El canvi climàtic i l'energia nuclear.

En molts dels estats amb els objectius climàtics més reptadors per la nació, els polítics estan dedicant molts diners per salvar la font d'energia que durant molt de temps va ser l'objectiu número 1 de molts activistes ambientals: les plantes nuclears.

Ràpidament, s'està avançant cap a una energia neta, però això encara trigarà. No es pot construir plantes d'energies renovables amb prou rapidesa per atendre les necessitats d'energia. Les nuclears són una part important d'aquesta equació.

Malgrat les preocupacions sobre la seguretat, líders polítics i alguns grups ecologistes diuen que el canvi climàtic suposa un risc més gran que els reactors nuclears, i que preservar l'energia nuclear evitarà l'expansió de les plantes alimentades amb combustibles fòssils. Les centrals nuclears proporcionen al voltant del 19% de l'electricitat del país, en molts països, això és molt més que l'eòlica i la solar juntes. Alguns activistes responen que les inversions de l'estat en centrals nuclears s'estan produint a costa dels projectes renovables, alentint la transició energètica neta.

Per exemple, els legisladors d'Illinois van aprovar l'any passat un projecte de llei sobre el clima que incloïa el compromís de mantenir en línia dues de les centrals nuclears de l'estat durant cinc anys més, fins i tot si no són rendibles. Es poden construir renovables i emmagatzematge per substituir aquestes plantes, però serà en anys.

Jessica Azulay, directora executiva de l'Aliança per a una Economia Verda, un grup ecologista amb seu a Nova York que va lluitar contra un acord estatal el 2016 per subvencionar les centrals nuclears, creu que això és un error, en base a que es pensa que si s'hagés invertit abans aquests diners en energies renovables i eficiència, s'hauria aconseguit reduccions més altes de gasos d'efecte hivernacle.

Els opositors també assenyalen els efectes ambientals de la mineria i el processament d'urani i les preocupacions contínues sobre l'emmagatzematge de residus radioactius. Però els reactors proporcionen energia contínua i lliure d'emissions, noten els sues defensors, i els estàndards de seguretat han reduït significativament el risc d'accidents nuclears.

El debat se centra en mantenir les plantes existents. Alguns experts pensen que es podrien desenvolupar petits reactors modulars en el futur, però, hi han hagut legisladors de Connecticut i Virgínia Occidental els quals, recentment van revocar les prohibicions estatals de noves instal·lacions nuclears en cas que aquesta tecnologia sigui factible.

Però la realitat, també mostra que l'única central nuclear que s'està construint actualment, un projecte a Geòrgia, ha patit retards substancials i sobrecostos. Hi han pensaments, sobre que la central nuclear bloqueja la producció de més energies renovables.

A Connecticut, els polítics van assolir un acord el 2019 per adquirir energia de la planta nuclear de Millstone de l'estat durant 10 anys, com a part d'un conjunt de projectes per a l'electricitat sense carboni. Aquest acord proporcionava un preu fix per a l'operador de la planta.

Sorprenentment, aquest preu ha estalviat diners als contribuents en els últims mesos, ja que els costos d'altres formes d'energia s'han disparat.

Si es construeix la  xarxa al voltant de només fonts renovables, hi han moments i dies de l'any en què no hi ha prou disponibilitat ni de sol ni de vent. La potència per atendre els consums base és fonamental i la nuclear és la forma més neta d'energia per les càrregues base.

De vegades hi ha una tendència a participar en el pensament màgic on la visió perfecta del futur és immediatament assolible. La veritat és que una central nuclear,  proporciona importants quantitats  d'energia amb zero emissions de carboni.

El canvi climàtic, que ha provocat l'augment del nivell del mar i tempestes més potents, està augmentant els riscos. Els reactors són més vulnerables a aquests desastres naturals del que estaven dissenyats. Però els defensors nuclears diuen que la indústria ha après de desastres tan destacats

Font: The Pew Charitable Trusts. Distribuït per Tribune Content Agency, LLC.

Hidroplans amb hidrogen.

Amb cent anys d'història que els avalen, els hidroplans, són coneguts per les seves altes velocitats. La rapidesa s'aconsegueix mitjançant l'ús d'ales semblants a les dels avions que estan a sota de l'embarcació i permeten aixecar el casc per sobre de l'aigua i així, reduir fricció. La seva popularitat va assolir el màxim a la dècada de 1970. Va perdre fama per motius d'estabilitat, problemes de materials i costos elevats de producció i manteniment.

