Catalogo Energia

oficina decomercializacin

de la investigacin

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08

O F E R T A T E C N O L G I C A ,S E R V I C I O S T C N I C O SY P R O G R A M A S D E I + DT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O ,T E C H N I C A L S E R V I C E SA N D R & D N E T W O R K S

C AT L O G O D E

EnergaEnergy

www.madrimasd.org

oficina decomercializacin

de la investigacin

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E D I TA

F u n d a c i n m a d r i + d p a r a e l C o n o c i m i e n t o

C O O R D I N A C I N T C N I C A Y E D I T O R I A L

C e n t r o p a r a l a I n n o v a c i n , T r a n s f e r e n c i ad e T e c n o l o g a y d e l C o n o c i m i e n t o ( C I N T T E C ) .U n i v e r s i d a d R e y J u a n C a r l o s

D I S E O

b a s e 1 2 d i s e o y c o m u n i c a c i n , s . l .

D E P S I T O L E G A L

M - 7 9 4 8 - 2 0 0 8

UniversidadRey Juan Carlos

S U M A R I O / S U M M A R Y

I N T R O D U C C I N / I N T R O D U C T IO N |4-5|

O F E R TA T E C NO L G IC A / T E C H NO L O G Y P O R T F O L IO |7|

C o ns e j o S u p e r i o r d e I n v e s t i g a c i o ne s C i e n t f i c a s ( C S I C ) |8|

I n s t i t u t o Na c i o na l d e T c n i c a Ae ro e s p a c i a l ( I N TA ) |23|

Un i v e r s i d a d de A l c a l ( UA H ) |33|

Un i v e r s i d a d Au t no ma de Ma d r i d ( UA M ) |38|

Un i v e r s i d a d C a r l o s I I I d e Ma d r i d ( U C 3 M ) |42|

Un i v e r s i d a d C o m p l u t e n s e de Ma d r i d ( U C M ) |52|

Un i v e r s i d a d Po n t i f i c i a C o m i l l a s ( U P C O ) |75|

Un i v e r s i d a d Po l i t c n i c a de Ma d r i d ( U P M ) |88|

Un i v e r s i d a d R e y J ua n C a r l o s ( U R J C ) |140|

S E R V IC IO S T C N IC O S / T E C H N IC A L S E R V IC E S |153|

C e n t r o de I n v e s t i g a c i o ne s E ne rg t i c a s Me d io a m b i e n t a l e s

y Te c no l g i c a s ( C I E M AT ) |154|

I n s t i t u t o Na c i o na l d e T c n i c a Ae ro e s p a c i a l ( I N TA ) |163|

I n s t i t u t o de S a l ud C a r l o s I I I ( I S C I I I ) |169|

Un i v e r s i d a d de A l c a l ( UA H ) |171|

Un i v e r s i d a d C a r l o s I I I d e Ma d r i d ( U C 3 M ) |174|

Un i v e r s i d a d Na c i o na l d e E duc a c i n a D i s t a nc i a ( U N E D ) |178|

Un i v e r s i d a d Po l i t c n i c a de Ma d r i d ( U P M ) |180|

P R O G R A M A S D E AC T I V I DA D E S D E I + D E N E N E R G A D E L A C O M U N I DA D

D E M A D R I D / R & D M A D R I D N E T W O R KS . S U P P O R T E D BY G E N E R A L D I R E C TO R AT E

O F R E S E A R C H A N D U N I V E R S I T I E S . C O M U N I DA D D E M A D R I D |187|

C O M L I M A MS |189|

E N E R C A M |193|

F OTO F L E X - C M |198|

N U M A N C I A |202|

P H IS IC O 2 |208|

E N L A N C E S D E I N T E R S / L I N KS O F I N T E R E S T |213|

4I N T R O D U C C I N

La Comunidad de Madrid acoge un elevado nmero de instituciones generadoras deconocimiento con un claro impacto en la riqueza y el bienestar regional. Sin embargo, esnecesario crear canales adecuados de comunicacin entre la comunidad investigadora, queaporta resultados y avances cientficos, y las empresas, capaces de aplicar las soluciones ydescubrimientos a las necesidades industriales o al desarrollo de nuevos o mejorados productosy servicios. Dinamizar y sintonizar intereses y retos socio-econmicos con las agendas yresultados de investigacin de los grupos cientficos es uno de los objetivos del Sistemamadri+d.

Mediante la edicin de los Catlogos de Oferta Tecnolgica, Servicios Tcnicos y Programasde Actividades de I+D, el Sistema madri+d desea hacer visible las lneas de trabajo, resultadosy tecnologa generada en las universidades y centros pblicos de investigacin, as comoel potencial y amplio abanico de servicios tcnicos que ofrece la Red de Laboratorios madri+d.

Esta coleccin de catlogos se ha concebido como una herramienta de promocin tecnolgica,tanto regional, favoreciendo la comunicacin entre oferentes y demandantes de tecnologadel Sistema madri+d, como en el mbito nacional e internacional, ya que su contenidoser presentado y difundido a travs de la Red Europea de Centros de Enlace para la Innovacin.

La publicacin del Catlogo de Oferta Tecnolgica, Servicios Tcnicos y Programas de I+D,promovida por la Fundacin madri+d para el Conocimiento, ha sido posible gracias a lascontribuciones y compromiso de las unidades de transferencia de tecnologa de las institucionesy miembros del Sistema madri+d. La coordinacin tcnica y editorial ha sido supervisada porel Centro para la Innovacin, Transferencia de Tecnologa y del Conocimiento de laUniversidad Rey Juan Carlos.

Con esta iniciativa, la administracin regional acerca y promueve el aprovechamientoeconmico y social de la ciencia, buscando vas de encuentro entre los entornos acadmicoy empresarial.

Febrero 2008

5I N T R O D U C T I O N

The Regional Government of Madrid gathers a large number of knowledge-generatinginstitutions than make a huge impact on the Regions wealth and welfare. But this effortwould be worthless in the absence of the right communication channels between theresearch community (with its output and scientific breakthroughs) and businesses (whichturn such solutions and breakthroughs into new and improved products and services).One of the goals of madri+d is to promote the agenda and research output of scientificcommunities, making them compatible with the regions socio-economic interests andchallenges.

By publishing the Regional Technology Portfolio, Technical Services and R&D Networks ,madri+d system wants to take visible those technologies, research lines and resultsgenerated in different universities and public research centers of the region, thuspromoting the potential and broad range of technical services provided by the madri+dLaboratory Network.

This collection of catalogues has been conceived as a tool for the enhancement oftechnological progress, both at a regional level (improving communication between thosewho supply and those who request technologies within the madri+d System) as well as ata national and international level, since its contents will be presented and disseminatedthrough the Innovation Relay Centers Network.

The publication of the Technology Portfolio, Technical Services and R&D Networks,promoted by the Fundacin para el Conocimiento madri+d, has been possible thanks tothe contribution and commitment of the Technology Transfer Units of differentinstitutions and members of the madri+d System. Technical and editorial coordinationwas overseen by the Universidad Rey Juan Carlos Technology Transfer Office.

With this initiative, the Regional Government of Madrid encourages the social andeconomic exploitation of science, bringing it closer to its users, with the aim of finding acommon ground where the worlds of academia and business can cooperate.

February 2008

O F E R T A T E C N O L G I C AT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O


CSIC_01 Nuevo electrocatalizador para nodos de pilasde combustible de membrana de intercambio

de protones con alimentacin directa de

metanol |9|

CSIC_02 Membranas conductoras protnicas basadas enpolmeros de tipo polibencimidazol y

materiales hbridos y nanocompuestos

derivados de los mismos. Aplicacin en pilas

de combustible polimricas |12|

CSIC_03 Electrolito slido protnico para pilas decombustible |15|

CSIC_04 Demostrador didctico del ciclo solar delhidrgeno |18|

CSIC_05 Biocatalizadores para pilas de combustible dehidrogeno |21|

Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC)

CSIC_01 Novel anodic electrocatalyst for directmethanol proton exchange membrane fuel

cells (DMFC's) |9|

CSIC_02 Proton-conducting membranes based onpolymers of the polybenzimidazole type and

hybrid nanocomposite materials based on

them. Application to PEM Fuel Cells |12|

CSIC_03 Protonic solid electrolyte for fuel cells |15|

CSIC_04 Didactic demonstrator of the solar hydrogencycle |18|

CSIC_05 Hidrogenase based electrode able to act asanode in hydrogen fuel cells |21|

9C AT L O G O D EO F E R TA T E C N O L G I C AT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O

EnergaEnergy

R E S U M E N

El Instituto de Catlisis y Petroleoqumica ha patentado un

nuevo procedimiento para la obtencin de un electrocatalizador

para pilas de combustible polimricas de metanol, con actividad

igual a los comerciales, pero con mayor estabilidad, permitiento

construir pilas de mayor durabilidad. El inters radica en el des-

arrollo industrial de dicho procedimiento. El Instituto est bus-

cando socios industriales del sector pilas de combustible o de

componentes interesados en el desarrollo de este mtodo.

| DESCRIPCIN Y CARACTERSTICAS FUNDAMENTALES|

Una de las principales desventajas de los actuales electrocatalizado-res que se usan en los nodos de las pilas de combustible de membra-na de intercambio de protones con alimentacin directa de metanol(DMFC), es, por una parte, su baja actividad, si se los compara conlos usados en las pilas de hidrgeno, y por otra parte su desactiva-cin, que produce una disminucin con el tiempo de la actividad de losmismos. Los electrocatalizadores con mejores prestaciones y que mini-mizan estos dos efectos son los basados en platino y rutenio soporta-dos en negro de humo, y sta es la composicin de los actuales elec-trocatalizadores comerciales. Pero incluso en estos electrocatalizado-res la actividad es baja y la desactivacin es considerable.

