Projecte White Sailboat Outside.

El veler del Grup Michelin White Sailboat Outside no té cap vela. En canvi, té una ala. L’estructura inflable s’alça sobre el vaixell amb una columna vertebral rígida.  Quan està navegant per les aigües del mar, el vent  es comporta com ho fa amb una ala d’avió per fer possible que el veler es desplaci.

Michelin vol adaptar aquesta tecnologia als vaixells de càrrega. L'objectiu és aprofitar l'energia eòlica per reduir l'ús de combustible fòssil i, per tant, reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle.

El fabricant de pneumàtics francès va presentar aquest projecte anomenat Wing Sail Mobility, o WISAMO, al juny del 2021. tot i la seva complexitat,  funciona amb només prémer un botó. En primer lloc, s'eleva el pal telescòpic des de la seva base fins a arribar als 17 metres d’alçada. L’ala es desplega lentament a mesura que un petit compressor d’aire infla el  material de doble cara. A mesura que el vent flueix sobre l’ala amb una superfície de 93 metres quadrats, les variacions de la pressió de l’aire creen una elevació, ajudant a impulsar el vaixell. Quan el vaixell ho requereix, el sistema es retracta automàticament.

Michelin estima que l'ala pot millorar l'eficiència de combustible d'un vaixell fins a un 20 %, basant-se en mesures de proves tècniques i simulacions, que per a un vaixell  gran de contenidors podria significar evitar consumir desenes de milers de litres de combustible en un dia. Estàprevist provar la tecnologia en un vaixell comercial pel 2022.

Aquest repte, és un pas significatiu cap a l'ambició de Michelin de descarbonitzar completament la seva cadena de subministrament. 

Després d’anys en desenvolupament, aquestes tecnologies van creixen a mesura que la indústria marítima mundial s’enfronta a pressions per fer front al canvi climàtic.  L’enviament de mercaderies és responsable de gairebé el 3 % de les emissions anuals de gasos d’efecte hivernacle arreu del món, i els vaixells són una font important de contaminació de l’aire als ports i les comunitats costaneres. Per a les empreses navilieres, aquestes veles de nova generació són una manera potencialment immediata de reduir les emissions, ja que la majoria dels sistemes es poden adaptar als vaixells existents. 

Entre les diferents iniciatives, aquest projecte l’únic que utilitza ales inflables. Dos inventors suïssos, Edouard Kessi i Laurent de-Kalbermatten, van patentar per primera vegada el concepte. En el 2015, van llançar un prototip sobre un petit i lleuger vaixell i, dos anys després, van navegar al voltant del llac Ginebra amb una ala inflable de 42 metres quadrats.

Michelin ha millorat el disseny original amb noves patents, una de les quals està relacionada amb manera d'inflar les ales. 

El sistema WISAMO està dissenyat per funcionar de forma autònoma, de manera que no s'incrementi la càrrega de treball de la tripulació amb tasques addicionals o requisits d’entrenament.

Projectes com aquests, són claus per ajudar a la propulsió assistida pel vent per ser incorporat  a la indústria mundial del transport marítim. 

Font: IEEE Michelin

Producció de metà mitjançant energia solar en dipòsits subterranis.

Durant els mesos d’hivern, l’energia renovable és escassa a tot Europa. Un projecte internacional estudia una solució poc convencional: l’hidrogen renovable i el diòxid de carboni es bomben al sòl junts, on els microorganismes naturals converteixen les dues substàncies en metà, el principal component del gas natural.

La tecnologia Underground Sun Conversion, patentada per la companyia energètica austríaca RAG Austria AG, ofereix una manera d’emmagatzemar estacionalment l’energia renovable a gran escala i fer-la disponible durant tot l’any. A l’estiu, es tracta de convertir l’excedent d’energia renovable —energia solar, per exemple— en hidrogen (H 2 ). Tot seguit, s’emmagatzema junt amb el diòxid de carboni (CO2) a les instal·lacions d’emmagatzematge subterrànies naturals —per exemple, antics dipòsits de gas natural— a una profunditat superior als 1000 metres.

És aquí on entren en joc els petits ajudants: els microorganismes de la prehistòria, les anomenades arquees, converteixen l’hidrogen i el CO2 en metà renovable (CH4 ) mitjançant el seu metabolisme. Les arquees es troben a tot el món, principalment en entorns anaeròbics, és a dir, baixos en oxigen; van ser els responsables de convertir la biomassa en gas natural fa milions d’anys. En alimentar hidrogen i CO2 en dipòsits de gres porós adequats, aquest procés es pot començar de nou. El metà "produït" a la profunditat es pot retirar dels embassaments durant l'hivern i s'utilitza de diverses maneres com a gas natural neutre amb CO2.