Boundary Layer Technologies (BLT), una start-up de tecnologia marina amb seu a Alameda, Califòrnia, té com a objectiu utilitzar els avenços tecnològics dels darrers 50 anys per crear Argo, un vaixell de càrrega d'hidrogen líquid (LH2), per competir amb el transport de mercaderies i vaixells portacontenidors; només aquest últim negoci està valorat en més de 6 bilions de dòlars dels EUA.

Tots els aspectes que han fallat de la tecnologia que s'utilitzen en els vaixells, han avançat des dels anys 70. En particular, l'ús del composite de fibra de carboni per a les ales i el pal, en lloc de l'acer inoxidable utilitzat anteriorment, ha resolt el rendiment estructural de les ales. Ara són més esveltes, creen menys fricció i per tant, disminueixen significativament el consum de combustible.

Altres avenços tecnològics computacionals que inclouen la potència de càlcul i el programari de simulació de dinàmica de fluids que permet dissenyar ales mitjançant nombroses iteracions en simulacions de fluids.

Per evitar colpejar objectes flotants, s'utilitzarà un radar de banda X. I el sonar d'escaneig del davant, s'utilitzarà per detectar objectes i mamífers submergits a una distància de fins a 1.500 metres, cosa que donarà als pilots uns 75 segons per evitar obstacles submergits.

Disposarà a bord d'uns 1,6 MWh de bateries d'ions de liti, principalment per augmentar la potència necessària per elevar el casc fins a 5 metres sobre la superfície de l'aigua, inclosa la càrrega útil de 200 tones, un 70 % més que un Boeing 747-400 de càrrega. Està dissenyat per tenir una autonomia de gairebé 2.800 km i una velocitat de creuer de 40 Kts, el doble de ràpid que els vaixells portacontenidors actuals.

Portarà l'hidrogen líquid en tancs LH2 de 26.000 kg i 370 metre cúbics allotjats als dos cascs del vaixell. Un vaporitzador subministrarà l'H2 gasós condicionat a una pila de combustible de 10 MW. L'energia de la pila es converteix en corrent altern i alimentarà als inversors del motor per impulsar el sistema de propulsió. El sistema de propulsió consta de quatre motors de 2,5 MW que condueixen hèlixs contra-rotatories mitjançant un engranatge Z-drive, que permet canvis ràpids en la direcció d'empenta.

La indústria, fa més de 100 anys que està utilitzant hidrogen líquid i gasós i, en conseqüència, s'entenen molt bé els protocols de seguretat. Així que no preveu cap problema especial a l'hora d'utilitzar LH2.

L'hidrogen, es pot operar de manera segura, per això les autoritats navilieres estan estudiant el desenvolupament de protocols necessaris per operar vaixells amb hidrogen i piles de combustible. Però cal garantir que els sistemes d'H2 i de pila de combustible estiguin prou ben protegits en cas de col·lisió.

Font: IEEESpectrum (John Boyd)

Sistema intel·ligent de càrrega sense fils per vehicles elèctrics.

La càrrega sense fil de vehicles elèctrics (WEVC) es considera una possible opció de càrrega per als vehicles elèctrics (EV).

Hi ha dos tipus de càrrega sense fil: 

1.- Quan el vehicle està estacionat i els carregadors romanen en una geometria fixa durant la càrrega,

2.- Carrega del vehicle mentre es mou des d'un carregador encastat a la carretera. Avui es tracta sobre la càrrega mentre el vehicle es mou.

Es pot aconseguir una alta eficiència de transferència d'energia sense fils a distàncies de camp properes mitjançant l'ús d'un acoblament ressonant magnètic, en el qual la potència inductiva es transfereixi quan una bobina primària i una secundària estan estretament alineades i tenen suficient acoblament mutu. 

Normalment, la distància màxima hauria de ser inferior a 300 mm ja que la proximitat, redueix les pèrdues. No obstant això, cal prestar especial atenció a l'avaluació de l'exposició dels humans ales emissions dels camps electromagnètics dispersos. Això es deu a;

1.- Nivells elevats de potència transmesa fins a alguns kW, 

2.- La no uniformitat que podria provocar que els nivells de potència superin llindars. 

Per tant, és essencial investigar en la transformació dels mecanismes WEVC en formats "compatibles amb la salut humana".

Es defineix la compatibilitat amb la salut humana com la capacitat d'un sistema WEVC per oferir el servei desitjat alhora que garanteix l'exposició als CEM per sota d'un nivell de seguretat tenint en compte les limitacions d'exposició humana. 