En el Grupo de Estructura y Actividad de Catalizadores (EAC) delInstituto de Catlisis y Petroleoqumica del CSIC, se inici en el ao2001 una lnea de investigacin sobre desarrollo de este tipo de elec-trocatalizadores, lnea que tena su fundamento en el trabajo previodesarrollado en el grupo desde 1994 para la mejora de catalizadoresde produccin de hidrgeno para pilas de combustible y, sobre todo,en la larga experiencia que el grupo tiene en preparacin, caracteri-zacin y optimizacin de catalizadores metlicos soportados.

A B S T R A C T

Institute of Analysis and Petroleum Chemistry has patented a

new method to prepare an electrocatalyst for methanol-fed

polymeric fuel cell, with a similar activity than the

commercial ones, but with a better stability which would

turn into more durable fuel cells. The main point relies in the

industrial develop of such procedure. The Institute is looking

for Industrial Partners form the Fuel Cell and components

sector to license agreement.

| DESCRIPTION AND SPECIAL FEATURES|

One of the main drawbacks of the available anodic electrocatalystsfor Direct Methanol Proton Exchange Membrane Fuel Cells (DMFC) isfirst of all the low activity compare with their counterpartsemployed in hydrogen fuel cells. On the other hand the progressivedeactivation which produces a decreasing in their activity. Theelectrocatalysts with the best performance in that sense are basedon platinum and ruthenium supported on carbon black, and is theonly formulation of industrial electrocatalysts available up to now.Although even with those electrocatalysts, the activity is low andthe deactivation is remarkable. The Group of Structure and Activityof Catalysts (EAC) of the Institute of Catalysis and Petrochemistrystarted a new research line in 2001 for the developing of these typeof electrocatalysts, based in the background knowledge of the groupsince 1994 in the closely related area of hydrogen production forfuel cells, and, mainly, in the broad experience in the area ofpreparation, characterization and optimization of supported metalscatalysts.One of the main objectives in this research line consisted in thepreparation of electrocatalysts for methanol electrooxidation based

R E S E A R C H E R / S Miguel Antonio Pea JimnezO R G A N I Z A T I O N Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC)D E P A R T M E N T Institute of Analysis and Petroleum Chemistry

Nuevo electrocatalizador para nodos de pilas de combustiblede membrana de intercambio de protones con alimentacindirecta de metanol

Novel anodic electrocatalyst for direct methanol proton exchangemembrane fuel cells (DMFC's)

10

Uno de los objetivos principales de esta lnea de investigacin ini-ciada era la obtencin de catalizadores para la electrooxidacin delmetanol, compuestos de platino y rutenio depositados en un soportecarbonoso, concretamente negro de humo, que, teniendo la misma acti-vidad de los comercializados actualmente, fueran de una estabilidadmucho mayor. La tecnologa desarrollada consiste bsicamente en lautilizacin de un nuevo procedimiento para la preparacin de este tipode electrocatalizadores, basado principalmente en el tratamiento pre-vio del soporte carbonoso con agentes oxidantes, produciendo un aumen-to del nmero de grupos funcionales superficiales del negro de humo.Estos agentes oxidantes pueden ser variados, pero se eligen preferen-temente agua oxigenada o cido ntrico, relativamente fciles de uti-lizar y no demasiado costosos. La temperatura de tratamiento es infe-rior a 100C, preferentemente cercana a la temperatura ambiente, porlo que el tratamiento en si tampoco resulta complicado. El resto delproceso para la preparacin del catalizador, no difiere de los conoci-dos en la tecnologa actual, por lo que la modificacin del mtodo noes complicada y proporciona grandes ventajas, ya que permite obte-ner electrocatalizadores de caractersticas nuevas, que mejoran los cono-cidos en el estado de la tcnica, con mejores actividades electrocata-lticas y menor grado de desactivacin.

| ASPECTOS INNOVADORES|

Dado que uno de los problemas fundamentales de durabilidad de lasDMFC es justamente la desactivacin del electrocatalizador andico, paraabrir las puertas a la comercializacin de las DMFC es necesario dispo-ner de un electrocatalizador estable que aumente el tiempo de vida dela pila de combustible. La tecnologa desarrollada permite la preparacinde este tipo de electrocatalizadores, por un mtodo que no complicalos existentes actualmente, nicamente aade un paso previo adicio-nal, relativamente sencillo, como es la del tratamiento del soporte car-bonoso con agentes oxidantes de bajo precio y en condiciones suaves.Las pruebas electroqumicas realizadas al electrocatalizador desarrolla-do con esta tecnologa han mostrado que la actividad cataltica es muysimilar a la de los catalizadores comerciales o ligeramente superior.Pero lo ms importante es que, en el intervalo de tiempo de ensayoutilizado en el que se observaba una clara prdida de actividad el elec-trocatalizador comercial, el electrocatalizador desarrollado mantena suactividad sin un prdida apreciable de la misma. La utilizacin de esteelectrocatalizador en una pila DMFC aumentara por lo tanto su durabi-lidad hasta un tiempo que podra permitir su comercializacin.

| VENTAJAS COMPETITIVAS|

Esta tecnologa permitira a una empresa producir un electrocatali-zador andico para pilas de combustible de membrana de intercambiode protones alimentadas con metanol que tiene mayor estabilidadque los electrocatalizadores comerciales. Por lo tanto, cualquier empre-sa con planes de comercializacin de componentes de pilas de combus-tible, dispondra de la tecnologa adecuada para la fabricacin de estecomponente de forma que sea competitivo en el mercado. Tambin esadecuado para empresas cuyo objetivo sea la fabricacin de pilas decombustible, ya que dispondrn de una tecnologa alternativa a la exis-tente en el mercado para la fabricacin de este componente.

on platinum and ruthenium supported in carbons, namely carbonblack, in order to obtain the same activity than the commercial onesand an improved stability. The developed technology consists mainlyin a new method for the preparation of this type of electrocatalysts,based essentially in the treatment of the carbonaceous support withoxidant agents, producing the functionalization of the carbonaceoussupports with surface oxygenated groups. Different oxidising agentscan be used, but nitric acid and hydrogen peroxide are preferred,since they are easy to handle and of relatively low cost. Thetreatment procedure is quite simple and the temperature is keptbetween room temperature and 100C, although ambienttemperature is preferred. The rest of the experimental procedurefollows well-known methods of the art, therefore the modification ofthe preparation method is not expected to be complicated and itwill provide numerous advantages since it will permit thepreparation of a novel electrocatalytst improving the known ones,displaying better activities and stabilities.

| INNOVATIVE ASPECTS|

Given that the main drawback for the stability of the DMFC is theanodic electrocatalyst deactivation, it is mandatory to obtain a verystable catalyst that increases the durability of the fuel cells beforetheir industrial commercialization. The developed technology allowsthe preparation of electrocatalysts in a simple way with an extranon-complicated step in the described experimental methods whichconsist in the treatment of the support with low cost oxidant agentsin mild experimental conditions. The electrochemical tests of theelectrocatalysts prepared according to this method have shown thattheir activity is comparable to the commercial catalysts, or slightlybetter. But, more importantly, the stability was kept unchangedwhilst a commercial catalyst decayed ostensibly along the time.Using this electrocatalysts in a DMFC cell would increase itsdurability allowing then their marketing.

| COMPETITIVE ADVANTAGES|

This technology would allow a company to produce an anodicelectrocatalyst for direct methanol proton exchange membrane fuelcells showing a better stability that the commercial electrocatalysts.Any company planning to develop fuel cell components would havethe technology for the production of this component in acompetitive way. This also applies to companies dedicated to thefabrication not only the parts but the complete fuel cell stack, sincethis technology will be an alternative to the available products inthe market.

CSIC_01

11

| TIPO DE COLABORACIN SOLICITADA|

Acuerdo de licencia.

ComentariosLa produccin de este electrocatalizador la puede realizar cualquierempresa que disponga de medios para la sntesis qumica del mismo,y que se describe en la patente de invencin, y puede ser tanto unaempresa que comercialice dicho electrocatalizador para un tercer agen-te, o una empresa que lo utilice directamente para la fabricacin delnodo de la pila de combustible. Este nodo puede as mismo ser comer-cializado directamente, o la misma empresa puede llevar a cabo su incor-poracin a una MEA (Ensamblaje Membrana-Electrodo), y as sucesi-vamente hasta finalizar la fabricacin de la pila de combustible com-pleta, dependiendo de las capacidades productivas de la empresa. Elcampo de comercializacin de las pilas de combustible de membranade intercambio de protones alimentadas directamente con metanol esan incipiente, pero incluye todas las aplicaciones en que es necesa-ria la produccin porttil de electricidad (telfonos mviles, ordenado-res porttiles, cmaras digitales, etc.), as como el campo de la auto-mocin (vehculos elctricos) y la generacin estacionaria de electri-cidad (unidades autgenas para viviendas).