A la recerca d’ubicacions adequades

Les empreses energètiques i les institucions d'investigació d'Àustria i Suïssa s'han unit per desenvolupar la tecnologia. En un projecte finançat pel programa marc de recerca de la UE ERA-Net i l’Oficina Federal Suïssa d’Energia (SFOE), s’explorarà el potencial tècnic i econòmic a Suïssa i Àustria durant els propers dos anys. A Suïssa, hi participen l’empresa energètica Energie 360 ​​°, l’Empa, la Universitat de Berna i la Universitat de Ciències Aplicades (OST) de Suïssa Oriental. Empa està desenvolupant una perspectiva sobre el sistema energètic en el seu conjunt, s'està veient quan i on es produeix l' excedent d'electricitat, on és adequat el CO2 les fonts estarien en última instància, on hi hagi demanda de gas natural renovable. Juntament amb les condicions geològiques, que estan investigant investigadors de la Universitat de Berna, i les condicions econòmiques dels límits, que Els científics de l'OST estan elaborant un mapa de possibles ubicacions per a l'aplicació de la tecnologia de conversió del sol subterrani.

Es considera aquesta tecnologia com a prometedora, sobretot perquè, a més de la metanació biològica, també proporciona una resposta al problema de l'emmagatzematge estacional, fins i tot amb un gran augment de la producció de gas metà, no caldria ampliar infraestructura per l'emmagatzematge gràcies a les instal·lacions d’emmagatzematge natural de l’interior de la Terra.

En el camí de descarbonitzar el sistema energètic

La volatilitat de les fonts d’ energia renovables és un dels grans reptes de la transició energètica. A l’hivern, bàsicament hi ha poca electricitat renovable; a l’estiu, n’hi ha massa. En un estudi anterior sobre el potencial de la tecnologia d’energia a gas a Suïssa, és a dir, la conversió d’electricitat renovable en portadors d’energia química com l’hidrogen o el metà, esc va predir un excés de 10 TWh d’electricitat solar a Suïssa per les properes dècades, suposant que una gran proporció de les superfícies adequades del sostre estiguessin equipades amb fotovoltaica, cosa que al seu torn és necessària per substituir l’electricitat nuclear que s’està eliminant.

Si l'excés d'electricitat es converteix en metà a l'estiu, es podria utilitzar per alimentar al voltant d'un milió de vehicles alimentats amb gas de forma renovable durant tot l'any. La conversió de l'electricitat renovable en vehicles d'energia emmagatzemables estacionalment és un pilar important d'un futur sistema d' energia descarbonitzat. Els resultats d’aquest estudi anterior sobre la "potència a gas” també serveix de base per aquest projecte, on ara es perfeccionen segons les condicions de les fronteres tecno-econòmiques de la tecnologia de conversió del sol subterrani.

Font: Laboratoris federals suïssos de ciència i tecnologia de materials

Sincronització basada en electrònica de potencia, per a una alta penetració de recursos renovables.

Per assolir l’objectiu de disposar d’infraestructures d’energia lliure de carboni tan aviat com sigui possible, és imprescindible un ampli desenvolupament i instal·lació d’energies renovables com  són l’eòlica i la solar. 

La forma en què les energies renovables es converteixen en energia elèctrica és diferent de la generació d’energia tèrmica tradicional. No es basa en generadors síncrons, sinó que ha passat a un sistema de convertidors electrònics de potència. Per tant, aquests recursos d’energia renovable s’anomenen generalment recursos basats en inversors (IBR). El desenvolupament a gran escala de l’energia eòlica i la solar, conduirà inevitablement a canvis significatius en el sistema d’energia, és a dir, una transició d’un sistema d’energia basat en generadors síncrons a un sistema basat en convertidors electrònics de potència, tal com es mostra a la figura 1. 

Fig.1. La transició del sistema d'alimentació basat en energia convencional al sistema d'alimentació basat en IBRs

La transició també comportarà una sèrie d'emergents problemes, com la disminució de la força de la xarxa i la baixa inèrcia de la xarxa, cosa que dificultarà el manteniment de l’estabilitat de la tensió i la freqüència. Una de les qüestions importants d’un sistema d’energia tan modern és com aconseguir una sincronització robusta amb múltiples IBR distribuïts. A diferència del generador síncron convencional, que es basa en la inherent equació de swing, la qual garanteix la sincronització amb la xarxa. Però, la sincronització dels IBR es basa en les estratègies de control implementades per mantenir la sincronització. L'estructura general de control dels IBR es mostra a la figura 2. Es discutirà l'efecte dels diferents nivells de control sobre el rendiment de la sincronització. Una de les qüestions importants d’un sistema d’energia tan modern és com aconseguir una sincronització robusta de múltiples IBR distribuïts. 