Un cop aconseguit, es disposarà d'un marc d'optimització multi-objectiu, que s'espera que sigui un polinomi no determinista depenent del temps (NP) a causa de:

1.- La quadraticitat / no linealitat de les restriccions (p. ex., rang de velocitat de conducció, temperatura, coeficient d'acoblament, espai d'aire, vida útil de la bateria, estat de càrrega i desalineació adjacent com a estats de funcionament)

2.- No convexitat del problema. 

A causa de la complexitat, encara no es disposa d'un marc d'anàlisi exhaustiu ni un entorn de proves que investigui l'exposició humana a la CEM en un sistema WEVC pel que respecta a les proves de carretera,

A més, la incorporació d'un nou sistema és difícil perquè hi ha diverses incerteses a superar, com ara la generació horària de la FV, l'hora d'entrada/sortida dels vehicles elèctrics, les diferents demandes de càrrega del client i la potència de càrrega requerida, etc. Aquests factors, significativament afecten els paràmetres del sistema que utilitza els algorismes actuals/tradicionals. Per tant, hi ha una necessitat crítica d'una solució eficient per incorporar aquestes incerteses al sistema per garantir un funcionament estable i precís de les operacions del sistema de càrrega de vehicles elèctrics i el comportament de les càrregues. A més, el sistema pot actuar d'una altra manera en aplicacions físiques perquè s'han simplificat diverses consideracions pragmàtiques en els algorismes actuals. 

A més, la integració de les plantes fotovoltaiques a la xarxa elèctrica està limitada pel rendiment de la càrrega (lineal i no lineal) i pels carregadors dels EV. Per tant, una detallada predicció  dinàmica de la demanda i l'oferta són essencials per a un ús més econòmic i rendible, ja que permet l'abocament, l'emmagatzematge i la gestió de l'excés d'energia. Tanmateix, les incerteses dels comportaments de càrrega real, plantegen reptes vitals en el control del comportament de l'emmagatzematge d'energia sota l'operació intel·ligent.

Un altre repte per a la càrrega intel·ligent entre PV i els EV, és l'optimització de les sinergies entre la generació d'energia fotovoltaica, la demanda de càrrega dels clients i la demanda d'energia dels vehicles elèctrics per:

1.- Millorar la penetració fotovoltaica a la xarxa elèctrica, 

2.- Promoure l'autoconsum, 

3.- Proporcionar serveis auxiliars a la xarxa.

En aquest sistema de gestió de càrrega cada cop més complex, s'ha generat la utilització de tècniques d'intel·ligència artificial (IA) per al modelatge predictiu, l'optimització, el seguiment del punt de màxima potència (MPPT) i la gestió de l'energia per a la càrrega intel·ligent. Per tant, és molt important implementar nous esquemes per gestionar aquestes tasques.

Font: IEEE Smart Grid ( Adel El-Shahat i Swoon Chang)

L'oceà pot ajudar a salvar el planeta?

L'energia neta generada a partir de les onades, les marees i els corrents oceànics i fluvials, pot ajudar a salvar el planeta. L'energia disponible a partir d'aquest recurs d'energia renovable, anomenada energia marina, equival al voltant del 80% de les necessitats anuals d'electricitat dels Estats Units. Tot i que part d'aquesta potencia no es pot aprofitar per construir un futur 100% d'energia neta, el món necessita tota l' energia renovable que sigui possible obtenir.

L'energia marina pot començar a construir un futur més ràpid (i més barat) amb el Marine and Hydrokinetic Toolkit (MHKiT), un centre de coneixement massiu de codi obert que proporciona als desenvolupadors el codi necessari per analitzar el rendiment de la seva tecnologia. en diferents llocs oceànics i fluvials. El conjunt d'eines, actualitzat recentment, ara inclou dades sobre recursos energètics de les marees i dels rius, factors (com ara la turbulència i els sediments) que afecten el funcionament de la tecnologia sota l'aigua, l'anàlisi d'ones extremes i molt més.

L'energia neta, inclosa l'energia marina, té un paper clau a jugar, així que hi ha molt d'interès den veure com progressa. Pot semblar una petita peça del trencaclosques, però sense dades amb bona qualitat, aquesta indústria no pot avançar.

L'energia oceànica pot ajudar a salvar el planeta. Però saber com aquesta indústria que està en creixement aconsegueix un ús comercial, encara és una qüestió molt complicada. Per proporcionar un full de ruta de dades, NREL, la Pacific Northwest National Laboratory i Sandia National Laboratories s'han coordinat per desenvolupar la primera versió del MHKiT, que ingereix, processa, visualitza i gestiona dades sobre tot, des de la producció d'energia d'un dispositiu i la capacitat de suportar diverses càrregues mecàniques a la quantitat d'energia que flueix a través dels  oceans i rius dels Estats Units.