Algunas empresas posibles son: AJUSA, DAVID FCC, ATIPIC (Espaa). Johnson Matthey, Gruppo De Nora (Internacional).

| G R A D O D E D E SA R R O L L O D E L A T E C NO L O G A|

En fase de desarrollo.

| E S TA D O D E L A P R O P I E DA D I N D US T R I A L E I N T E L E C T UA L|

Patente solicitada.

ComentariosSolicitud ES200402567, 26 octubre 2004, Espaa.

| F U E N T E D E F I N A N C I AC I N D E L A T E C NO L O G A|

Proyecto nacional.Vectores energticos limpios: nuevos conceptos y vias catalticas deproduccin (MAT2001-2215-C03-01).

| TYPE OF COLLABORATION SOUGHT|

License agreement.

CommentsThe electrocatalyst production can be reached by any company withthe adequate facilities for the chemical synthesis, describedthoroughly in the invention patent. The company can produce theelectrocalalysts for another company, or use it directly for thepreparation of the anode. This anode can be directly sold, or can beused for the production of the Membrane Electrode Assembly (MEA),and so on, until completing the final fuel cell stack, depending onthe productive capacity of the company. The area ofcommercialization of direct methanol proton exchange membranefuel cells is still emerging but includes all the applications forportable energy production (cellular phones, laptops, cameras,) aswell as auto motion (electric vehicles) and stationary electricityproduction (Uninterrupted Power Supply units).

Possible companies: AJUSA, DAVID FCC, ATIPIC (Spain). Johnson Matthey, Gruppo de Nora (International).

| C U R R E N T S TAG E O F D E V E L O P M E N T O F T H E T E C H N O L O G Y|

Development phase.

| C U R R E N T S TAT E O F I N T E L L E C T UA L P R O P E RT Y|

Patent applied.

CommentsApplication ES200402567, 26 October 2004, Spain.

| F I N A N C I A L S O U R C E O F T H E T E C H N O L O G Y|

National project.

CSIC_01

C O N T A C T P E R S O N : Jose M Bielza de OryO R G A N I Z A T I O N : CSICP H O N E : +34 91 585 49 55 F A X : +34 91 585 51 96 E - M A I L : [email protected]

12

C AT L O G O D EO F E R TA T E C N O L G I C AT E C H N O L O G Y P O R T F O L I O

EnergaEnergy

R E S U M E N

El grupo de electroqumica de materiales del Instituto

de Ciencia de Materiales (CSIC) ha desarrollado nuevos mate-

riales hbridos y polimricos (tipo polibencimidazol) para la

fabricacin de membranas conductoras de protones aplica-

bles como electrolitos en pilas de combustible polimricas,

pero tambin en otros dispositivos electroqumicos como super-

condensadores en los que se necesite una excelente conduc-

tividad protnica. Estas membranas, que pueden ser impreg-

nadas con cidos para mayor conductividad presentan una ele-

vada estabilidad trmica y constituyen una alternativa mejo-

rada a las membranas de Nafion ya que permiten el funcio-

namiento de las pilas PEM a temperaturas de 150-200C lo cual

evita tener que usar hidrgeno ultrapuro como combustible. El

grupo busca empresas del sector de materiales y/o energa para

acuerdos de licencia y resursos financieros.


El grupo de electroqumica de materiales del Instituto de Cienciade Materiales (CSIC) ha desarrollado nuevos materiales hbridos y poli-mricos basados en polmeros de tipo bencimidazol y que compren-den los propios polmeros, impregnados con cidos minerales (H2SO4H3PO4) as como materiales hbridos orgnico-inorgnicos formadospor dichos polmeros y cidos slidos inorgnicos conductores de pro-tones. Para la fabricacin de estos materiales se han empleado tanto

A B S T R A C T

The Electrochemistry group of the Science Materials Institute

(CSIC) has developed new hybrid and polymeric materials for

the fabrication of proton conducting membranes used as

electrolytes in polymeric fuel cells and other electrochemical

devices. These membranes present a remarkable thermal

stability since they allow designs working at temperatures up

to 150-200C thus avoiding the need for ultra-pure hydrogen

as fuel. The group is looking for companies of energy and

new material sectors for license agreement and financial

resources.


New hybrid and polymeric materials based on polybenzimidazoleshave been developed at the Materials Science Institute (CSIC) Spainfor the fabrication of proton-conducting membranes to be used aselectrolytes in PEM fuel cells and other electrochemcial devices.These new materials include the polymers themselves doped withmineral acids (H2SO4 H3PO4) as well as hybrid materials formed bythose polymers and proton-conducting inorganic solid acids. For the

R E S E A R C H E R / S Dr. Pedro Gmez RomeroO R G A N I Z A T I O N Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC)D E P A R T M E N T Science Materials Institute

Membranas conductoras protnicas basadas en polmeros de tipopolibencimidazol y materiales hbridos y nanocompuestos derivadosde los mismos. Aplicacin en pilas de combustible polimricas

Proton-conducting membranes based on polymers of thepolybenzimidazole type and hybrid nanocomposite materials basedon them. Application to PEM Fuel Cells

13

el polibenzimidazol comercial (PBI) como otros nuevos polmeros: ABP-BI (Poli(2,5-bencimidazol)), MPPBBI (poli(m-fenilenbenzobisimida-zol)) y SMPPBBI (derivado sulfonado de ste ltimo). Como componen-tes inorgnicos se han empleado tanto especies moleculares (polio-xometalatos) como extendidas (tipo hidrogenosulfato de cesio), ade-ms de los cidos minerales ya mencionados.

Los materiales desarrollados forman membranas con buenas pro-piedades mecnicas mediante disolucin y casting en diversos disol-ventes. Dichas membranas presentan una excelente estabilidad trmi-ca, ya que los polmeros no descomponen hasta temperaturas en tor-no a 600C. Las membranas impregnadas con cidos (ej. H3PO4) pre-sentan altos valores de conductividad y se han ensayado con xito enceldas de combustible polimricas con MEAs formadas por tintas deC(Pt) como electrodos, as como en supercondensadores electroqu-micos.


Las membranas basadas en los materiales que se describen presen-tan una elevada estabilidad trmica adems de ser materiales de bajocosto de produccin, ambas caractersticas los convierten en alterna-tivas viables a materiales caros y slo tiles a temperaturas

14


Patente solicitada.

ComentariosPatente solicitada el 31/01/2003 en Espaa, con nmero 200300249.Sector industrial: Materiales y energa.Aplicacin Industrial: Pilas de combustible.


Proyecto nacional.


Patent applied.

CommentsPatent application 37/01/2003 in Spain, with number 200300249.Industrial sector: Materials and Energy.Industrial application: Fuel cells.


National project.

CSIC_02


15


EnergaEnergy

R E S U M E N

Investigaciones realizadas en el CSIC y en la Ceu han

llevado a patentar la preparacin de un material en forma de

polvo que puede ser prensado junto con un aglomerante plas-

tico para su conformacin en la forma deseada y que presen-

ta una elevada conductividad por protones a temperaturas

moderadas.

Estan buscndo un socio industrial interesado en la fabri-

cacion de ceramicas usadas como electrolito de pilas de com-

bustible. Obtenido a partir de un xido de sodio, niobio y

volframio mediante la sustitucin parcial de sodio por protn

en medio cido acuoso.


El desarrollo se refiere a un xido en forma de polvo que contienesodio, niobio y volframio que se obtiene de forma sencilla. Tras lacalcinacin de los xidos y carbonatos correspondientes a una tem-peratura 775 C, el producto, tpicamente con una composicin de NaNb-WO6, se trata a 80 C en medio cido con un cido mineral diludotan comn como el cido ntrico. Tras la separacin del polvo obteni-do se aisla el compuesto de inters en el que se ha producido la sus-titucin parcial de sodio por protn. Este compuesto intercambiadoexhibe la propiedad de ser conductor inico por protones a tempera-turas prximas a 90 C y en presencia de una elevada humedad relati-va. As por ejemplo en estas condiciones la conductividad de algunasde las composiciones preparadas varan entre 0.01 y 0.001 ohm/cm.Los altos valores de conductividad protnica para humedades relati-vas cercanas a saturacin permiten que el compuesto pueda ser deno-minado como electrolito slido, y as resultara posible su aplicacinen algunos dispositivos electroqumicos capaces de convertir energaqumica en energa elctrica y otros dispositivos en los que la propie-dad referida sea necesaria, como es el caso del conocido como pila decombustible.

A B S T R A C T

CSIC and CEU have developed a granted powder material,

that can be pressed to a required conformation by using a

plastic binder, having a high proton conductivity at low

temperature.