En el control secundari, la referència de potència de cada IBR es genera a aquest nivell, cosa que té un efecte significatiu sobre l'estabilitat de la sincronització. Les tecnologies de la informació i la comunicació juguen un paper vital a l’hora de millorar el rendiment de la sincronització del sistema d’energia basat en els IBR. A més, aquesta integració i supervisió dels IBR a gran escala  necessita esforços significatius en termes de detecció i adquisició, on se solen utilitzar sistemes de control de supervisió i adquisició de dades (SCADA). Tot i això, aquestes funcionalitats també augmenten la vulnerabilitat als ciber-riscos i a les intrusions contràries. Els ciberatacs poden canviar la referència de potència, que afectarà el rendiment de sincronització de cada IBR. Es poden aconseguir mètodes considerables per evitar aquesta pràctica de manera gradual. Primer, els ciberatacs haurien de diferenciar-se clarament de qualsevol fallada del sistema. Un cop realitzat aquest pas, cal dur a terme un diagnòstic de la presència de ciberatac en els components afectats. Finalment, un cop detectat el component compromès, la font d’atac s’elimina del sistema. Una bona mesura de la resistència de l’IBR es pot donar per la rapidesa amb què l’IBR es restaura al seu funcionament normal després d’un ciberatac. Com a resultat, cal dur a terme una investigació addicional sobre la identificació dels sectors de risc a la capa cibernètica equipada amb control dels IBR. 

En el control primari dels IBR, hi ha 2 Mètodes de sincronització Diferents: 

1.- Control de Seguiment de xarxa.

2.- Control de formació de xarxa. 

Al control següent de la xarxa, s'aplica el bucle bloquejat de fase (PLL) per Obtenir la fase i la freqüència de la tensió en el punt d'acoblament comú (PCC). Aquest mètode de sincronització funciona bé en condiciones d'una xarxa forta. No obstant això, a causa de l'alta proporció d'IBR integrats a la xarxa, la relació qualitat dels curtcircuits (SCR) és fa més petita, cosa que provoca  fluctuacions del voltatge en el PCC contra la potència de sortida dels IBR.

En aquesta situació, s'ha demostrat que hi ha una resistència negativa introduïda pel paper     que juga el PLL, el qual, provoca inestabilitat i limita la transferència de potència dels IBR a les xarxes SCR. Per superar els problemes esmentats, és proposen mètodes de control per la formació de xarxes. S'ha desenvolupat una àmplia varietat d'esquemes de control de formació de xarxes per a IBR, com ara el control de sincronització de potència, el control de caiguda, el generador virtual síncron, el sincronitzador, etc.

En termes generals, tots aquests mètodes és basen en la sincronització de la potència, el que significa que l'angle de control dels IBR es va provar en el bucle de control de potència. Això, és una gran diferència respecte al mètode basat en els PLL, que és basa en la sincronització de la tensió.

Aquesta diferència òbvia de la sincronització, garanteix que el control de formació de la xarxa funcioni bé sota una xarxa SCR i fins i tot, en mode autònom el que significa, que l'angle de control dels IBR prové del bucle de control de potència. 

Fig. 2. Estructures generals de control de recursos basats en inversors (IBR)

A més, també s'hauria de garantir l'estabilitat de la sincronització durant grans pertorbacions, com ara fallades a la xarxa, pèrdua sobtada de generació / càrrega o canvis dels SCR. Els IBR també haurien de mantenir-se sincronitzats amb la xarxa principal durant aquestes grans pertorbacions per donar suport a la xarxa en lloc del viatge directe. Atès que els blocs de sincronització, ja siguin PLL basats en voltatge o mètodes de sincronització basats en potència, són enllaços no lineals. Modelar aquests blocs no lineals és un gran repte, tenint en compte, també els bucles de control intern en cascada. Alguns mètodes clàssics  d’anàlisi no lineals, com ara l’anàlisi del pla de fase, la funció energètica o mètodes basats en Lyapunov, es poden utilitzar per analitzar aquest tipus de problemes de sincronització.

Fig. 3. Sincronització robusta dels IBR de diferents nivells de control.

Per aconseguir una sincronització robusta dels IBR, s'haurien de considerar tots els diferents nivells de control que es mostren a la figura 3. En el nivell de control secundari, s'hauria de garantir la sincronització per resistir a un ciberatac. El punt d'equilibri es pot mantenir mitjançant una assignació precisa de potència de diferents IBR durant les falles de la xarxa o altres tipus de grans pertorbacions. 

En el control primari, s’ha d’assegurar primer l’estabilitat de la sincronització del senyal petit mitjançant un bon disseny dels paràmetres de sincronització sota una xarxa feble. Per tal d’evitar l’efecte del voltatge interior o del bucle de control de corrent sobre el rendiment de la sincronització, és essencial una diferència evident d’ampla de banda de diferents bucles de control per al disseny de paràmetres generalitzats dels IBR. Per aquest camí, els problemes de sincronització es poden desacoblar dels bucles interns ordenant-los en diferents escales de temps. Durant aquest procés, es pot aplicar el mètode H∞ per considerar la incertesa i les pertorbacions de la xarxa. 