Abans de MHKiT, s'havia de dissenyar el propi codi per analitzar el rendiment de les tecnologies en un un tanc d'onades o una prova a l'oceà obert. Però el desenvolupament de codi i la validació acaben consumint molt de temps i són costosos. El programari i les dades compartits de MHKiT, no només són gratuïtes, sinó que també estan estandarditzades i presentem controls de qualitat.

L'estandardització és realment clau, per tant, tothom treu les mateixes conclusions sobre el rendiment dels seus dispositius o dissenys. Els desenvolupadors han de recollir i processar dades d'alta qualitat per preparar la seva tecnologia i aprendre si el disseny funcionarà bé o malament al mar.

A la seva plataforma Python, MHKiT alberga ara dades sobre recursos de marees i rius, inclosa la quantitat d'energia disponible en diferents llocs, la velocitat i la turbulència de les aigües i quins obstacles submarins, com la sorra i les pedres, poden interferir amb un rendiment.

A més, ara es pot analitzar les ones extremes que les màquines podrien trobar-se als llocs reals escollits. És possible que els dispositius que no estiguin  preparats, no sobreviuran a les condicions d'aquestes onades; amb MHKiT,  es pot augmentar la probabilitat d'èxit.

A la plataforma MATLAB, MHKiT recull moltes dades, com ara alçades de les onades, velocitats actuals i temperatures de l'aigua, recopilades per un grup de boies gestionades pel Programa d'informació de dades costaneres . Per predir millor el temps i els climes als quals la tecnologia d'energia marina podria enfrontar-se a la costa, també s'han afegit dades històriques d'onades.

A continuació,  està previst integrar encara més dades i funcionalitats per tenir en compte els sistemes d'energia híbrids, com els que combinen turbines eòliques flotants o panells solars amb dispositius d'energia marina, i per a tecnologies més petites. Aquests inclouen drons marins no tripulats per a l'exploració de l'oceà o dispositius de dessalació alimentats per ones per produir aigua potable neta en llocs remots o per donar suport als esforços de socors en cas de desastre.

Font:  Laboratori Nacional d'Energies Renovables

Piles de combustible d'hidrogen.

Les piles de combustible d'hidrogen convencionals, prometen ser fonts d'energia netes i eficients per a vehicles i altres aplicacions, però depenen de catalitzadors de metalls preciosos que encareixen el seu cost. Una nova pila de combustible d'hidrogen sense metalls preciosos ha obtingut un rendiment i una durabilitat record amb costos insignificants de catalitzadors.

L'hidrogen, l'element més comú de l'univers,  durant molt de temps ha estat una alternativa energètica neta i abundant als combustibles fòssils, o almenys com un ampli mitjà d'emmagatzematge per a l'energia generada amb renovables per fer funcionar maquinària gran com trens, avions i camions. Quan l'hidrogen reacciona amb l'oxigen de les piles de combustible per generar electricitat, en lloc de produir contaminants com fan els combustibles fòssils, el resultat és simplement aigua.

Les piles de combustible d'hidrogen estàndard, es basen en productes químics àcids i catalitzadors fets de metalls preciosos com és el platí, per impulsar les reaccions entre l'hidrogen i l'oxigen que generen electricitat. En canvi, les piles de combustible d'electròlits de polímers alcalins es basen en productes químics alcalins i poden utilitzar metalls que són molt abundants com a catalitzadors, eliminant així la necessitat de metalls preciosos. Tanmateix, aquestes últimes piles de combustible encara no tenen un rendiment i una durabilitat  comparable a les piles de combustible convencionals.

No obstant, s'ha desenvolupat una pila de combustible d'electròlits de polímer alcalí sense metalls preciosos amb una densitat de potència màxima rècord de 210 mW per centímetre quadrat, més de cinc vegades més potència que els models anteriors.

El nou dispositiu es basa en un catalitzador fet d'un nucli sòlid de níquel envoltat d'una carcassa de 2 nm de gruix feta de carboni dopat amb nitrogen. Aquest catalitzador es troba a l'ànode, on l'hidrogen s'oxida, o perd electrons, i es combina amb un catalitzador de cobalt-manganès al càtode, on l'oxigen es redueix o guanya electrons.

Les capes de carboni del nou catalitzador d'ànode ajuden a augmentar la velocitat a la qual s'oxida l'hidrogen, i el nitrogen d'aquestes capes de carboni pot servir per estimular l'oxidació, augmentant en conjunt el rendiment de la pila de combustible. A més, la carcassa del catalitzador de l'ànode impedeix que el níquel s'oxidi per formar òxids de níquel que poden frenar dràsticament l'oxidació de l'hidrogen i fer que el catalitzador es deteriori.