They are looking for industrial partner interested in ceramic

as the electrolyte of fuel cells.

It has been obtained from a sodium, niobium, tungsten

oxide by partial replacement of proton by sodium in an

acidic aqueous environment.


The developed material is an oxide-type compound containing themetals sodium, niobium and tungsten, that is easily obtained. Aftersintering the appropriate amounts of carbonates and oxides at 775C, the product NaNbWO6, is treated at 80 C in a refluxing systemwith a common mineral acid, such as nitric acid. After separation ofliquid from solid phase the powdered exchanged compound isobtained. In this, sodium has been partially removed and protonshave entered to replace sodium. The exchanged compound is anionic conductor at temperatures close to 90 C when it is immersedin a water vapour saturated atmosphere. Protons are the mobile ionsgiving conductivities values between 0.01 and 0.001 ohm/cmdepending upon the particular composition. These high values ofionic conductivity indicate that the compound can be named as asolid electrolyte, and then it may be useful as the protonic solidelectrolyte of electrochemical devices that convert chemical energyto electrical energy, and for some other devices where the namedproperty is needed, as it is the case of fuel cells.The product is obtained as a powder so that, if it is going to beused as a protonic membrane of a fuel cell, a plastic binder, in anappropriate ratio, should be used to get a composite membrane.

R E S E A R C H E R / S Flaviano Garca AlvaradoO R G A N I Z A T I O N Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC) y Universidad San Pablo CEUD E P A R T M E N T Inorganic Chemistry

Electrolito slido protnico para pilas de combustible

Protonic solid electrolyte for fuel cells

16

Como el producto se obtiene en forma de polvo si se requiere suuso como membrana se recurre a la mezcla con un agente plastifican-te en las proporciones adecuadas.

La formacin de agua durante el funcionamiento de pilas de com-bustible de mebrana protnica que operan a menos de 100 C haceque el medio en el que deber funcionar el material sea similar al uti-lizado para su sntesis por lo que no existirn problemas de inestabi-lidad en funcionamiento.


Un nuevo material con elevada conductividad protnica que se obtie-ne por un mtodo sencillo como es el del tratamiento de un xido enmedio cido a bajas temperaturas (80 C). El producto es estable enmedio acuoso que es el medio presente en pilas de combustible de mem-brana protnica.


La sntesis del material a partir del xido de sodio, niobio y volfra-mio es a la vez sencilla y barata puesto que la temperatura usada enla sntesis del xido no es muy alta, 775 C, si se considera el mbitode la industria cermica, mientras que la sustitucin de sodio por pro-tn se lleva a cabo a 80 C, temperatura menor que la de ebullicindel agua. Por lo tanto el equipamiento necesario es muy comn en laindustria qumica y cermica.

La sntesis es ms barata que la descrita para productos de presta-ciones similares pero en los que el intercambio se realiza mediantenitrato amnico. El uso del procedimiento descrito reducira el costedel reactivo intercambiador en un 50 % aproximadamente.

El nuevo material conductor protnico presenta una gran estabilidaden el medio acuoso por debajo de 100C, que estar presente en el fun-cionamiento de la pilas de combustible de hidrgeno-aire, ya que essintetizado en un medio similar.





Since during fuel cell operation, below 100 C, water is formed, theenvironment where the new material should to operate is quitesimilar to that one where the material was obtained, and thereforeinstability problems are not expected.


A new material with high protonic conductivity that is obtainedthrough a simple synthesis procedure in as much as an oxide typecompound is treated under an aqueous acidic environment at 80 C.The product is stable in aqueous environments as it is theenvironment that is produced during operation of a protonicmembrane fuel cell.


The synthesis of the exchanged compound starting from the sodium,niobium and tungsten oxide bronze is both very simple and cheapsince the temperatured used for preparing the oxide is not very highfor ceramic industry purposes (775 C), while sodium replacementeis reached at 80 C, this is below the boiling point of water.Therefore the required equipment for these purposes is very commonin the ceramic and chemical industry.Other similar protonic compound can also be obtained by exchangereations but using ammonium nitrate, a more expensive reactant.The described procedure would reduce the cost of exchanger reactantto a 50 % approximately.The new protonic conductor is very stable under an aqueousenvironment below 100 C similar to that of the low temperatureoperating fuell cells.


License agreement.


Development phase.

CSIC_03

17


Patent applied.

ComentariosPatente solicitada el 16/11/2001 en Espaa, con nmero 200102544.Sector industrial: Produccin de energa.Aplicacin Industrial: Pilas de combustible.


Patent applied.

Comments Patent application 16/11/2001 in Spain, with number 200102544.Industrial sector: Energy production.Industrial application: Fuel cells.

CSIC_03

C O N T A C T P E R S O N : Jose M Bielza de OryO R G A N I Z A T I O N : OTT-CSICP H O N E : +34 91 561 68 00 (ext. 3210) F A X : +34 91 585 52 87 E - M A I L : [email protected]

18


EnergaEnergy

R E S U M E N

El Instituto de Automtica Industrial (CSIC) ha patenta-

do un demostrador didctico del ciclo solar del hidrgeno que

tiene como objetivo mostrar la produccin y posterior utiliza-

cin del hidrgeno en la generacin de energa elctrica. Ha

sido diseado para mostrar de manera clara y sencilla los pro-

cesos que tienen lugar en el sistema. El Instituto est bus-

cando socios industriales del sector de la enseanza, de la ener-

ga, del juguete y de la fabricacin de equipos de laboratorio,

interesados en el desarrollo de esta patente.


En el demostrador se manifiesta el aprovechamiento de la energasolar a partir de paneles solares para la produccin de hidrgeno enun electrolizador. El hidrgeno producido se emplear posteriormenteen una pila de combustible para la generacin de energa elctricaempleada en una aplicacin prctica. Los componentes y sus funcio-nes se describen a continuacin:

Paneles fotovoltaicos: Los diez mdulos solares han sido monta-dos sobre el tejado de una maqueta a escala con el fin de mejorar lacomprensin y la viabilidad de este tipo de generacin elctrica. Paramedir la energa elctrica producida, se emplea un indicador de medi-cin de corriente y otro de medicin de tensin. Dicha maqueta es rea-lizada en metacrilato tintado transparente con el objetivo de no ocul-tar las conexiones elctricas entre los paneles, los indicadores y elelectrolizador.

Electrolizador: El Electrolizador ha sido realizado en metacrilato trans-parente para facilitar la observacin de sus partes y de alguno de losprocesos que tienen lugar en su interior.

El electrolizador est constituido adems por dos tubos vertica-les para colectar los gases y suministrar de manera continua el agua.En estos tubos se puede observar el burbujeo de los gases produ-cidos.

El Oxgeno y el Hidrgeno producidos se conducen a la pila de com-bustible mediante tubos coloreados a presin atmosfrica.

A B S T R A C T

Institute of Industrial Automatic (CSIC) has patented a

didactic demonstration model of the solar hydrogen cycle

wich its objective is to show the production and use of the

hydrogen in the electric power generation. It has been

designed to show clear and simple way the processes that

take place in the system. The Institute is looking for

industrial partners of the sector of education, of energy, of

toy industry and production of laboratory equipment,

interested in the development of this patent.


The demonstrator shows the use of solar energy for hydrogenproduction in an electrolyzer through solar panels. The producedhydrogen will be used later in a fuel cell for electric powergeneration, used in a practical application. The components andtheir functions are described below:Photovoltaic cells:The ten solar cells, have been mounted on the roof of the scalemodel to improve the understanding and the viability of this typeof electric generation. To measure the electric power producedcurrent and voltage indicators are used. This scale model ismanufactured in transparent dyed methacrylate with the objectiveof showing clearly the electric connections between panels,indicators and electrolyzer.

Electrolyzer:

The cells are manufactured in transparent methacrylate to facilitatethe observation of its operation and some processes that take placeinside.The electrolyzer is also constituted by two vertical tubes to collectthe gases and feed water in continuously. In these tubes is shownthe bubbling of the produced gases.The oxygen and hydrogen produced carry to the fuel cell by means ofcolored tubes at atmospheric pressure.

R E S E A R C H E R / S Domingo Guinea DazO R G A N I Z A T I O N Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC)D E P A R T M E N T Institute of Industrial Automatic

Demostrador didctico del ciclo solar del hidrgeno

Didactic demonstrator of the solar hydrogen cycle

19

Pila de combustible: la Pila de Combustible convierte la energaqumica contenida en el combustible (H2) y el oxidante (O2) en ener-ga elctrica.


Dispositivo didctico sobre la integracin de energas renovables yno convencionales.

Permite la visualizacin de alguno de los procesos que tienen lugar,la estructura interna de sus componentes y los valores de las varia-bles ms significativas.

Promueve la sensibilizacin hacia la proteccin del medio ambien-te y representa una estrategia energtica prometedora, ya que se pue-de observar como a partir de la energa solar, se capta y transforma laenerga de manera no contaminante e ilimitada.

El demostrador requiere bajo mantenimiento, ya que sus compo-nentes no sufren desgaste.


