Evaluación de la generación de energía renovable en zonas urbanas de Países Mediterráneos

Introducción: Se espera que la población mundial supere los 11.000 millones de personas a finales de siglo, la mayoría de las cuales vivirán en zonas urbanas. Este hecho supone que nuestro planeta se enfrenta a un gran reto en lo que respecta al suministro de energía sostenible. Las energías renovables han mostrado un enorme potencial para aumentar la sostenibilidad, sin embargo su uso dentro de las ciudades sigue siendo escaso. Esta perspectiva pone de manifiesto la importancia de la contribución urbana a las energías renovables, que será fundamental para el bienestar de una población urbana en continuo crecimiento. Entre las tecnologías emergentes de energías renovables en entornos urbanos destaca el uso de la biomasa vegetal para calefacción. La biomasa de origen vegetal se considera una fuente de carbono neutral, ya que la cantidad de CO2 que absorbe la planta durante su crecimiento a través del proceso de fotosíntesis, es la misma que libera durante su combustión, siendo por tanto el balance de carbono neutro. Los Países Mediterráneos en general presentan una alta dependencia de los combustibles fósiles, a la vez que una amplia disponibilidad de biomasa procedente tanto del sector forestal como de residuos agroindustriales. La transición a un sistema energético bajo en carbono implica la investigación de nuevas formas de energía renovable que permanecieron inutilizadas durante la era de los combustibles fósiles. Las ciudades son las principales productoras de residuos, y de acuerdo con la infraestructura disponible y el marco regulatorio establecido, estos residuos pueden ser clasificados, descontaminados y reutilizados, para ser quemados para la producción de energía térmica y eléctrica, o llevados a vertedero. En la actualidad, la mayoría de los residuos forestales, agroindustriales y ganaderos se descartan sin hacer un uso medioambientalmente sostenible de los mismos. Además, la integración de los recursos renovables de la biomasa en las políticas energéticas de las ciudades contribuirá, por una parte, a una mejor gestión de los residuos y, por otra, a aumentar la cuota de las energías renovables y la eficiencia energética. Los sistemas energéticos de distrito como los sistemas de calefacción urbana, son una tecnología creciente en muchas ciudades que permite alcanzar estos objetivos. La integración a gran escala de los sistemas energéticos de distrito en las ciudades se traduce en múltiples beneficios, ya que además de proporcionar a las zonas urbanas la energía térmica y eléctrica que necesitan, permite un mayor uso de las fuentes renovables del entorno circundante y, por tanto, una menor dependencia de los combustibles fósiles. También promueve la economía local, haciendo que el consumo de energía sea más asequible y mejorando la calidad del aire urbano mediante la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Por tanto la motivación de esta Tesis es presentar líneas de investigación para poner de manifiesto el potencial de nuevas fuentes de energía procedentes de la biomasa, y para lograr su integración a nivel de distrito, lo que permitirá por un lado una mejor gestión de estos recursos y, por otro, un aumento tanto de la participación de las renovables en el mix energético como de la eficiencia energética de los sistemas de energía. 2. Contenido de la investigación: La Tesis se estructura en siete capítulos, cinco de los cuales son publicaciones en revistas indexadas en el Journal Citation Report. En el primer artículo se realiza una aproximación bibliométrica que permite situar la investigación dentro del contexto científico actual. En el segundo artículo se pone de manifiesto a través de un caso práctico, la integración de los recursos energéticos renovables procedentes de la biomasa en el sistema energético de distrito de las ciudades. En concreto se realiza el diseño y evaluación de un sistema de calefacción urbana alimentado mediante residuos forestales, para un pequeño asentamiento de 3.000 habitantes, analizando los beneficios