Aquest nou catalitzador, també va resultar molt més tolerant al monòxid de carboni respecte al platí. La producció comercial de gas d'hidrogen, sovint dóna lloc a traces de monòxid de carboni, de manera que una alta tolerància al monòxid de carboni és clau per a les aplicacions pràctiques de les piles de combustible d'hidrogen.

Aquesta nova pila de combustible podria funcionar de manera estable durant més de 100 hores. En comparació, una altra pila de combustible sense metalls preciosos que utilitzava nanopartícules de níquel essencialment la qual, la seva vida va ser de 5 hores.

Una pila de combustible convencional amb catalitzadors de metalls preciosos que operen en condicions àcides, pot oferir entre 1,2 i 1,5 W per centímetre quadrat, això és entre 5 i 7 vegades més. Tot i així, cal tenir en compte que les piles de combustible àcides han estat durant dècades en desenvolupament, mentre que les alcalines només fa menys de 10 anys. S'està segurs que amb més desenvolupaments i una mica d'optimització, es podria arribar a 1 W per cm quadrat en un termini de 2 o 3 anys, cosa que seria un potencial gran avenç.

Les propers  investigacions, podrien augmentar la durabilitat de la pila de combustible millorant les membranes de suport dins del dispositiu, tot i que, aquests resultats són molt prometedors, encara manca molta feina a fer.

Font: Proceedings of the National Academy of Sciences .

El somni de Nikola Tesla, es pot fer realitat?

Els cables elèctrics són necessaris per transportar i distribuir el corrent elèctric, però tenen els seus inconvenients.

Els cables també plantegen reptes  a les empreses de transport i distribució elèctrica ja que per incrementar la seva capacitat de distribuir energia, o be han de incrementar la secció del conductors  o elevar el nivell de tensió. Per aplicacions ferroviàries han de combina el desgast de la fricció del sistemes pantògrafs  amb el cable de la catenària. 

Hi ha interès en poder resoldre com transferir l'energia elèctrica sense cables no fils, de fet  és testimonial  l'adopció generalitzada durant l'última dècada de la càrrega sense fil, sobretot per a l'electrònica de petit  consum portable, però també per a la càrrega/descàrrega dels vehicles elèctrics. Tot i que un carregador sense fil estalvia haver de connectar i desconnectar cables, la distància a la qual es pot transferir energia elèctrica d'aquesta manera és força curta. De fet, és difícil recarregar o alimentar un dispositiu quan els separen uns quants centímetres, molt menys, quan són uns quants metres. 

La noció de la transmissió d'energia sense fils, ens porta a imatges de Nikola Tesla amb les bobines d'alta tensió que atreien llamps. De fet, Tesla havia perseguit la idea d'utilitzar d'alguna manera el sòl i l'atmosfera com a conductor per a la transmissió d'energia a llarga distància, una idea que no va prosperar. Però el somni d'enviar energia elèctrica a grans distàncies sense cables encara perdura.

Per altre banda, en Guglielmo Marconi, que va ser el contemporani de Tesla, va descobrir com utilitzar les ones electromagnètiques per enviar senyals a llargues distàncies. I aquest avenç va comportar la possibilitat d'utilitzar el mateix tipus d'ones per transportar l'energia d'un lloc a un altre. Però, avui es pot aprofitar la mateixa física bàsica per substituir els cables? 

Durant l'últim segle hi han hagut treballs esporàdics per utilitzar ones electromagnètiques com a mitjà de transport d'energia sense fils, però aquests intents han donat resultats contradictoris. Potser l'any daurat per a la investigació sobre el transport d'energia sense fils, va ser el 1975, quan William Brown, que treballava per a Raytheon , i Richard Dickinson del Jet Propulsion Laboratory de la NASA van utilitzar microones en el laboratori per transportat potència amb una eficàcia superior la 50 %. En una altre demostració independent, van poder lliurar més de 30 kW en una distància aproximada de 1,5 km.

Aquestes demostracions formaven part d'una campanya la NASA i el Departament d'Energia dels Estats Units per explorar la viabilitat dels satèl·lits d'energia solar, que, segons es va proposar, un dia recollirien la llum solar a l'espai i la transmetrien cap a la Terra en forma de microones. Però com que aquesta línia d'investigació va estar motivada en gran part per la crisi energètica dels anys setanta, l'interès pels satèl·lits d'energia solar va disminuir en les dècades següents, almenys als Estats Units.