A continuació, es pot utilitzar el model no lineal d’ordre reduït per a l’anàlisi de sincronització de senyals grans. A més, la forma de construir el model de multi-IBR basat en mètodes de sincronització híbrids (seguiment de xarxa i formació de xarxa) a l’hora d’avaluar l’estabilitat de la sincronització del sistema també és una qüestió oberta. El model Kuramoto pot ser una bona solució per analitzar l’estabilitat de sincronització del sistema de múltiples convertidors. 

Font: IEEE Smartgrid

Re-equipament de les preses per obtenir més energia renovable.

Gairebé totes les preses de Noruega estan construïdes per generar energia hidroelèctrica però això no passa arreu del món.

Una bona part de les preses de subministrament d'aigua d'Àfrica i Àsia s'utilitzen per a regar el sòl, l'aigua potable o el control de les inundacions, però  sovint,  no ho fan  per produir electricitat.

Una enquesta internacional de les 60.000 preses més grans del món mostra que només un terç de les preses s'utilitzen per a la producció d'energia hidràulica. A l'Àfrica i l'Àsia, la proporció de les preses utilitzades per a l'energia hidroelèctrica és més baixa, entre un 10% i un 15%.

Un dels estudiants de Bakken va realitzar un estudi suggerint que es podia extreure molta energia de les preses. Les conversions de preses serien econòmicament rendibles, no tindrien noves conseqüències ambientals ni afectarien l’ús actual de l’aigua.

Una solució possible és instal·lar turbines a la base d'aquestes preses, que proporcionarien grans quantitats de nova energia renovable. Aquesta potencial solució podria augmentar la producció d'energia renovable a tot el món.

L’estudi teòric comporta sorpreses

En el 2020, Bakken va supervisar Nora Rydland Fjøsne, que va investigar el tema com a part del seu màster. En el seu estudi teòric, Fjøsnes va examinar les preses existents sense energia hidroelèctrica a la zona del Guadalquivir al sud d'Espanya, on s'utilitzen moltes preses per al reg del sòl i el subministrament d'aigua potable.

En la simulació, es van instal·lar turbines en tretze de les preses d'aquesta zona que actualment no s'utilitzen per produir energia hidroelèctrica.

L'estudi es va fer mitjançant un model numèric que descrivia la hidrologia i l'ús actual d'aigua a la zona de captació i la mida de les preses. per això, es van utilitzar els costos internacionals de les turbines en els càlculs. Es van examinar els preus de l'energia futurs i els preus de l'energia projectats a Espanya.

Es va suposar per a la simulació que l'ús actual de l'aigua no canviaria. Dit d’una altra manera, la nova producció d’energia hidroelèctrica no hauria d’afectar el subministrament actual d’aigua potable ni l’ús actual d’aigua per al reg del sòl al Guadalquivir. Només l'aigua sobrant, l'aigua que s'utilitzava dels embassaments per proveir la demanda existent, s'havia d'utilitzar per a la producció d'energia hidràulica.

La reforma proporciona una nova potencia

Es va trobar que, a partir d'una avaluació empresarial purament econòmica, la instal·lació de tecnologia hidroelèctrica en cinc de les tretze preses del Guadalquivir a Espanya resultaria rendible.

L'avaluació va comparar els costos estimats per reformar aquestes preses amb els ingressos futurs de la producció d'energia. Aquestes cinc plantes serien capaces de produir 47 GWh per any, el que correspon al consum d’unes 4000 a 5000 llars.

Pel que fa al cost, diverses de les tretze preses amb embassaments van caure al parc d'altres projectes renovables quan les vam comparar amb els càlculs de costos publicats per IRENA (Agència Internacional d'Energies Renovables). Aquestes preses també serien rendibles amb una certa subvenció.

Assolible en molts llocs del món

Aquest és el primer estudi que es fa sobre això, de manera que s'ha de considerar com un estudi que prova un concepte completament nou per a la producció d'energia renovable.

Es pot concloure de l'estudi que hi ha recursos hidroelèctrics sense explotar i econòmicament rendibles en preses i embassaments existents. Aquests es poden utilitzar sense crear nous efectes ambientals, conseqüències socials ni conflictes pels recursos hídrics.

Es creu que hi ha oportunitats per aconseguir-ho en molts llocs del món, on s'han construït diverses preses i embassaments per al reg del sòl, el subministrament d'aigua potable, el control d'inundacions o altres propòsits.

Font: Universitat Noruega de Ciència i Tecnologia

Les energies renovables són barates.