económicos y ambientales obtenidos. En los artículos tercero y cuarto se determina mediante distintas técnicas de laboratorio, el poder calorífico y la composición química de dos residuos agroindustriales como el hueso del mango y la cáscara de cacahuete. Una vez determinado su poder calorífico, y teniendo en cuenta la producción de los principales países productores, se evalúa tanto la capacidad global de generación de energía, como la reducción obtenida en las emisiones de CO2, considerando la producción total de los distintos países productores. Por último en el artículo quinto se realiza una comparativa entre una antigua instalación térmica a base de fuel oil, y una nueva de biomasa alimentada mediante cáscara de pipa de girasol, que sirve para satisfacer las necesidades de calefacción y agua caliente sanitaria de un hotel. En concreto se realiza un análisis energético, medioambiental, económico y operativo de la nueva instalación térmica de biomasa. 3. Conclusión: El aumento de la población urbana, junto con el alto precio de los combustibles fósiles, hace de las energías renovables un elemento clave en la transición energética hacia una economía baja en carbono. Las energías limpias reducirán la dependencia de los combustibles fósiles, reduciendo también las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorando así la contaminación ambiental en las zonas urbanas. La integración de los recursos energéticos renovables a nivel de distrito permite por un lado una mejor gestión de estos recursos y, por otro, un aumento tanto de la cuota de las energías renovables en el mix energético, como de la eficiencia energética de los sistemas energéticos. Por otro lado, promueve el desarrollo económico de la localidad y la calidad del aire se verá mejorada gracias a la reducción de las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero. Estos sistemas pueden integrarse a gran escala para aplicaciones de calefacción y refrigeración urbanas. La calefacción y la refrigeración representan el 70% del consumo de energía de los edificios, y representan una parte significativa del consumo energético final mundial. Actualmente, la mayor parte de esta energía proviene de combustibles fósiles (gas, diesel, carbón, etc.), causando importantes emisiones de gases de efecto invernadero. En los sistemas de calefacción urbana centralizados mediante biomasa, así como en las calderas de biomasa descentralizadas a nivel residencial, los recursos energéticos que de otro modo se desperdiciarían pueden utilizarse para satisfacer las demandas relacionadas con la calefacción, el agua caliente sanitaria y otras aplicaciones. Además determinados residuos agroindustriales, que normalmente se desechan, poseen un elevado poder calorífico superior similar al de otros biocombustibles sólidos estandarizados, lo que los hace óptimos para la generación de energía térmica a nivel residencial. Los países mediterráneos en general y todos los europeos en particular tienen una alta dependencia externa de la energía utilizada. Los sistemas de calefacción urbana mediante biomasa, pueden significar una oportunidad para que los asentamientos rurales y urbanos se ajusten a las directivas europeas. Mientras los recursos de biomasa estén disponibles y próximos a los lugares de suministro, los costes de asentamiento, eliminación y transporte de la biomasa continuarán bajos, lo que garantizará la sostenibilidad energética, y contribuirá a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Hoy en día, el uso de la energía verde en zonas urbanas representa un campo de gran interés para la comunidad científica. La generación urbana a gran escala de energía renovable se postula como una solución para el desarrollo de la energía sostenible, tanto para satisfacer la creciente demanda de energía en las ciudades, como para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Esta tesis propone novedosas metodologías para la integración de los recursos energéticos renovables en las zonas urbanas, a la vez que destaca el potencial energético de nuevas fuentes renovables procedentes de la biomasa