Tot i que amb certa regularitat es segueix revisant la idea, les demostracions per emetre energia elèctrica de gran potencia que actualment es fan els cal lluitar per millorar la marca d'eficiència, distància i nivell de potència assolit el 1975. Però això, comença a canviar gràcies a diversos avenços recents en tecnologies de transmissió i recepció.

La majoria dels primers intents per transmetre potència elèctrica es van limitar a a banda de freqüències de microones, la mateixa part de l'espectre electromagnètic que avui està el Wi-Fi, el Bluetooth i altres senyals sense fils. Aquesta elecció va ser, en part, impulsada pel simple fet que es disposava d'equips eficients de transmissió i recepció de microones.

Però hi ha hagut millores en l'eficiència i una major disponibilitat de dispositius que operen a freqüències molt més altes. A causa de les limitacions que imposa l'atmosfera a la transmissió efectiva d'energia dins de determinades bandes de l'espectre electromagnètic, es segueix centrat en les freqüències de microones, ones mil·límetres i òptiques. Tot i que les freqüències de microones tenen un lleuger avantatge pel que fa a l'eficiència, requereixen antenes més grans. Així, per a moltes aplicacions, els enllaços d'aquestes ones funcionen millor.

Per als sistemes que utilitzen les microones, els transmissors solen emprar amplificadors electrònics d'estat sòlid i antenes de matriu en fase, parabòliques o metamaterials. El receptor de microones utilitza una sèrie d'elements anomenats rectennes (rectificador+antena) els quals reflecteix a cada element per  convertir les ones electromagnètiques en electricitat de corrent continu.

Qualsevol sistema dissenyat per a la transmissió d'energia òptica probablement utilitzaria un làser, un amb un feix estret, com ara un làser que apunta a la fibra. Els receptors per a la transmissió d'energia òptica són cel·les fotovoltaiques dissenyades per convertir una sola longitud d'ona de llum en energia elèctrica amb una eficiència molt alta. De fet, les eficiències poden superar el 70 % que ve a ser el mateix a més del doble de la d'una cel·la solar típica.

Pensar que un dispositiu envií grans quantitats d'energia a través de l'aire en un feix estret pot fer pensar que esdevindrà com un raig mortal. Tècnicament són possibles diferents densitats de potència, que van des de massa baixes per ser útils fins prou altes per ser perilloses. Però també és possible trobar un punt òptim entre aquests dos extrems. PowerLight Technologies, ha estat desenvolupant sistemes de raigs d'energia basats en làser.

Una espectacular demostració va ser la de l'empresa Lighthouse Dev el 2012. Per subratllar com de segur era el sistema, l'amfitrió del programa científic de la BBC "Bang Goes the Theory" va ficar la cara completament en un feix de potència enviat entre edificis de la Universitat de Maryland. Aquesta demostració, va aprofitar el fet que algunes longituds d'ona infraroja són més segures per als ulls que altres parts de l'espectre.

Aquesta estratègia funciona per a sistemes de potència relativament baixa. Però a mesura que s'augmenta el nivell, és possible assolir densitats de potència que generen problemes de salut i seguretat independentment de la longitud d'ona utilitzada. 

Tot i que s'enviava una potencia superior a  400 W a una distància de 300 m, el feix estava contingut dins d'un recinte virtual, en el qual, era possible detectar un objecte que violés la zona de seguretat i així desconnectar-ho per garantir la seguretat i evitar danys. Altres proves ja han demostrat com les distàncies de transmissió poden superar un quilòmetre.

Les proves acurades (per a les quals no es van utilitzar amfitrions de programes científics de la BBC) van verificar a la nostra satisfacció la funcionalitat d'aquesta funció, que també va superar la reunió amb la Junta de revisió de seguretat làser de la Marina. Durant la nostra demostració, el sistema es va demostrar encara més quan, en diverses ocasions, els ocells van volar cap al feix, apagant-lo, però només momentàniament. Ja veieu, el sistema controla el volum que ocupa el feix, juntament amb el seu entorn immediat, permetent que l'enllaç elèctric es restableixi automàticament quan el camí torni a quedar clar. Penseu en això com una versió més sofisticada d'un sensor de seguretat de la porta del garatge, on la interrupció d'un feix de guàrdia activa el motor que fa que la porta s'apagui.

Altres demostracions, han fet possible que observadors i assistents puguin caminar entre l'emissor i el receptor sense necessitat de portar ulleres de seguretat ni prendre cap altra precaució. Això és perquè, a més de dissenyar el sistema perquè es pugui apagar automàticament, hem tingut cura de considerar els possibles efectes dels reflexos del receptor o de la dispersió de les partícules suspeses a l'aire de la llum al llarg del recorregut del feix.

