miércoles, 4 de septiembre de 2013

Biorreactores para la producción de Microalgas y obtención de Bioproductos







La misión del proyecto es la de Desarrollar un Sistema Integral de Producción de Bioproductos de Microalgas en Fotobioreactores. Actualmente existe un gran Interés de las Industrias Europeas y Latinoamericanas en el Área que Desarrollamos. Las microalgas son consideras una fuente prometedora de nuevos Bioproductos: son una fuente más sustentable de ácidos grasos (omega 3) que el aceite de pescado y una fuente tan poderosa de antioxidantes como los carotenoides. Así mismo son una fuente natural rica en antioxidantes, los cuales las protegen de radicales libres generados durante la fotosíntesis.

Las microalgas son la única fuente de biocombustible no emisora de carbono (huella ecológica cero) que tiene el potencial de sustituir una parte significativa de nuestra demanda de combustible sin influenciar negativamente a la agricultura para la producción de alimento. El tratamiento de aguas residuales usando microalgas es más eficiente energéticamente que las tecnologías de tratamiento de aguas residuales que se utilizan en la actualidad. En lugar de remover nutrientes valiosos esta técnica permite que los nutrientes puedan ser reciclados a biomasa que puede ser usada como fuente de alimento para animales, energía o material de construcción para la industria química. Esto contribuye a un uso más eficiente de los recursos. De igual forma, al estimular nuevas aplicaciones para la industria biotecnológica generando productos que no pueden ser producidos mediante métodos convencionales, nuestra investigación contribuirá a extender y fortalecer el conocimiento de la bioeconomía. Este proyecto pretende colaborar cercanamente con las industrias europeas y latinoamericanas, compañías desarrolladoras de procesos, usuarios finales e instituciones de investigación líderes que reforzarán la excelencia científica y tecnológica, la importancia industrial y el potencial económico, social y ambiental de esta investigación.

Nuestro equipo de trabajo ha desarrollado una nueva generación de Fotobiorreactores Solares para la producción de microalgas. Resultados experimentales demuestran que la producción de biomasa puede aumentarse más de un 40% bajo condiciones de alta concentración de dióxido de carbono (respecto condiciones ambientales estándares). Asimismo, nuestra experiencia en la modelación y producción de microalgas a nivel laboratorio puede escalarse a sistemas de alta producción para el cultivo y extracción de ácidos grasos para la generación de Bioproductos. El principal reto técnico-económico consiste en maximizar y acoplar la producción de microalgas con los subprocesos para la generación de Bioproductos. Esta línea de investigación se trabaja colaborativamente entre la Cátedra de Energía Solar y Termociencias y el Centro del Agua para América Latina y el Caribe del ITESM. Se ha colaborado con el registro de la patente con número: MX/A/2012/009725, MX/A/2012/013047.

Laboratorio de Termofluidos


La complejidad del entorno, la velocidad y la magnitud de los cambios actuales obligan a realizar un análisis constante de las estrategias que nos permiten obtener el mejor aprovechamiento del abundante recurso energético en México
Para poder realizar lo anterior es preciso que los estudiantes del ITESM (de profesional y posgrado) conozcan y apliquen los conceptos de termodinámica, transferencia de calor y mecánica de fluidos para el desarrollo de productos, sistemas y equipo innovadores. En el área de termofluidos (refrigeradores, bombas, compresores, motores de combustión interna, turbinas, intercambiadores de calor…), se involucra a los estudiantes de Ingeniería Mecánica en proyectos de investigación con las industrias  donde se aplican los conocimientos adquiridos en la carrera y se desarrollan habilidades para su vida profesional. La Cátedra de Energía Solar y Termociencias, en conjunto con el Laboratorio de Termofluidos, ha colaborado procurando desarrollar y fortalecer el vínculo Académico-Industrial, por ejemplo, con empresas como: Prolec GE, Danfoss, Ternium, Cerrey, Nemak, Schneider Electric, Rotoplas, Vitro, Clúster Automotriz, Nutec, Cooper Industries, Inventive Power, Enerwork, FEMSA, Coppel, Grupo Cafica)

Sistemas de Refrigeración Solar por Absorción

El ciclo de absorción es un proceso mediante el cual el efecto de enfriamiento es obtenido con la remoción de calor mediante la evaporación de un fluido refrigerante a baja presión. Ferdinand Carré inventó este ciclo de refrigeración en 1846 y Albert Einstein (patente US/1927/001781541) diseño el primer prototipo experimental en 1927. En 1997 el Dr. Manrique (patente US/1997/005666818) desarrolló un sistema de refrigeración solar por absorción de amoníaco y agua. En el 2008 el Dr. García (patentes MX/A/2008/011472 y PCT/MX/2009/000097) diseñó un sistema más eficiente del mismo método. El equipo del Dr. García sigue trabajando para:
1.    Encontrar el punto de costo y desempeño del equipo.
2. Optimizar el generador de refrigeración manejado por energía solar térmica.
3.    Aumentar la eficiencia del sistema de refrigeración solar.
4.    Reducir los costos de inversión.
5.    Hacer más competitiva esta tecnología a nivel comercial.

El objetivo del proyecto es desarrollar investigación y emprendimiento de base tecnológica social, través del desarrollo de un sistema de refrigeración solar por absorción que haga posible la utilización de forma eficiente y económica la energía solar para aplicaciones en aire acondicionado, refrigeración y calefacción de alta eficiencia y bajo costo para viviendas residenciales y aplicaciones comerciales.