Peanut Shell for Energy: Properties and Its Potential to Respect the Environment

The peanut (Arachys hypogaea) is a plant of the Fabaceae family (legumes), as are chickpeas, lentils, beans, and peas. It is originally from South America and is used mainly for culinary purposes, in confectionery products, or as a nut as well as for the production of biscuits, breads, sweets, cereals, and salads. Also, due to its high percentage of fat, peanuts are used for industrialized products such as oils, flours, inks, creams, lipsticks, etc. According to the Food and Agriculture Organization (FAO) statistical yearbook in 2016, the production of peanuts was 43,982,066 t, produced in 27,660,802 hectares. Peanuts are grown mainly in Asia, with a global production rate of 65.3%, followed by Africa with 26.2%, the Americas with 8.4%, and Oceania with 0.1%. The peanut industry is one of the main generators of agroindustrial waste (shells). This residual biomass (25–30% of the total weight) has a high energy content that is worth exploring. The main objectives of this study are, firstly, to evaluate the energy parameters of peanut shells as a possible solid biofuel applied as an energy source in residential and industrial heating installations. Secondly, different models are analysed to estimate the higher heating value (HHV) for biomass proposed by different scientists and to determine which most accurately fits the determination of this value for peanut shells. Thirdly, we evaluate the reduction in global CO2 emissions that would result from the use of peanut shells as biofuel. The obtained HHV of peanut shells (18.547 MJ/kg) is higher than other biomass sources evaluated, such as olive stones (17.884 MJ/kg) or almond shells (18.200 MJ/kg), and similar to other sources of biomass used at present for home and industrial heating applications. Different prediction models of the HHV value proposed by scientists for different types of biomass have been analysed and the one that best fits the calculation for the peanut shell has been determined. The CO2 reduction that would result from the use of peanut shells as an energy source has been evaluated in all production countries, obtaining values above 0.5 ‰ of their total emissions

Sustainable Energy Based on Sunflower Seed Husk Boiler for Residential Buildings

Buildings account for one third of the world’s energy consumption, 70% of which is devoted to heating and cooling. To increase the share of renewables in the energy consumption of buildings, it is necessary to research and promote new sources of green energy. World production of sunflower (Helianthus annuus) was 47.34 million tons in 2016, with a harvested area of 26.20 million hectares, and the main producing countries being Ukraine, the Russian Federation, and Argentina, which produce about half of world production of sunflower seed. The sunflower husk, which represents a percentage by weight of 45%–60% of the seed depending on the sunflower variety, is widely used for the production of feed; however, its energy use is very scarce. The objectives of this study were to analyse the energy properties of sunflower husk as a solid biofuel and to carry out an energy, environmental, economic and operational analysis of a thermal installation fed with this by-product of the sunflower oil industry. The results show that this agro-industrial waste has a Higher Heating Value (HHV) of 17.844 MJ/kg, similar to that of other solid biofuels currently used. In addition, replacing a 430 kW fuel oil boiler with a biomass boiler of the same capacity fed by this biofuel can avoid the emission of 254.09 tons of CO2 per year, as well as obtain an annual energy saving of 75.47%. If we consider the production of sunflower seeds in each country and the sunflower husk were used as biofuel, this would result in a CO2 saving of more than 10 per thousand of the total emissions emitted. The results of this work contribute to the standardization of this by-product as a solid biofuel for thermal energy generation due to its potential to reduce CO2 emissions and increase energy efficiency

Biomass as Renewable Energy: Worldwide Research Trends

The world’s population continues to grow at a high rate, such that today’s population is twice that of 1960, and is projected to increase further to 9 billion by 2050. This situation has brought about a situation in which the percentage of the global energy used in cities is increasing considerably. Biomass is a resource that is present in a variety of different materials: wood, sawdust, straw, seed waste, manure, paper waste, household waste, wastewater, etc. Biomass resources have traditionally been used, and their use is becoming increasingly important due to their economic potential, as there are significant annual volumes of agricultural production, whose by-products can be used as a source of energy and are even being promoted as so-called energy crops, specifically for this purpose. The main objective of this work was to analyze the state of research and trends in biomass for renewable energy from 1978 to 2018 to help the research community understand the current situation and future trends, as well as the situation of countries in the international context, all of which provides basic information to facilitate decision-making by those responsible for scientific policy. The main countries that are investigating the subject of biomass as a renewable energy, as measured by scientific production, are the United States, followed by China, India, Germany and Italy. The most productive institutions in this field are the Chinese Academy of Sciences, followed by the National Renewable Energy Laboratory, Danmarks Tekniske Universitet and the Ministry of Education in China. This study also identifies communities based on the keywords of the publications obtained from a bibliographic search. Six communities or clusters were found. The two most important are focused on obtaining liquid fuels from biomass. Finally, based on the collaboration between countries and biomass research, eight clusters were observed. All this is centered on three countries belonging to different clusters: USA, India and the UK