Les plantes fotovoltaica solars (PV) i les eòliques, continuen sent les fonts més barates com a nova capacitat de generació d'electricitat a Austràlia, fins i tot quan s'inclouen els costos d'integració de les energies renovables, segons l'informe final GenCost 2020-21.

Cada any, l'agència científica nacional d'Austràlia, CSIRO, i l'Operador australià del mercat energètic (AEMO) consulten els diferents grups d'interès de la indústria per estimar el cost de la generació elèctrica per a les noves centrals elèctriques a Austràlia mitjançant l'informe GenCost.

L’informe d’aquest any utilitzava un nou enfocament més precís per analitzar el cost de les energies renovables com és l’energia solar i l’eòlica, per incloure costos addicionals d’integració, com ara l’emmagatzematge i la nova infraestructura de transport.

L'economista en cap de l'energia de CSIRO, Paul Graham, va dir que un primer esborrany de l'informe, publicat als grups d'interès el desembre del 2020, s'havia millorat per reflectir  comentaris sobre l'impacte de la variabilitat meteorològica en l'augment d'aquests costos d'integració.

L'informe final tracta aquests comentaris de manera que l'anàlisi dels costos d'integració de les renovables inclou un major reconeixement de la variabilitat climàtica any a any i de l'impacte que té sobre la demanda i el subministrament d' electricitat. Per això, es van agafar els costos d'integració  més alts dels nou anys meteorològics que constaven com històrics.

Els grups d'interès, van demanar que l'anàlisi reconegués les bateries per aconseguir una vida més llarga abans de substituir-les i així, costar menys diners, cosa que significa que els costos d'emmagatzematge de les bateries són inferiors al que es pensava anteriorment.

Aquest informe conclou que:

1.- L’energia solar i l’eòlica continuen sent les fonts més barates d’electricitat per a nova construcció.

2.- El cost de la bateria va baixar més en el 2020-21 en comparació amb qualsevol altra tecnologia de generació o emmagatzematge i es preveu que continuarà disminuint. La reducció dels costos d’emmagatzematge de la bateria sustenta la competitivitat a llarg termini de les energies renovables.

3.- L’hidrogen també és important i és més competitiu quan es requereixen temps d’emmagatzematge més llargs (superiors a les vuit hores).

4.- El nou enfocament és un model del sistema elèctric que optimitza la quantitat d’emmagatzematge necessari i també inclou despeses addicionals de transport.

5.- Els informes anteriors afegien quantitats arbitràries de costos d’emmagatzematge i no incloïen costos del transport ni altres.

Aquest informe inclou per primera vegada electrolitzadors d'hidrogen i constata que l'hidrogen segueix una trajectòria similar a les renovables més establertes. Amb un interès creixent en el desplegament mundial i molts projectes de demostració a tot el món, s’espera una reducció substancial dels costos de les tecnologies de l’hidrogen durant les properes dècades.

Font: Agència científica nacional d'Austràlia

Bateries comunitàries.

Les bateries comunitàries, ja són una realitat a Austràlia per complementar les bateries domèstiques existents i permetre emmagatzemar més energia solar dels barris.

Tenen una potència d’aproximadament d'un megawatt (MW), el que és el mateix, el suficient per alimentar al voltant de 100 cases. Ajuden a "absorbir" l'energia solar generada durant el dia, millorant la fiabilitat de la xarxa del barri.

Tenen el potencial de jugar un paper integral en la transició d'Austràlia cap a una xarxa descentralitzada mantenint l'energia generada a prop d'on es consumeix. Però, cal seguir treballant perquè les normatives actuals puguin fer més per fomentar la gestió local  gràcies a les bateries solars i comunitàries dels terrats. Com a tal, es proposa una tarifa que incentivi l'ús d'energia, a prop d'on es produeix.

Aquesta tarifa d'ús local del servei és essencialment un senyal de preu per als clients, que els permet beneficiar-se monetàriament per emmagatzemar i utilitzar l'energia localment.

Els aspectes socials  condueixen a l'adopció de bateries comunitàries, incloses les raons per les quals les persones hi estan disposades o no ja que hi han possibles beneficis i inconvenients d'aquestes bateries a escala comunitària.

Alguns riscos són relativament fàcils de superar, com ara garantir les mesures de seguretat en cas d'incendi, mentre que d'altres, com ara assegurar que els beneficis es distribueixen de manera justa, són més complicats. Tot i així, ja hi ha diversos projectes de bateries comunitàries a tota Austràlia.

Les directrius establertes als informes ANU s'aplicaran al Melbourne CBD com a part d'una associació amb la Yarra Energy Foundation i la xarxa elèctrica CitiPower. ANU també subministrarà programari a mida per a aquesta prova.

És clar que els complexos reptes que hi ha al voltant de la transició d'un sistema energètic centralitzat a un sistema descentralitzat poden beneficiar-se si realment, els enginyers, científics i la societat treballen junts.