El coste de produccin de este producto es relativamente bajo ase-gurando un alto valor aadido del producto final.

El producto destaca una de las tendencias tecnolgicas ms prome-tedoras en el mercado energtico global, siendo un producto muy atrac-tivo en nuestra sociedad.

El producto adems de mostrar didcticamente la bondad de las ener-gas renovables y las energas no convencionales, destaca el compro-miso de las empresas con el medio ambiente.

Fuel Cell:The fuel cell converts the chemical energy contained in thefuel (H2) and the oxidizer (O2) in electric power.


The didactic model way to show the integration of not conventionalenergy in a renewable energy system.It allows the visualization of some of the processes that take place,the internal structure of the components and the values of the mostsignificant variables.The demostrator promotes the sensitization toward the protection ofthe environment and represents a promising energy strategy.The solar energy is captured and transforms in a non pollutant andlimitless way. The demonstrator requires low maintenance, due to its componentsdo not suffer waste.


The production cost of this product is relatively low assuring a highadded value of the final product. The product highlights one of the most promising technologicaltendencies in the global energy market, being a very attractiveproduct in our society. The product besides showing didactically the kindness of therenewable energy and the non conventional energy, highlighting thecommitment of the companies with the environment.

CSIC_04

Figura 1 y 2. Demostrador didctico del ciclo solar del hidrgeno.

Figure 1 and 2. Didactic demonstrator of the solar hydrogen cycle.

20



ComentariosPerfil de la empresa a la que le podra interesar incorporar la tecnolo-ga (sector, tamao, pas...): Empresas relacionadas con el medio ambiente, energa, qumica, empre-sas consultoras, de ingeniera, empresas de construccin de equipos delaboratorio.El tamao de las empresas interesadas ser pequea o mediana.Las empresas interesadas pueden estar ubicadas en cualquier pas.

Actividad concreta que debe realizar la empresa:La empresa realizar la fabricacin de componentes, el montaje de cadauna de sus partes, la distribucin y mantenimiento de los sistemas.

Coste, tanto de equipamiento como de personal, que le supondra a laempresa incorporar la tecnologa:Difcilmente estimable, dependiente de la infraestructura de la empresa.


Desarrollada, lista para demostracin.


Patente solicitada.

ComentariosNmero de solicitud de patente: ES200600525.Fecha de solicitud: 3/03/2006.Pas de solicitud: Espaa.


Private funding


License agreement.

Comments Type of partner sought (such as: industry, academy, researchorganization, size, nationality): Companies related with the environment, energy, chemistry,consultancy, engineering, laboratories equipment.The size of the interested companies will be small or medium. The interested companies can be located in any country.

Specific area of activity of the partner: Production and commercialization.

Tasks to be performed:The company will carry out the production of components, theassembly of the parts, the distribution and maintenance of thesystems.


Developed, available for demonstration.


Patent applied.

Comments Application number: ES200600525.Application date: 3/03/2006.Country of application: Spain.


Private funding

CSIC_04


21


EnergaEnergy

R E S U M E N

ICP-CSIC Espaa oferta hidrogenasas estabilizadas en elec-

trodos de carbon, como alternativa al uso de metales nobles

de nodos convencionales en pilas de combustible. Busca cola-

boracin para preparacin a gran escala de estas enzimas a

partir de cultivos bacterianos y tecnologas de DNA recombi-

nante.


En un horizonte energtico sostenible basado en pilas de combus-tible con hidrgeno (combustible limpio), aparece como amenaza laescasa disponibilidad de metales nobles utilizados en los electrodos,lo que hace temer un aumento de precio drstico de estos metalesnobles. En el ciclo biolgico del hidrgeno intervienen las hidrogena-sas, metaloenzimas redox con hierro y nquel, muy activos como cata-lizadores de activacin de hidrgeno. En nuestro laboratorio hemos des-arrollado y patentado la preparacin de electrodos de carbn con hidro-genasas[ Fe-Ni] muy activos y muy estables. Nuestra investigacin futu-ra se enfoca a aumentar la actividad especfica de estos electrodos dehidrogenasa y al escalado de su tamao. En estas etapas de escaladoy eventual produccin la disponibilidad de hidrogenasas puede ser unfactor limitante. Por ello buscamos socios para la produccin y modi-ficacin del enzima mediante tcnicas de ingeniera gentica.

A B S T R A C T

A Spanish research center offers the first hydrogenase based

electrode able to act as anode in fuel cells. This technology

is an alternative to the use of novel metal in fuel cells and

represents an economic advantage by replacing one of the

most expensive components of the cell. Partner is sought for

large scale production of bacterial hydrogenases by DNA

recombinant technologies and for patent licensing and

further development of the technology.


Nobel metals, like platinum, are scarce and expensive. In addition totheir application as catalyst, novel metals are used as anodes forhydrogen activation in fuel-cells. Whenever hydrogen-based fuel-cells go into the market, there will be scarcity of these metals,producing an exponential increase of their prices. As an alternative,nature uses hydrogenases to oxidize H2. The use of hydrogenasesupported on carbon as anode of fuel cells has been extensivelyinvestigated. However, until now this technology presented seriouslimitations since the enzymes was not able to transmit electrons tothe carbon support for the production of electricity from H2. A Spanish research center has designed and patented a biocatalystelectrode that can be used as anode for hydrogen fuel cell,overcoming the limitations that existed with this technology. Theelectrode is constituted by hidrogenase enzyme on carbon support.But in this case hydrogenases molecules are covalently bonded in apreferential orientation as to facilitate direct electrical connectionof the enzyme to the carbon surface.

R E S E A R C H E R / S Antonio Lpez de LaceyO R G A N I Z A T I O N Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC)D E P A R T M E N T Biocatlisis. Instituto de Catlisis y Petroleoqumica (ICP)

Biocatalizadores para pilas de combustible de hidrogeno

Hidrogenase based electrode able to act as anode in hydrogenfuel cells

22


Con nuestro procedimiento patentado, el enzima se une al electro-do de carbn por unin covalente en una orientacin ptima parafacilitar el flujo de electrones entre los centros catalticos del enzimay la superficie del electrodo. El resultado son nodos para pilas de com-bustible estables y activos.


Cooperacin tcnica. Acuerdo de fabricacin.

ComentariosPerfil de la empresa a la que le podra interesar incorporar la tecnolo-ga (sector, tamao, pas...): Sector fermentaciones/biotecnologa/microbiologa; media; cualquierpais.

Actividad concreta que debe realizar la empresa:Crecimiento de bacterias reductoras de azufre, purificacin del enzi-ma, ingenieria gentica para mejorar las propiedades del enzima.




Patente solicitada.


Proyecto nacional. Plan nacional BQU2003-04221


In this patent-protected hydrogenase electrodes, the enzyme iscovalently bonded in a preferential orientation to facilitate directelectrical communication between the catalytic center and thecarbon support. This is the first time that hydrogenaseimmobilization procedure on carbon electrodes gives active andstable electrodes for hydrogen oxidation.


Technical cooperation. Manufacturing agreement.

CommentsType of partner sought (such as: industry, academy, researchorganization, size, nationality):Industry or academic or research group with pilot- plant facilities forgrowing microoganisms and protein purification.

Specific area of activity of the partner:Biotechnology/microbiology/fermentation

Tasks to be performed:Growth of sulfate reducers bacteria and eventually proteinpurification and genetic engineering.


Development phase.


Patent applied.


National project.

CSIC_05

C O N T A C T P E R S O N : Javier Maira VidalO R G A N I Z A T I O N : CSIC - Technology Transfer OfficeP H O N E : +34 91 585 49 54 F A X : +34 91 585 52 87 E - M A I L : [email protected]


INTA_01 Pilas de combustible |24|

INTA_02 Tecnologa del Hidrgeno |27|

INTA_03 Know-How en mquinas de refrigeracinpor absorcin solares |30|

INTA_01 Fuel cells |24|

INTA_02 Hydrogen technology |27|

INTA_03 Know how in solar assisted absorption coolingmachines |30|

Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)

24


EnergaEnergy

R E S U M E N

Un grupo de investigacin del INTA realiza el desarro-

llo, ensayos y demostracin de la tecnologa de pilas de com-

bustible. Su principal ventaja es que es un mtodo limpio y

eficaz de obtener energa elctrica partiendo de la energa

qumica almacenada en un combustible, como es el hidrge-

no. De esta forma se consigue reducir las emisiones conta-

minantes y aumentar el rendimiento. El Instituto busca rea-

lizar acuerdos comerciales con asistencia tcnica y acuerdos

de licencia.