Optimal Location and Sizing of PV Generation Units in Electrical Networks to Reduce the Total Annual Operating Costs: An Application of the Crow Search Algorithm

This study presents a master–slave methodology to solve the problem of optimally locating and sizing photovoltaic (PV) generation units in electrical networks. This problem is represented by means of a Mixed-Integer Nonlinear Programming (MINLP) model, whose objective function is to reduce the total annual operating costs of a network for a 20-year planning period. Such costs include (i) the costs of purchasing energy at the conventional generators (the main supply node in this particular case), (ii) the investment in the PV generation units, and (iii) their corresponding operation and maintenance costs. In the proposed master–slave method, the master stage uses the Discrete–Continuous version of the Crow Search Algorithm (DCCSA) to define the set of nodes where the PV generation units will be installed (location), as well as their nominal power (sizing), and the slave stage employs the successive approximation power flow technique to find the value of the objective function of each individual provided by the master stage. The numerical results obtained in the 33- and 69-node test systems demonstrated its applicability, efficiency, and robustness when compared to other methods reported in the specialized literature, such as the vortex search algorithm, the generalized normal distribution optimizer, and the particle swarm optimization algorithm. All simulations were performed in MATLAB using our own scripts

Does tillage influence physical- and chemical- related soil quality indicators equally?

Trabajo presentado en la EGU General Assembly 2019, celebrada en Viena del 3 al 8 de mayo de 2019.Soil degradation is linked with a loss of land′s actual or potential productivity. This process is a result of naturaland anthropogenic action being soil tillage one of the main drivers of the last. As a result, soil quality, whichmanifests soil′s capacity to produce ecosystem services and goods, can be compromised. There are severalindicators traditionally measured to characterize soil quality, either based on soil physical or chemical properties.Among soil physical properties, water flow features, as expressed through the soil water retention curve, aredirectly linked to the distribution of soil pores and can be useful to derive different indices (such as the S index)to evaluate soil′s quality. Organic matter, nutrients, and cation exchange capacity are also soil chemical propertiesaffecting soil quality.The main aim of this study was to evaluate the methodology based on the S index (Dexter, 2004) andselected soil (chemical and physical) properties at the short term under typical Mediterranean agriculturalconditions. For this reason, physical and chemical soil properties were measured in a short-term trial settle in twoolive orchards under different soil managements: tillage and cover crop and at two depths: surface (0-10 cm) anddepth (10-20 cm). In addition, water retention curves; water storage capacity; and soil porosity were characterized.At the two studied sites, changes in soil management, even after a short period of time, had a quick effectin chemical properties. However, soil′s pore size distribution, as quantified with the S index, did not showremarkable differences after changing soil management. This may be a consequence of the longer-term effectof changing soil management on water retention and transmission. Future research including more soil typesand assessing water-flow-related properties over a longer time interval, may well provide clearer results in theassessment of soil quality.Peer reviewe

Propuesta de competencias profesionales para el perfil del egresado en la especialidad de Medicina Interna en Cuba

Introducción: El programa vigente de la especialidad Medicina Interna todavía no cuenta con una definición de las competencias de la especialidad. Objetivo: Proponer las competencias profesionales para el perfil del egresado en la especialidad de Medicina Interna en Cuba. Material y Métodos: Se trabajó en grupos nominales y seminarios-talleres, dirigidos a definir y normalizar las competencias a evaluar según norma la Comisión Nacional de competencia y desempeño del Ministerio de Salud Pública. Resultados: Se definieron: 4 áreas de competencias; 5 competencias asistenciales centradas en el método clínico; 3 competencias docentes centradas en la estructura de la actividad; 4 competencias centradas en el ciclo de dirección y 4 competencias centradas en el ciclo de investigación. Además 19 elementos de competencias asistenciales. Conclusiones: La propuesta de competencias concibe la aplicación del análisis en matriz para lograr la validez de contenido y externa de los elementos de competencias. Palabras clave: Competencias clínicas, medicina interna, programa, diseño curricular, desempeño, perfil profesional, Cuba. ABSTRACTIntroduction: The program in use of the specialty Internal Medicine not yet has a definition of the competitions of this specialty. Objective: Propose the professional competences for the profile of exit of the Internal Medicine's specialist in Cuba. Material and Methods: Work at nominal groups and workshops in order to define and to normalize competences to evaluate according to standard of the National Commission for competence and performance of the Health Ministry. Results: It were defined: 4 areas of competence; 5 assistance competences centered in the clinical method; 3 teaching competences centered in the structure of the activity; 4 competences centered in the cycle of administration and 4 competences centered in the cycle of investigation. Besides 19 elements of competences y the assistance functions. Conclusions: The proposal of competences conceives the application of the analysis in matrix to achieve the contents and external validity of the elements of competences.  Key words: Clinical competences, internal medicine, program, curricular design, performance, professional profile, Cuba</p