Fon: Universitat Nacional Australiana (ANU).

Formes d'utilitzar i malgastar menys energia.

A mesura que els països exploren maneres de descarbonitzar les seves economies, el mantra del "creixement verd" corre el risc d'atrapar-nos en una espiral de fracassos. El creixement verd és un oxímoró.

El creixement requereix més extracció de material, que al seu torn requereix més energia. El problema fonamental que cal fer front per intentar substituir l’energia fòssil per l’energia renovable és que totes les  tecnologies renovables siguin significativament menys denses d’energia que els combustibles fòssils. Això vol dir que es requereixen àrees molt més grans per produir la mateixa quantitat d'energia.

A principis d’aquest any, les dades de la Unió Europea demostraven que la generació d’electricitat de fonts renovables havia superat a les font de carbó i  gas en el 2020. Però, altres investigacions anteriors van argumentar que per substituir l’ús total d’energia del Regne Unit (no només elèctrica) pel millor mix disponible d’eòlica, solar i la hidroelèctrica, requeriria de tota la massa terrestre del país. Per fer-ho a Singapur caldria una superfície de 60 "Singapurs".

No es nega la necessitat de deixar d’emetre carboni dels combustibles fòssils. Però si no es centra en la reducció del consum i el malbaratament energètic i, en canvi, es decideix substituir els combustibles fòssils per energies renovables, simplement s'intercanviaria una carrera per la destrucció per una altra.

El carboni que causa aquest problema climàtic, avui prové de la biologia fossilitzada formada a través dels cicles antics del carboni, principalment durant els 200 milions d’anys de l’era mesozoica (que va acabar fa 66 milions d’anys). 

Cal deixar de cremar combustibles fòssils, però també cal entendre que tota tecnologia per substituir-los, tot intentant i mantenir el consum actual, i molt menys permetre el creixement del consum, requereix grans quantitats d’energia fòssil.

Impacte ambiental de les energies renovables

La reducció de carboni sense reducció del consum només és possible mitjançant mètodes que tinguin els seus propis impactes ambientals de forma massiva i la limitació de recursos.

Per fabricar energia renovable, es necessita energia fòssil per explotar les matèries primeres, transportar-les, fabricar-les, connectar els sistemes de captació d’energia i, finalment, produir les màquines per utilitzar l’energia.

La nova infraestructura renovable requereix de minerals de terres rares, la qual cosa,  és un problema en si mateix. Però la majoria de les matèries primeres necessàries per produir i aplicar una nova tecnologia energètica també són cada vegada més difícils de trobar. Els rendiments derivats de la mineria s’estan reduint i el dilema de la disminució dels rendiments s’aplica als combustibles fòssils necessaris per explotar el mineral metàl·lic en declivi.

A nivell mundial, tot i construir moltes infraestructures d’electricitat renovables, encara no s'ha augmentat la proporció d’energia renovable en el consum total d’energia. L’electricitat és només el 20% del consum total d’energia. L’electricitat renovable no ha desplaçat l’energia fòssil a la majoria de països perquè el consum augmenta més ràpidament del que pot afegir la generació renovable.

Els problemes de voler mantenir la civilització industrial són molts, però el més important és que és la causa real de la crisi climàtica i d’ altres crisis ambientals. Si es continua amb l'actual ritme de vida, el somni subjacent del concepte de "creixement verd", acabarà destruint la capacitat de suport a la vida de la Terra.

Què ha passat amb l’ecologisme?

El concepte de creixement verd forma part d’una tendència més àmplia i de llarga durada per cooptar les paraules verd i ecologista. L’ecologisme va sorgir a partir dels anys seixanta com un moviment per salvar el món natural. Ara sembla que s’havia apropiat per descriure la lluita per salvar la civilització industrial, la vida tal com es coneix.

Aquest canvi té greus implicacions perquè els dos conceptes - creixement verd i ecologisme - són inherentment incompatibles.

Tradicionalment, els ecologistes incloïen persones com Rachel Carson, el llibre del qual Silent Spring (1962) alertava els nord-americans sobre els verins industrials que mataven ocells i insectes i embrutaven aigua potable, o organitzacions ecologistes com Greenpeace que salva balenes i foques.

A Nova Zelanda, ser verd tenia les seves arrels en moviments com la campanya Save Manapouri, que va lluitar per salvar els antics boscos autòctons de la inundació quan es va construir una presa hidroelèctrica. L’ecologisme tenia un enfocament clar per salvar el món viu.

Ara l’ambientalisme s’ha re-destinat a reduir les emissions de carboni, com si el canvi climàtic fos la  única crisi imminent. Sembla que els parlamentaris Verds volen assolir el carboni net pel 2050 a qualsevol preu.