Certament, els 400 W que es van poder transmetre no són un valor significatiu, però van ser suficients per fer un cafè amb aigua calenta.

El proper objectiu és aplicar la transmissió de potència, amb mesures de seguretat totalment integrades, a les plataformes mòbils. Per això, s'espera augmentar la distància recorreguda i la quantitat d'energia subministrada.

Altres governs, empreses establertes i startups d'arreu del món estan treballant per desenvolupar els seus propis sistemes de transmissió de potència. El Japó ha estat durant molt de temps un líder en radiació de microones i làser.

A nivell d'electrònica de consum, hi ha molts jugadors: Powercast, Ossia, Energous, Guru i Wi-Charge entre ells. El gegant tecnològic Huawei, espera en un 20 anys, poder transmetre per fer possible la càrrega de telèfons intel·ligents.

Per a aplicacions industrials, empreses com Reach Labs , TransferFi , MH GoPower i MetaPower estan avançant en l'ús de la potència per resoldre l'espinós problema de mantenir les bateries per a robots i sensors, als magatzems i en altres llocs, a punt per funcionar. A nivell de xarxa, Emrod i altres intenten escalar la potència a noves altures.

Pel que fa a l'R+D, el nostre equip va demostrar durant l'any passat una transmissió segura d'energia sense fil de microones d' 1,6 quilowatts a una distància d'un quilòmetre. Empreses com II-VI Aerospace & Defense , Peraton Labs , Lighthouse Dev i altres també han fet avenços impressionants recentment. Avui dia, startups ambicioses com Solar Space Technologies , Solaren , Virtus Solis i altres que operen en mode furtiu estan treballant dur per ser les primeres a aconseguir una potència pràctica des de l'espai a la Terra.

A mesura que aquestes empreses estableixen un historial provat de seguretat i presenten arguments convincents per a la utilitat dels seus sistemes, és probable que vegem arquitectures completament noves per enviar energia d'un lloc a un altre. Imagineu-vos drons que poden volar durant períodes indefinits i dispositius elèctrics que mai s'han de connectar, mai, i poder proporcionar energia a la gent de qualsevol part del món quan els huracans o altres desastres naturals assolen la xarxa elèctrica local. Reduir la necessitat de transportar combustible, bateries o altres formes d'energia emmagatzemada tindrà conseqüències de gran abast. No és l'única opció quan no es poden encadenar cables, però els meus companys i jo esperem, dins del conjunt de tecnologies possibles per subministrar electricitat a llocs llunyans, que la radiació de potència brilli, literalment. 

Font: Paul Jafee (IEEE)

Nous reptes per les bateries behind the meter.

La transició energètica cap a emissions netes de carboni per al 2050, exigirà més a la xarxa elèctrica. Els sistemes d'emmagatzematge d'energia estacionaris són fonamentals per a la resiliència de la xarxa, ja que garanteixen que l'energia procedent de fonts d'energia renovables estigui disponible quan i on sigui necessària.

Els edificis del futur energèticament eficients, estan recorrent a dissenys holístics de sistemes d'emmagatzematge darrere del comptador (BTMS) per minimitzar els costos i els impactes de la xarxa a causa de la seva capacitat d'integrar la càrrega de vehicles elèctrics, la generació fotovoltaica i les demandes dels edificis mitjançant càrregues controlables per generar i emmagatzemar energia in situ.

Ja hi ha molt coneixement sobre les bateries d'ions de liti, però en funció de les aplicacions tenen diferents requeriments. Per això, una manera seria identificar  com aprofitar els desenvolupaments de la investigació de bateries de vehicles elèctrics per a noves aplicacions en emmagatzematge estacionari.

Els sistemes BTMS tenen diferents patrons de càrrega i descàrrega respecte un vehicle elèctric típic de manera què,  requereixen de certs materials que compleixin aquestes necessitats. Els dissenys de bateries d'ions de liti que utilitzen un ànode Li4Ti5O12 (LTO) i un càtode LiMn 2O4 (LMO) són prometedors candidats que ofereixen la seguretat i una llarga vida útil segons demandaran els sistemes BTMS. Tot i que aquestes cel·les basades en un disseny convencional, tenen una densitat d'energia relativament baixa, una nova investigació de NREL, publicada al Journal of the Electrochemical Society, va aprofundir en les prometedores oportunitats, així com les limitacions, d'utilitzar cel·les de bateries LTO/LMO per a l'ús d'emmagatzematge estacionari.