The rkpU gene of Sinorhizobium fredii HH103 is required for bacterial K-antigen polysaccharide production and for efficient nodulation with soybean but not with cowpea

In this work, the role of the rkpU and rkpJ genes in the production of the K-antigen polysaccharides (KPS) and in the symbiotic capacity of Sinorhizobium fredii HH103, a broad host-range rhizobial strain able to nodulate soybean and many other legumes, was studied. The rkpJ- and rkpU-encoded products are orthologous to Escherichia coli proteins involved in capsule export. S. fredii HH103 mutant derivatives were contructed in both genes. To our knowledge, this is the first time that the role of rkpU in KPS production has been studied in rhizobia. Both rkpJ and rkpU mutants were unable to produce KPS. The rkpU derivative also showed alterations in its lipopolysaccharide (LPS). Neither KPS production nor rkpJ and rkpU expression was affected by the presence of the flavonoid genistein. Soybean (Glycine max) plants inoculated with the S. fredii HH103 rkpU and rkpJ mutants showed reduced nodulation and clear symptoms of nitrogen starvation. However, neither the rkpJ nor the rkpU mutants were significantly impaired in their symbiotic interaction with cowpea (Vigna unguiculata). Thus, we demonstrate for the first time to our knowledge the involvement of the rkpU gene in rhizobial KPS production and also show that the symbiotic relevance of the S. fredii HH103 KPS depends on the specific bacterium–legume interaction

Cancer genomics paves the way to targeted therapy.

RESUMEN: La lucha contra el cáncer es aún un desafío mayor, con cerca de 14 millones de nuevos casos de cáncer al año y más de 8 millones de muertes anuales atribuidas al cáncer. Con la ayuda de múltiples servicios clínicos del HUMV y otras Instituciones, trabajamos para demostrar la hipótesis de que análisis integrados de genómica y secuenciación dirigida de alta profundidad en especímenes quirúrgicos de rutina puede generar datos firmes y relevantes sobre la complejidad molecular, composición subclonal, índice mutacional, firmas mutacionales y mutaciones precisas en genes con implicaciones terapéuticas; así generando una herramienta diagnóstica robusta que permita predecir sensibilidad a terapias específicas. In este proyecto, hemos podido demostrar que los estudios genómicos del cáncer demuestran dianas útiles para la intervención terapéutica y que la combinación de múltiples terapias inactivando rutas oncogénicas convergentes representa una opción plausible para pacientes con cáncer avanzado.ABSTRACT: Cancer is still a mayor challenge with something more than 14M new cases per year in the world and more of 8M patients dying yearly because of cancer. With the collaboration of multiple clinical services at the HUMV and other clinical institutions, we are working to demonstrate the hypothesis that genomics integrative analysis and high-depth targeted mutational analysis in routine cancer specimens may generate consistent, relevant data informing about molecular complexity, subclonal composition, mutational rate, mutational signatures and precise mutations in genes with therapeutic implications; thus generating a robust, solid, diagnostic tool that may allow to predict the sensitivity to specific therapies. In this project we have been able to demonstrate that cancer genome studies do demonstrate actionable targets, and that the combination of multiple therapies targeting convergent pathways represent a plausible option for advanced cancer patients