las alternativas al litio que podrían transformar el mundo.
¿Por qué buscar alternativas al litio?
El litio tiene numerosas ventajas, pero también presenta desafíos significativos. La extracción de litio puede ser ambientalmente costosa, y la creciente demanda está ejerciendo presión sobre los suministros globales. Además, las baterías de litio, aunque eficientes, tienen limitaciones en cuanto a capacidad de almacenamiento y seguridad. Entonces, ¿qué opciones tenemos?
Avances en baterías: superando retos para un futuro energético sostenible
En la búsqueda de alternativas más accesibles y abundantes que las baterías de litio-ion, las baterías de sodio-ion están emergiendo como una opción prometedora al utilizar sodio en lugar de litio como ion activo. Aunque actualmente no alcanzan la misma densidad energética que las baterías de litio, las baterías de sodio-ion ofrecen ventajas significativas en seguridad y sostenibilidad al emplear materiales más abundantes y menos costosos. Además, las baterías de estado sólido representan otra innovación al reemplazar el electrolito líquido por uno sólido, mejorando la seguridad y, potencialmente, la eficiencia energética con densidades de energía más altas y tiempos de carga más rápidos, lo que las hace ideales para aplicaciones en vehículos eléctricos y dispositivos portátiles. Por último, el grafeno, conocido por su estructura ultradelgada y resistente, está revolucionando el almacenamiento energético con promesas de tiempos de carga ultrarrápidos y una larga vida útil, promoviendo avances significativos en electrónica de consumo e industrias, y allanando el camino hacia una nueva generación de dispositivos más eficientes y duraderos.
Más allá de las baterías: explorando nuevas fronteras en almacenamiento energético
Aunque las baterías eléctricas han sido el pilar del almacenamiento energético moderno, depender únicamente de una tecnología no es suficiente para enfrentar los desafíos energéticos del futuro. La diversificación de las fuentes de almacenamiento es esencial para crear un sistema energético robusto y resiliente. Además de las baterías eléctricas, explorar opciones como el almacenamiento térmico y otros métodos innovadores nos permitirá aprovechar mejor las energías renovables, optimizar la eficiencia energética y asegurar un suministro constante y fiable.
¡Vamos a descubrir algunas de estas fascinantes alternativas!
¿Se pueden aprovechar recursos naturales abundantes para el almacenamiento de energía? ¡Aire y agua lo demuestran!
El almacenamiento de energía con aire comprimido (CAES) utiliza cavernas subterráneas o tanques para comprimir aire a alta presión durante periodos de baja demanda eléctrica. Cuando se requiere electricidad, el aire comprimido se expande para generar energía eficientemente mediante turbinas, siendo crucial para estabilizar redes eléctricas en áreas donde la topografía no permite embalses. Por otro lado, el almacenamiento hidráulico aprovecha embalses y presas para almacenar y liberar agua según la demanda, proporcionando estabilidad al sistema eléctrico y facilitando la integración de energías renovables intermitentes hacia un futuro más sostenible y estable.
Revolución energética: cómo cubrimos los picos de demanda con tecnología avanzada
En el vibrante mundo de la energía, uno de los mayores desafíos es gestionar esos momentos en los que el consumo energético se dispara inesperadamente. ¿Cómo aseguramos que nuestra red eléctrica aguante sin apagones?
Una alternativa pueden ser los volantes de inercia, que destacan por su capacidad de almacenar energía cinética en un disco giratorio y liberarla casi al instante. Pero no son los únicos héroes en este escenario. Los supercondensadores, con su habilidad para cargar y descargar energía a velocidades vertiginosas, también juegan un papel crucial al proporcionar un impulso de energía cuando más se necesita.
Al integrar estas tecnologías, capaces de proporcionar grandes picos de potencia en cortos períodos de tiempo, con otros sistemas de almacenamiento o generación, se logra una notable estabilidad en las redes eléctricas. Esto es especialmente beneficioso para pequeñas o medianas redes que se propongan operar de forma aislada, asegurando un suministro energético confiable y constante.
Materiales de cambio de fase (PCM): calor bajo control y materiales de cambio térmico (TCM): almacenamiento eficiente
Los materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) son sustancias que almacenan y liberan grandes cantidades de energía térmica durante su proceso de fusión y solidificación. Estos materiales pueden ser utilizados para aplicaciones como laclimatización de edificios, mejorando la eficiencia energética y reduciendo la necesidad de sistemas de calefacción y refrigeración tradicionales.
Similar a los PCM, los materiales de cambio térmico (TCM) almacenan energía térmica, pero con mecanismos diferentes, como la absorción y liberación de calor mediante reacciones químicas. Los TCM pueden ser usados en sistemas de almacenamiento de energía térmica para plantas de energía solar, aumentando la eficiencia y la capacidad de almacenamiento.
Almacenamiento y transporte: amoníaco e hidrógeno. Soluciones integradas
El amoníaco está emergiendo como un vector energético prometedor. Puede ser utilizado como combustible directamente o como medio de almacenamiento de hidrógeno. Al ser liquido a temperatura y presión moderadas, es más fácil de almacenar y transportar que el hidrógeno puro. Además, se puede producir de manera sostenible utilizando energías renovables.
El hidrógeno es considerado por muchos como el combustible del futuro. Puede ser producido a partir de agua utilizando energía renovable, almacenado y luego convertido nuevamente en electricidad mediante celdas de combustible. Además, tiene aplicaciones térmicas y de movilidad. Sin embargo, el desafío sigue siendo la infraestructura para su producción, almacenamiento y distribución de manera eficiente y segura.
El futuro de las baterías y el almacenamiento energético es brillante
La carrera por la próxima generación de tecnologías de almacenamiento energético está en pleno apogeo. Con tantas opciones prometedoras en el horizonte, el futuro de la energía portátil y el almacenamiento parece más brillante que nunca. Desde el sodio y el grafeno hasta los innovadores materiales de cambio de fase y el hidrógeno, estamos a punto de presenciar una revolución energética.
En CARTIF, nos destacamos con proyectos innovadores que exploran soluciones avanzadas para el almacenamiento energético, como THUMBS UP y SINNOGENES, entre otros. Estos proyectos reflejan nuestro firme compromiso con la investigación y el desarrollo de tecnologías sostenibles que están destinadas a transformar el panorama energético global. Mantente al tanto de las últimas novedades visitando nuestro blog y la página web para seguir de cerca estos emocionantes avances.