La paraula "xarxa" permet als defensors del medi ambient respectuós amb la indústria evitar considerar la necessitat crítica de reduir el consum d'energia. D’alguna manera cal allunyar-se del paradigma de creixement per fer front a les múltiples crisis que arriben. L’únic futur que hi ha, és consumir menys, fer menys, malgastar menys i aturar l'obsessió per acumular.

Si es segueix tractant de mantenir la trajectòria de creixement actual, construïda una sola vegada gràcies a la bonança del combustibles  fòssils, cal destruir els ja estressats sistemes de suport vital que els sostenen. Protegir aquests i els seus components biòtics essencials és un veritable ambientalisme: no intentar mantenir la forma de vida industrial, només sense carboni.

Font: The Conversation

La intel·ligència artificial permet un control i repartiment just dels recursos de les comunitats energètiques.

Les comunitats energètiques jugaran un paper clau en la construcció dels sistemes energètics més descentralitzats, menys intensius en carboni i més justos del futur.

Aquestes comunitats permeten als consumidors locals (consumidors amb generació i emmagatzematge propis) generar, emmagatzemar i comercialitzar energia entre ells, mitjançant actius de propietat local, com són els aerogeneradors, plaques solars i les bateries. Això permet a la comunitat utilitzar generació de fonts renovables locals i escollir entre les opcions del mercat de les grans empreses  o prosumidors individuals.

Els projectes de comunitats energètiques, sovint impliquen actius de propietat conjunta, com seria un aerogenerador de propietat comunitària o emmagatzematge compartit mitjançant les bateries. Tanmateix, això planteja la qüestió de com s'haurien de controlar aquests actius, sovint en temps real, i de com s'haurien de compartir equitativament la producció d'energia dels actius de propietat conjunta entre els membres de la comunitat, ja que no tots els membres tenen la mateixa mida, necessitats d'energia o perfils de demanda .

Resulta que, es podria utilitzar la intel·ligència artificial no només per utilitzar més energies renovables i protegir la vida útil dels actius cars (com les bateries), sinó també per dissenyar formes més justes de dividir els guanys conjunts. Això passa per l'ús de la IA distribuïda (específicament sistemes multi-agents) i teoria de jocs cooperatius.

Gràcies a nous algoritmes per al control intel·ligent dels actius energètics de la comunitat, tant per utilitzar l'electricitat generada més localment, com per allargar la vida útil dels actius energètics, es compara el cas quan les llars individuals inverteixen en la seva pròpia bateria domèstica versus invertir en una unitat d’emmagatzematge d’energia comunitària més gran  de manera que, es mostren els avantatges d’un enfocament d’emmagatzematge conjunt. A continuació, es proposen diversos mecanismes pràcticament aplicables i computacionalment eficients per compartir els resultats d'aquests actius entre les llars d'una manera justa. Les seves obres fan ús del concepte clau del valor marginal: manllevat de la teoria de jocs coalicionals i de la IA distribuïda, mirant el que cada membre contribueix (i costa) a la comunitat local.

Pel que sembla, aquest és el primer model d'amortització de la bateria en el modelatge d'optimització energètica de la comunitat. El control basat en dades de l'estat de la bateria és crucial per a una viable econòmicament la integració de la generació local renovable i el model energètic comunitari proporciona una aplicació molt atractiva. A més, pels interessats en l’aplicació de la teoria de jocs cooperativa en energia (que és una àrea de recerca creixent), el model proposat és un dels primers a utilitzar aquests conceptes específicament, es proposa un model de redistribució dels beneficis en una comunitat basada en el valor marginal, un concepte clau en la teoria de jocs cooperatius.

Font: Universitat Heriot-Watt a Edimburg, Escòcia (Regne Unit).

Preguntes que encara cal respondre sobre les bateries dels vehicles elèctrics de nova generació.

La propera generació de bateries de vehicles elèctrics, amb un abast més gran i una seguretat millorada, podria sorgir de les tecnologies d'estat sòlid de liti metall.

Però cal respondre a preguntes clau sobre aquesta prometedora font d’energia abans que pugui fer el salt del laboratori a les plantes de fabricació. Amb els esforços que cal fer per portar els vehicles elèctrics a una part més gran de la població, cal respondre ràpidament a aquestes preguntes.

Els principals fabricants d'automòbils  ja incorporen els vehicles elèctrics i molts anuncien plans per eliminar els cotxes de motors de combustió interna en els propers anys. Les bateries de ions de liti van permetre els primers vehicles elèctrics i segueixen sent la font d’alimentació més comuna per als darrers models que surten de les línies de muntatge.

Aquestes bateries de ions de liti s’acosten al seu màxim rendiment per la mobilitat elèctrica gràcies a que incorporen un sistema de gestió amb bateries pesades i voluminoses,  quals  tenen un risc d’incendi. Mitjançant la utilització de liti metàl·lic per a l’ànode de la bateria juntament amb una ceràmica per a l’electròlit, s'ha demostrat el potencial de duplicar l'autonomia dels EV per a una bateria de la mateixa mida què, redueix dràsticament el potencial d’incendis.