El rea de Energas Renovables del Instituto Nacional de TcnicaAeroespacial (INTA) trabaja en la tecnologa de pilas de combustibledesde 1994. Las pilas de combustible son dispositivos electroqumi-cos que transforman la energa qumica almacenada en un combusti-ble (generalmente hidrgeno) en energa elctrica. Esta transformacinpresenta un alto rendimiento y un bajo nivel de emisiones contami-nantes y acsticas. Su campo de aplicacin abarca aplicaciones tandiversas como generacin de electricidad en naves espaciales, en lossectores industrial y residencial, en lugares remotos, propulsin de veh-culos elctricos, electrnica de consumo, etc. En las pilas de combus-tible, la energa elctrica se produce mediante una reaccin electroqu-mica, que ocurre en dos electrodos. Para el caso de las pilas de com-bustible de polmeros (PEMFC), en las que el electrolito es una mem-brana polimrica permeable al paso de protones, en el nodo se pro-duce la disociacin de la molcula de hidrgeno en dos protones, yen el ctodo la reaccin de los protones con las molculas de oxgenopara formar agua. Para que se produzca la reaccin se deben conectarambos electrodos a travs de un circuito externo por el que circulan loselectrones necesarios para completar ambas reacciones, al existir unadiferencia de potencial entre ambos electrodos se puede conectar enel circuito externo cualquier dispositivo que se alimentar con la ener-ga elctrica producida.

A B S T R A C T

A Spanish research group from INTA works in the

development, testing and demonstration of fuel cells

technology. Its main advantage is that it's a clean and

efficient way to produce electrical energy from chemical

energy stored in a fuel, normally hydrogen. This

technology offers a low pollutant emissions level and a

high efficiency level. The Institute is looking for

commercial agreement with technical assistance and

license agreement.


The Reneweable Energies Area of the National Institute forAerospace Technology (INTA) works in the fuel cells technologysince 1994. Fuel Cells are electrochemical devices that convertchemical energy stored in a fuel (normally hydrogen) directly intoelectrical energy and heat. This reaction offers high efficiency andlow pollutant and acoustical emissions level. Its potentialapplication field is very wide, including power generation in space,stationary power for distributed and central generation,transportation power, micropower, etc.A fuel cell consists of two electrodes sandwiched around anelectrolyte. Oxygen passes over one electrode and hydrogen over theother, generating power, water and heat. If the electrolyte is aproton exchange membrane (PEMFC), hydrogen is fed into the anodeof the fuel cell, and oxygen enters the fuel cell through the cathode.Due to a catalyst coated over the electrode, the hydrogen atomsplits into a proton and an electron.The proton passes through themembrane, and the electrons create a separate current that can beutilized in an external circuit before they return to the cathode, tobe reunited with the hydrogen and oxygen in a molecule of water.The main activities of the Area are based on the characterizationand component tests, and in the full system integration for severalapplications (portables, mobiles, etc.).

R E S E A R C H E R / S Eduardo Lpez GonzlezO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Aerodynamic and Propulsion

Pilas de combustible

Fuel cells

25

Los trabajos que se realizan en el rea se centran en la caracteriza-cin y ensayo de componentes y en la integracin de sistemas com-pletos para diversas aplicaciones (porttiles, mviles, etc.).


Los principales aspectos innovadores de esta tecnologa se centranen sus ventajas respecto a los sistemas convencionales de generacinde electricidad, tanto desde el punto de vista medioambiental comoel de eficiencia energtica. As, entre estos aspectos innovadores setiene:

Elevado rendimiento. Diseo modular. Uso de hidrgeno procedentes de diversos combustibles, o direc-

tamente metanol. Capacidad de cogeneracin. Rpida respuesta frente a variaciones de la carga.


En la utilizacin de pilas de combustible para generacin de elec-tricidad en los sectores industrial y residencial, la reduccin de emi-siones frente a las centrales trmicas tradicionales puede ser del ordendel 30% en emisiones de CO2, y de unos dos o tres rdenes de magni-tud en xidos de nitrgeno y de azufre, monxido de carbono y part-culas si se emplea hidrgeno obtenido a partir de gas natural.

Otra importante ventaja de las pilas de combustible es su elevadorendimiento (superior al 50%) que se traduce en un menor consumode combustible.

En el sector de la automocin, la utilizacin de pilas de combusti-ble en sistemas avanzados de propulsin sustituyendo al motor de com-bustin permite obtener vehculos de emisin nula si se emplea hidr-geno como combustible, con disminucin en la polucin acstica ymejora de la eficiencia energtica del sistema.

Es importante mencionar la ausencia de partes mviles y la facili-dad de mantenimiento de las pilas.


Cooperacin tcnica. Acuerdo comercial con asistencia tcnica.

ComentariosEl Instituto se dedica a la caracterizacin, realizacin de ensayos, inte-gracin de fases y desarrollo de componentes en sistemas y plantasde potencia, electrolizadores y sistemas de almacenamiento de hidr-geno. Por esta razn, el Instituto busca interesados en acuerdos comer-ciales con asistencia tcnica y acuerdos de licencia, cuya principal acti-vidad sea el desarrollo y aplicacin de pilas de combustible para suimplantacin en centros, edificios e instituciones.


The main innovative aspects of this technology are its advantageson conventional electricity generation systems fromenvironmental and energetic efficiency point of view. Theinnovative aspects are:

High efficiency. Modular design. Use of hydrogen coming from various fuels, or directly methanol. Cogeneration capacity. Fast answer to charge variations.


With the use of fuel cells in power generation in both industrial andresidential areas, the emissions reduction compared with thermaltraditional facilities can be up to 30% in CO2 emissions and fromtwo to three times for nitrogen and sulphur oxides, carbon monoxideand particles if hydrogen obtained from natural gas is employed. Another important advantage of fuel cells is its high efficiency(more than 50%) that is shown in a lower combustible consumption. In the automotive sector, the use of fuel cells in advancedpropulsion systems replacing the combustion engine permits toobtain zero emission vehicles if hydrogen is employed ascombustible, with the acoustical pollution diminution and theenergetic efficiency improvement given by the system.It's important to mention the absence of mobile parts and easymaintenance of the fuel cells.


Technical cooperation. Commercial agreement with technical assistance.

Comments The Institute makes characterisation, tests, integrating phases anddevelopment of components in systems and power plants,electrolysers and hydrogen storage systems. Therefore, the Instituteis looking for companies interested in commercial agreement withtechnical assistance and license agreements, with centres whichmain activity is fuel cells development and application for itsimplementation in centres, buildings and institutions.

INTA_01

26




Secreto industrial.

ComentariosEl Instituto dispone del secreto en cuanto al know how en integra-cin de sistemas.


Proyecto nacional.




Secret know how.

Comments The Institute has the secret of know how in the full systemintegration.


National project.

INTA_01

C O N T A C T P E R S O N : Mercedes Snchez lvarezO R G A N I Z A T I O N : Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)P H O N E : +34 91 520 65 45 F A X : +34 91 520 19 39 E - M A I L : [email protected]

Pila de combustible.

Fuel Cell.

27


EnergaEnergy

R E S U M E N

Un grupo espaol de investigacin del INTA trabaja en

tecnologas de produccin, almacenamiento y utilizacin de

hidrgeno como combustible limpio. La principal aplicacin

de esta tecnologa es la generacin de energa elctrica o

trmica con ventajas medioambientales muy importantes,

con reduccin de las emisiones contaminantes y un aumento

en el rendimiento. El Instituto busca realizar acuerdos comer-

ciales con asistencia tcnica y acuerdos de licencia.


El rea de Energas Renovables del Instituto Nacional de TcnicaAeroespacial (INTA) trabaja con tecnologas de produccin, almace-namiento y utilizacin de hidrgeno, con vistas a una progresiva uti-lizacin del hidrgeno como combustible. El hidrgeno est llamadoa jugar un importante papel en el sector energtico mundial en los pr-ximos aos. Su utilizacin como combustible presenta, respecto a loscombustibles fsiles tradicionales, ventajas desde el punto de vistamedioambiental y de disponibilidad.

El desarrollo de la tecnologa del hidrgeno lleva asociada actua-ciones de I+D en la produccin, el almacenamiento y la conversin dela energa qumica contenida en el hidrgeno en energa trmica o elc-trica.

Todas las tecnologas relacionadas con su produccin, en especialaquellas tcnicas medioambientalmente sostenibles, sern objeto deatencin prioritarias los prximos aos.

El hidrgeno puede obtenerse del agua mediante electrlisis emple-ando energa elctrica producida a partir de fuentes de energa reno-vables (solar fotovoltaica, elica, etc.). Este proceso qumico tienelugar en un medio cido o bsico, y precisa de un electrolito que faci-lite el intercambio inico. De forma simplificada, la reaccin es lasiguiente:

2 H2O ==> O2 + 2 H2

A B S T R A C T

A Spanish research group from INTA works in production

technologies, storage, and use of Hydrogen as a clean fuel.

The main application of this technology is the electrical or

thermal energy generation, with advantages for the

environment such as emissions reduction and efficiency

increase. The Institute is looking for commercial agreements

with technical assistance and license agreements.