Ventajas competitivas
  • Tecnología sustentable no contribuye al calentamiento global ni al deterioro de la capa de ozono.
  • Uso de refrigerantes ambientalmente amigables.
  • Consumo de energía eléctrica 2.5 menor respecto de la tecnología convencional,
  • Se genera aire acondicionado y calefacción a la vez.
  • Mayor tiempo de vida y menor costo de operación y mantenimiento que las tecnologías convencionales.
  • No hay competidores directos a nivel nacional.

Sistema de Concentración Solar Semi-Pasivo


( Basado en una Lente Fresnel y un Arreglo de Micro-Heliostatos )


Los concentradores solares son sistemas que focalizan la radiación proveniente del Sol para obtener altos niveles de energía y temperatura en un área reducida. Esto se logra al exponer al Sol una superficie reflejante o refractante que direcciona los rayos incidentes hacia un foco, ya sea un punto o una línea, según la aplicación. Para mantener el foco en posición, el concentrador debe seguir la trayectoria solar a lo largo del día y a través del año, lo que se dificulta al contar con una superficie de captación, un recibidor y una estructura de gran peso. Además, el sistema debe soportar las cargas del viento sin deformarse ni perder su orientación. Actualmente, un concentrador solar semi-pasivo se encuentra en desarrollo. Su objetivo es reducir el ajuste en la posición de la superficie captadora, en éste caso una lente Fresnel, a través de un arreglo de micro-heliostatos que siguen la trayectoria solar con mínimo movimiento y esfuerzo. Su configuración permite contar con un foco estacionario y una lente en posición horizontal para disminuir las cargas del viento. 
Hasta el momento, el concepto se ha validado a través de un prototipo de 0.8 m2 que permite alcanzar temperaturas por encima de los 1,400°C con una concentración de 670 soles en una latitud φ = 25º39'15''N. Además se cuenta con el registro de patente con número MX/A/2011/007913. Actualmente el concentrador solar se encuentra en su etapa de escalamiento a 9 m2 para ser instalado en la Casa Solar del Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey para fines de almacenamiento térmico alcanzando una concentración de 1,000 soles.

Producción de Biocombustibles a partir de Microalgas

El proyecto “Producción de biocombustibles a partir de microalgas” forma parte del programa Células de Incubación derivándose un spin off, ALTESO. Algae Technology Solutions (ALTESO) es un proyecto de incubación de empresa de base tecnológica que surge con la necesidad de satisfacer las demandas bioenergéticas de la aviación, bioturbosina (o bioKPS). Este biocombustible puede ser mezclado con combustible fósil convencional comercial y militar. México ha puesto como meta sustituir el 1% de turbosina por bioturbosina para el 2015 y el 15% para el 2020, lo cual equivale a 40 millones y 700 millones de litros anuales respectivamente.
La bioturbosina o biokeroseno parafínico sintético (bioKPS) es un combustible que puede ser utilizado en motores de los aviones sin modificación alguna. Este biocombustible puede ser mezclado con combustible fósil convencional comercial hasta en un 50% (regulado a través de la norma ASTM D7566-11). El uso de microalgas para producción de bioturbosina no requiere uso de suelo fértil y no promueve los monocultivos como los biocombustibles de primera y segunda generación. Se ha colaborado con el registro de la patente con número: MX/A/2011/012572, MX/A/2011/008773.

Sistema de Refrigeración por Eyecto-Compresión con Eyector de Alta Eficiencia






La refrigeración por eyecto-compresión es una alternativa a los ciclos de absorción y adsorción que comúnmente son asociados con la refrigeración solar debido a que mediante esta misma fuente es posible generar el vapor motriz requerido por el eyector. El objetivo del proyecto es diseñar un eyector de alta eficiencia que maximice su transferencia de momentos y que implemente mecanismos de geometría variable controlados de manera automática para asegurar el correcto funcionamiento del sistema de refrigeración híbrido de eyección-compresión mecánica. Hasta el momento se ha logrado la creación de la primera unidad de pruebas de refrigeración por eyecto-compresión en el ITESM Campus Monterrey.

Destilación de Bioetanol con Energía Solar

Diseñar un Sistema de Destilación cuya principal fuente de Energía sea la Energía Solar optimizando el Consumo Energético y Costos de Operación de todo el proceso. Este proyecto analizó la factibilidad técnica y económica de realizar una destilación de la mezcla etanol y agua, empleando energía solar como fuente primaria de energía. La solución de entrada al sistema, pobre en etanol, se obtiene de un proceso de fermentación realizado sobre producto no conforme de refresco y se espera obtener a la salida una mezcla rica en etanol, 95% wt. El equipo de investigación examinó el funcionamiento de los componentes más importantes del sistema de destilación solar (columnas de destilación, intercambiadores de calor, colectores solares térmicos), llevó a cabo su diseño considerando las condiciones de operación asumidas para el sistema y presentó un análisis económico que determina la viabilidad financiera del proyecto. Este trabajo se desarrolló en la Casa Solar de forma conjunta entre la Cátedra de Energía Solar y Termociencias y el Centro del Agua del Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey. Se ha colaborado con el registro de la patente con número: MX/A/2012/012466.