Durant l'última dècada es va fer un gran progrés en l'avanç de les bateries d'estat sòlid de liti metall, no obstant això, queden diversos reptes en el camí per a la comercialització de la tecnologia, especialment per als vehicles elèctrics. Les preguntes que cal respondre per aprofitar aquest potencial són:

1.- Com es podrien produir ceràmiques, que són fràgils, entre les grans quantitat de làmines que  requereixen les bateries de liti metall? L’ús de ceràmica a les bateries de liti-metall, requereix energia per escalfar-les fins a més de 2.000 ºF durant la fabricació, això compensa els beneficis mediambientals en els vehicles elèctrics?

2.- Es poden adaptar tant la ceràmica com el procés de fabricació per tenir en compte defectes, com ara una  fissura, d’una manera que no obligui els fabricants de bateries i els fabricants d’automòbils a renovar dràsticament les seves operacions?

3.- Una bateria d'estat sòlid de liti metàl·lic no requeriria el sistema de gestió de les bateries pesades i voluminoses que necessiten les bateries de ions de liti actual per mantenir la durabilitat i reduir el risc d'incendi. Com afectarà la reducció de la massa i el volum del sistema de gestió de bateries —o la seva eliminació total— del rendiment i la durabilitat d’una bateria d’estat sòlid?

4.- El metall liti ha d’estar en constant contacte amb l’electròlit ceràmic, és a dir,  es necessita maquinari addicional per aplicar pressió i així, mantenir el contacte. Què significarà aquest maquinari afegit per al rendiment de la bateria ?

Fon: Universitat de Michigan.

Tres centrals nuclears menys a Europa.

Alemanya ha tancat tres centrals nuclears tot i que Europa està visquent a una de les pitjors crisis energètiques de la seva història. Amb els elevats preus de l'energia i  sembla que continuaran a l'alça i les elevades tensions entre Europa i Rússia, com el principal proveïdor de gas, el tancament d'aquestes  tres plantes no ajudarà a minvar la pressió.

L'impacte en nombres, significa que a Alemanya es reduirà la producció d'energia ena  potencia d'uns 4 GW que equival  a la potencia de 1.000 aerogeneradors de 4 MW.

Si no  hi ha un canvi sobtat, Alemanya té previst aturar l'energia atòmica a finals del 2022, quan te previst clausurar les  darrers tres plantes que queden en el seu territori.

Això, avui és especialment rellevant considerant els elevats  preus de l'energia que hi han arreu d'Europa, per tant, podria comportar que que aquesta decisió portarà complicats moments en el sector elèctric  empitjorant el preus pel previsible increment de consum de gas des de les diverses captacions  arreu d'Europa i la flota de vaixells GNL que venen des d'Amèrica. . 

El preu de referència del gas a Europa, el TTF holandès, va arribar al desembre de 2021 als 187,78 € per MWh impactant directament al preu de la electricitat. La causa principal de l'elevat  preu van ser les tensions geopolítiques amb Rússia, que subministra un terç del gas d'Europa. 

Per això, els mercats de gas natural han tingut dues cares diferents a banda i banda de l'Atlàntic al desembre. S'han estat movent en direccions oposades darrerament:

Si bé les regles del mercat prevalen a Amèrica del Nord i els preus van disminuir significativament a causa dels abundants subministraments, la por i la geopolítica semblen dominar a Europa i els preus han assolit llindars màxims

Hi ha veus que assenyalen que els països occidentals acusen Rússia per restringir els lliuraments de gas per pressionar Europa enmig de les tensions pel conflicte d'Ucraïna cal tenir present que Rússia te interès en impulsar el controvertit gasoducte Nord Stream 2, que enviarà encara més gas rus cap Alemanya.

Queda esperar que a llarg termini, l'esperança  vingui  per l'augment de les energies renovables,  però segur que no succeirà en menys de cinc anys si el model energètic es segueix basant en créixer. Llavors es fàcil concloure que  Europa fins que sigui una realitat l'augment de les renovables, es continuarà tenint dependència dels combustibles fòssils per cobrir la generació nuclear que Alemanya ha aturar i continuarà aturant. Per Alemanya, sense dubte, farà que més dependent del gas natural  i per tant també una mica més dependent de Rússia.

Hi ha un altre problema que cal gestionar per accelerar la implantació de fonts renovables i és la gestió de l'oposició social en la construcció d'aquestes infraestructures com passa  en la construcció del parc Tramuntana de la Costa Brava (Girona) 

Un altre impacte que tindrà el tancament de les centrals nuclears, es la reducció  d'una font clau d'energia baixa en carboni.

Ramon Gallart.