The Renewable Energies Area of the National Institute for AerospaceTechnology (INTA) has developed a technology that consists in theuse of Hydrogen as a fuel. Hydrogen is going to play an importantrole in the energetic area in the next years. Its use as a fuelpresents many advantages (environment and availability) in relationto traditional fossile fuels. Hydrogen technology development has associated R+D performancesin manufacturing, storing and transformation processes of thechemical energy contained in Hydrogen into thermal or electricalenergy. Technologies related to Hydrogen production, especially thoseenvironmentally friendly ones, will be a key point in the next yearsfor the successful emerging of Hydrogen economy.Hydrogen can be produced from water by means of electrolysisemploying using electricity produced by sources of renewableenergies (photovoltaic solar, wind power, etc.). This chemicalprocess occurs in an acid or basic medium and needs an electrolytethat simplifies the ionic exchange.The reaction is as follows (in a simplified way):

2H2O ==> O2 + 2H2

R E S E A R C H E R / S Felipe Rosa IglesiasO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Aerodynamic and Propulsion

Tecnologa del Hidrgeno

Hydrogen technology

28


Los aspectos innovadores de esta tecnologa van ligados a la pro-duccin de hidrgeno a partir de fuentes de energa renovables. En par-ticular, su acoplamiento a fuentes de energa renovables y su utiliza-cin en sistemas de potencia autnoma como una alternativa a lossistemas de almacenamiento convencionales son sus caractersticasms acusadas.


El uso del hidrgeno como combustible se traduce desde el puntode vista medioambiental en la reduccin de las emisiones de CO2, xi-dos de nitrgeno y azufre.



ComentariosEl Instituto se dedica a la caracterizacin, realizacin de ensayos, inte-gracin de fases y desarrollo de componentes en sistemas y plantasde potencia, electrolizadores y sistemas de almacenamiento de hidr-geno. Por esta razn, el Instituto busca realizar acuerdos de comer-cializacin con asistencia tcnica y acuerdos de licencia con centrosde investigacin, universidades o industrias cuya principal lnea deinvestigacin sea el desarrollo y la aplicacin del hidrgeno como com-bustible; concretamente, para la generacin de energa elctrica dis-tribuida y como medio de transporte limpio. El Instituto se dedica ala caracterizacin de pilas de combustible y electrolizadores de peque-o y mediano tamao en bancos de ensayos, una vez fabricados. Latransferencia de tecnologa estara enfocada a desarrollar sistemas por-ttiles o integrados para la generacin de electricidad como fuentede alimentacin para vehculos, de forma que se pueda sustituir el motorde combustin interna por un sistema de propulsin elctrico.




Derechos exclusivos.

ComentariosEl Instituto dispone de los derechos exclusivos en cuanto al knowhow en integracin de componentes.


Innovate aspects of this technology are directly related to Hydrogenproduction from renewable energy sources and to its use in isolatedpower systems as an alternative to conventional storage systems.


The use of Hydrogen as a fuel implies reduction of CO2, nitrogen andsulphur oxides and particles emissions, and all this makes it anenvironmentally friendly alternative to fossil fuels.


Technical cooperation. Acuerdo comercial con asistencia tcnica.

Comments The Institute makes characterisation, tests, integrating phases anddevelopment of components in systems and power plants,electrolysers and hydrogen storage systems. Therefore, the Instituteis looking for commercial agreements with technical assistance andlicense agreements with research centres, universities and industrieswhich main activity is the development and application of Hydrogenas a fuel, especially, for both a non-centralized electricitygeneration and a clean fuel for transportation. The Institute makesthe medium size fuel cells and electrolysers characterisation.Technology transfer would be focused on the development oftechnological applied projects, like those which main objective is toperform mobile and integrated systems for the generation ofelectricity that will feed an electric engine as propulsion system invehicles (instead of internal combustion engines), like in bikes andscooters.




Exclusive rights.

Comments The Institute has the exclusive property rights in the componentsintegration.

INTA_02

29


Proyecto nacional.


National project.

INTA_02


30


EnergaEnergy

R E S U M E N

El rea de Energas Renovables del INTA ofrece know-how

en la tecnologa de refrigeracin por absorcin. La principal

aplicacin del know-how en mquinas de refrigeracin por absor-

cin asistidas por energa solar est en usos industriales o resi-

denciales de este tipo de mquinas de refrigeracin. Las prin-

cipales ventajas que ofrecen estas mquinas son alto rendi-

miento a baja carga (se pierde poco rendimiento a carga par-

cial), menor necesidad de potencia elctrica, bajo mantenimien-

to y fiabilidad.


El know-how de las mquinas de refrigeracin por absorcin com-prende la realizacin de estudios de colectores solares de media tem-peratura para su utilizacin en esta tecnologa, estudios de viabilidadtcnica y econmica de instalaciones solares de baja-media potencia,asesoramiento tcnico en usos residenciales e industriales y supervi-sin de instalaciones solares de refrigeracin solar.

El Laboratorio dispone de un banco de evaluacin de mquinas derefrigeracin por absorcin, usando como energa primaria agua calien-te de un campo de colectores solares.


Los aspectos innovadores se pueden resumir en:

La ausencia de ruidos y vibraciones (ausencia de compresor). Aprovechamiento de calor residual.

A B S T R A C T

The Renewable Energies Area of INTA offers its know-how in

solar assisted absorption cooling machines. The main

application of this technology is for residential or industrial

used solar assisted absorption cooling machines. Main

advantages of the application are high efficiency at low

charge (the losses in efficiency and partial charge are small),

lower need of electrical power, lower maintenance and

reliability.


The technology of solar assisted absorption cooling comprisesstudies of medium temperature solar collectors for its use in thistechnology, technical and economical viability studies of absorptioncooling low-medium power installations, technical assessment inresidential or industrial applications and solar installations appliedto solar cooling supervision.The Laboratory owns an evaluation bank for absorption coolingmachines, using as prime energy warm water coming from a field ofsolar collectors.


The main innovative aspects of this technology are:

No noises and vibrations (there is no compressor). Improvement of residual heat.

R E S E A R C H E R / S Marcos Lucena MartnO R G A N I Z A T I O N Instituto Nacional de Tcnica Aeroespacial (INTA)D E P A R T M E N T Renewable Energies

Know-How en mquinas de refrigeracin por absorcin solares

Know how in solar assisted absorption cooling machines

31| VENTAJAS COMPETITIVAS|

Las principales ventajas que ofrece son:

Puede usar energa solar trmica como fuente calorfica. Proteccin del medio ambiente (uso de refrigerantes inocuos). Aprovechamiento del espacio (mismo equipo para fro y calor). Alto rendimiento a baja carga (se pierde poco rendimiento a car-

ga parcial). Menor necesidad de potencia elctrica. Bajo Mantenimiento. Fiabilidad.



ComentariosEsta tecnologa puede ser de inters para cualquier empresa que tra-baje en el rea de las energas renovables, en particular en energa solary con captadores solares. El INTA tiene capacidad para la homologa-cin de los captadores solares.El Instituto busca realizar acuerdos de cooperacin tcnica.




Secreto industrial.

ComentariosEl Instituto tiene el secreto industrial de esta tecnologa.


The main advantages that offers this technology are:

It can use solar thermal energy as heat source. Protection of the environment (by means of using harmless

refrigerants). Improvement of the place (the same equipment for heat and cold). High efficiency at low charge (the losses in efficience and partial

charge are small). Lower need of electrical power. Low maintenance. Reliability.


Technical cooperation. Commercial agreement with technical assistance.

Comments This technology can be interesting for any company working in therenewable energies area, in particular in solar energy and with solarcollectors. INTA has the capacity to perform tests in order to certifysolar collectors.The Institute looks for technical cooperation agreements.




Secret know how.

Comments The Institute has the secret know how of the technology.

INTA_03

Mquinas de refrigeracin por absorcin solares.

Assisted absorption cooling machines.

32


Proyecto nacional.


National project.

INTA_03



UAH_01 Controlador electrnico basado en DSP y FPGApara convertidores de potencia aplicados a

sistemas de energa renovable |34|

UAH_01 Control electronics platform based on FloatingPoint DSP and FPGA for converters applied to

renewable energy systems |34|

Universidad de Alcal (UAH)

34


EnergaEnergy

R E S U M E N

El grupo de investigacin Ingeniera electrnica apli-

cada a sistemas de energas renovables de la UAH ha des-

arrollado un controlador electrnico para convertidores de

potencia, basado en DSP de coma flotante y una FPGA. El

controlador dispone de comunicaciones USB y CAN y de los

algoritmos de control necesarios para los convertidores, inclu-

yendo los multinivel, de conexin a red y a la carga de siste-

mas de energa renovable, en especial para los convertidores

de aerogeneradores.

Adems, dispone de capacidad para adquirir y transmi-

tir, en tiempo real, las magnitudes del convertidor, de modo

que es posible realizar la configuracin y supervisin remota

(a travs de Internet, por ejemplo) del sistema controlado.


La tecnologa se encuadra en el sector tcnico de los controladoreselectrnicos. Ms concretamente en los controladores electrnicos des-tinados al control de convertidores electrnicos de potencia, para opti-mizar la calidad de la energa demandada o entregada a la red elctri-ca. Los convertidores multinivel existentes en el mercado, difcilmen-te cumplen la normativa actual sobre calidad de energa inyectada enla red elctrica, en especial en lo relativo a los huecos de tensin.

Como ejemplo de aplicacin, el controlador electrnico permite con-trolar, de manera bidireccional, un convertidor basado en dos inver-sores multinivel, cumpliendo, al mismo tiempo, con las exigencias actua-les de calidad de energa. Los dos inversores de tres niveles (NPC) estnconectados a travs de un DC-bus comn, con conexin a la red elc-trica y a la maquina de corriente alterna.

A B S T R A C T

The GEISER research group from UAH has developed an

electronic controller based on floating point DSP and FPGA

for power converters. The controller includes USB and CAN

communications and the control algorithms intended to

allow the converter synchronization with the grid and the

control of the load. The controller has a broad application

field in wind energy generation.

In addition the electronic platform is able to acquire and

transmit, in real time, the magnitudes of the converter,

sampled at 200s rate, to a host computer that can store

this information. Also it is possible to realize the

configuration and supervision of the controlled system in

remote way (through Internet, for example).


This technology is fitted in the technical sector of electroniccontrollers. Concretely in the electronic controllers intended to thecontrol of electronic power converters, in order to optimize thequality of the energy demanded or injected to the grid. Themultilevel converters existing on the market do not fulfil the currentregulation on quality of energy injected into the grid, especially inthe case of voltage dips. As an example of application, this electronic controller allows tocontrol, in a bidirectional way, a converter based on two multilevelinverters, attending at the same time with the requirements ofenergy quality. The three level inverters (NPC) are connected acrossa common DC-bus, one with connection to the grid and other linkedto the alternating current machine.

R E S E A R C H E R / S Dr. Fco Javier Rodrguez Snchez y Dr. Emilio Jos Bueno PeaO R G A N I Z A T I O N Universidad de Alcal (UAH)D E P A R T M E N T Electronic

Controlador electrnico basado en DSP y FPGA para convertidoresde potencia aplicados a sistemas de energa renovable

Control electronics platform based on Floating Point DSP and FPGAfor converters applied to renewable energy systems

35

UAH_01

El controlador electrnico esta formado por una tarjeta con un DSPde coma flotante y una FPGA y otra tarjeta diseada especficamentepara actuar como interface con las seales propias del convertidor. Elsoftware es el resultado del desarrollo de nuevos algoritmos que per-mite, simultneamente, el control del convertidor conectado a la redy el del conectado a la carga, capacitando al sistema para entregar oconsumir energa de la red elctrica cumpliendo con las normas de cali-dad exigidas.

Adems el controlador electrnico es capaz de adquirir y transmitiren tiempo real las magnitudes del convertidor, muestreadas a 200s.El firmware es actualizable de manera remota o a travs de una tarje-ta CF.

La configuracin y supervisin del convertidor puede realizarse demanera remota, empleando un host que se comunica por el puertoUSB con el controlador, intercambiando parmetros de los controla-dores implementados y de las seales adquiridas durante la ejecucindel control.


Si bien el controlador se basa en sistemas electrnicos digitales cono-cidos (DSP's -Digital Signal Processing- y FPGA's Field Programming GateArray), presenta la novedad de permitir la interconexin de ambos,haciendo posible la ejecucin de los algoritmos para conexin a red ycontrol de la carga, de forma paralela, lo que supone una solucinnueva que los distintos fabricantes no aportan.


Aunque en esta tecnologa, son muchos los algoritmos existentesque forman parte del programa de controlador, se incluyen tambinnuevos algoritmos para conseguir la bidireccionalidad de la transferen-cia de energa entre la carga y la red, cumpliendo las normas de cali-

The electronic controller is formed by a card with a floating pointDSP and a FPGA and another card designed specifically to act asinterface with the own signals of the converter. The software is theresult of the development of new and more complex algorithms,allowing, simultaneously, the control of the converter connected tothe grid and the one connected to the load. This way the system isable to deliver or to consume energy of the grid verifying the laststandards related to the grid energy quality for new powerconverters, and, also, for equipments which nowadays are operating. In addition the electronic controller is able to acquire and transmitin real time the magnitudes of the converter, sampled at 200s rate.The firmware can be actualized in a remote way or by a CF card.The configuration and supervision of the converter can be realizedin a remote way, using a host who communicates through the portUSB with the controller, exchanging parameters of the implementedcontrollers and the signals acquired during the execution of thecontrol.


Though the controller is based on known electronic digital systems(DSP's - Digital Signal Processing - and FPGA's Field ProgrammingGate Array), it shows the innovation of allowing the interconnectionbetween them, making possible the execution of the algorithms forconnection to the grid and the control of the load. This supposes anew solution that the different manufacturers do not contribute.


Although in this technology, there are a lot of algorithms that formpart of the controller program, new algorithms are included toobtain a bidirectional transfer of energy between the load and thegrid, fulfilling the energy quality requirements.

Figura 1. Sistema electrnico de procesamiento y control.

Figure 1. Electronic System for Control and Processing.

36

UAH_01

dad. El conjunto controlador ms convertidor, optimiza la calidad delas corrientes demandadas o entregadas a la red elctrica, por lo quees muy til para sistemas de conversin de energas renovables o parasistemas de ajuste de factor de potencia, de filtrado activo de arm-nicos, etc.


Cooperacin tcnica. Acuerdo de licencia.

ComentariosEl grupo de investigacin busca acuerdos para la aplicacin del siste-ma de procesamiento y control desarrollado, a distintos tipos de con-vertidores para conversin de energas renovables, fundamentalmenteenerga elica o solar o para ajustar los parmetros de calidad en laconexin a la red de energa elctrica.Gracias al software desarrollado para los convertidores de conexin ared elctrica, el sistema es capaz de entregar o consumir energa dela red elctrica cumpliendo las normativas vigentes sobre calidad deenerga entregada a la red. Adems puede actuar como filtro activo,compensador de reactiva, etc.

The set formed by the controller and the converter, optimizes thequality of the currents demanded or submitted to the electricalnetwork, which is very useful for systems of conversion of renewableenergies or systems for the adjustment of factor of power, or forfiltering harmonic, etc


Technical cooperation. License agreement.

Comments The research group looks for agreements for the application of thistechnology in different types of converters for conversion ofrenewable energies, especially wind or solar energy or even for theimprovement of the quality of the network.Thanks to the software developed for the converter, the system willbe able to deliver or consume energy of the electrical networkfulfilling the regulations on quality of energy delivered to the grid.In addition it can act as active filter, STATCOM, etc.

Distribution line

PCC3*L2

3*C0

VSC13*L1

VSC2

NP

N

CDC

CDC

iDC1 iDC2AC

motor

12 pulses12 pulses

Gridcurrent meas

Gridvolatage meas.

SPLL

PWMgenerator

Currentcontroller

uDC meas.NP Voltage

Balancing Controller

uDCcontroller

High level controller

References from the grid operator

PWMgenerator

Currentcontroller Machine

controller

Turninecontroller

Machinemeasurements

iag(t), ibg(t), icg(t)eaPCC(t), ebPCC(t), ecPCC(t) ia(t), ib(t), ic(t) r(t)

Pw(k)

*d(k) *r(k)

i*(k)

i(k), r(k)u*(k) r(k)

u*DC(k)i*d(k)

uDC(k)

Control of VSC connected to the AC machineControl of VSC connected to the grid

r(k), eg(k)

ig(k)i*q(k)

u*(k)r

''

'

Figura 2. Diagrama de bloques de la parte del sistema electrnico de potencia y sistema de controldel CONDOR CONVERTER. Especificacin de las tareas de los distintos bloques del controlador.

Figure 2. Block diagram of the part of the electronic system of power and system of control of theCONDOR CONVERTER. Specification of the tasks of the different blocks of the controller.

37

UAH_01




Patente concedida.

ComentariosPatente concedida con fecha 20-06-2007 y n P 200402357.


National project.




Patent granted.

Comments Patent granted on 20/06/2007 with number 200402357.


National project.

C O N T A C T P E R S O N : Antonio Abelln GarcaO R G A N I Z A T I O N : Universidad de AlcalP H O N E : +34 91 885 45 68 F A X : +34 91 885 45 61 E - M A I L : [email protected]


UAM_01 Nuevas membranas inorgnicas parapurificacin de hidrgeno |39|

UAM_01 New inorganic membranes to purifyhydrogen |39|

Universidad Autnoma de Madrid (UAM)

39


EnergaEnergy

R E S U M E N

Una universidad espaola ha desarrollado un nuevo tipo

de membranas inorgnicas con aplicacin en procesos de puri-

ficacin-filtracin de hidrgeno. Estas membranas muestran

un excelente comportamiento en procesos de filtracin, y

una alta permeoselectividad al hidrgeno. Se buscan empre-

sas que trabajen en Tecnologas de separacin y Procesos de

filtracin, que puedan estar interesadas en la licencia de la

patente y desarrollos futuros de la investigacin para su explo-

tacin.


Se ha desarrollado un nuevo sistema de membranas basadas en sli-ca que incorporan paladio metlico en su estructura porosa. El mate-rial soporte est formado por xido de silicio de alta porosidad enforma de nanopartculas de dimensiones controladas.

En el interior de la red de poros se inco

Catalogo Energia

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