Avaluar el rendiment depenent de la temperatura de les cel·les LTO/LMO amb diverses càrregues ha permès determinar que l'ús d'elèctrodes més gruixuts podria augmentar la capacitat de la cel·la i la densitat d'energia, alhora que disminueix els costos globals de la cel·la. Tanmateix, aquests elèctrodes més gruixuts, requereixen que els ions recorrin un camí més llarg, limitant la utilització d'elèctrodes. Els ajustos de temperatura poden alleujar aquests impactes negatius, però poden introduir complicacions addicionals. El truc és dissenyar una bateria que ofereixi el millor equilibri per a aplicacions estacionàries.

L'objectiu, és identificar un punt adequat per aprofitar els avantatges de la càrrega dels elèctrodes i l'augment de les temperatures per maximitzar el rendiment de les cel·les de la bateria LTO/LMO.

HA estat millorar els resultats gràcies a verificar més profundament els resultats aplicant modelatge electroquímic per simular reaccions a diferents temperatures i diferents gruixos dels elèctrodes. Aquesta modelització, ha estat en consonància amb els resultats experimentals. Permetre un repòs intermitent de  les bateries durant la descàrrega, en lloc de descarregar-se completament com en els vehicles elèctrics, el rendiment dels elèctrodes van millorar significativament. Llavors, aquest tipus de descàrrega intermitent és molt adequada per a aplicacions estacionàries on les bateries només s'utilitzaran quan hi ha una demanda puntual e intermitent  per estar en repòs la resta del temps.

Tot i que aquestes cel·les optimitzades de bateries LTO/LMO ofereixen molts avantatges,  d'investigació també, s'estan explorant opcions de càtodes que poden millorar les necessitats dels sistemes BTMS. L'experiència obtinguda en el desenvolupament de materials, es combinarà amb la modelització electroquímica d'avantguarda utilitzada  per racionalitzar la investigació de nous materials i dissenys experimentals de bateries per a l'emmagatzematge estacionari.

Font: Yeyoung Ha et al, Impact of Electrode Thickness and Temperature on the Rate Capability of Li4Ti5O12/LiMn2O4 Cells, Journal of The Electrochemical Society (2021). DOI: 10.1149/1945-7111/ac3781

Certificació i estàndards.

Des de la parla humana fins al xifratge quàntic, la comunicació es basa en protocols que fan possible que s'entenguin mútuament i poden ser implementats de manera fiable.

En el món de les comunicacions electròniques, la certificació d'estàndards permet a tothom conèixer les regles i les pugui aplicar.

Les organitzacions de normalització i els seus membres busquen models que permetin fer proves digitals i s'allotgin al núvol i siguin cada cop més ràpides, per ajudar a donar resposta al creixent ritme del desenvolupament tecnològic.

Les organitzacions d'estàndards coneixen les seves pròpies tecnologies de manera que, poden definir els requisits amb molta precisió. Poden identificar necessitats i objectius però, en la majoria dels casos, no es disposa d'una experiència interna en el desenvolupament de les proves de certificació.

En el passat, les organitzacions i aliances d'estàndards, van desenvolupar les seves pròpies eines de certificació, normalment utilitzant els recursos dels membres de les seves organitzacions de manera que, acostuma a ser un procés llarg.

Desenvolupar un producte, pot trigar fins a dos anys. En aquest context, el problema no era si es trigava sis a dotze mesos a desenvolupar les eines de certificació d'estàndards automatitzades.

En el context actual, els fabricants necessiten llançar nous productes més ràpidament per tant, impacte en les organitzacions d'estàndards de manera què, estan accelerant els seus desenvolupaments per adaptar-se.

Amb els anys, cada cop més organitzacions estàndards han passat de les eines internes dedicades a eines externes. Coneixen les seves pròpies tecnologies, però estan descobrint que altres organitzacions especialitzades en proves d'estàndards, els podrien permetre disposar dels seu testsbeds  molt més ràpidament. Per accelerar el desenvolupament de proves de certificació d'estàndards, cal accelerar les certificacions de dispositius i millorar les proves d'interoperabilitat.

Alguns protocols, però, requereixen solucions no estàndards, mentre que d'altres poden requerir un seguiment més detallat a nivell de maquinari, ja sigui mitjançant un equip de prova estàndard com un analitzador comercial de xarxa vectorial o, un maquinari personalitzat.

Les solucions basades en la flexibilitat permeten fer:

1.-  Proves patentades, per adaptar-se a estàndards que encara estan en desenvolupament, 

2.- Connectar en bucle en maquinari poc comú 

3.- Validar la interoperabilitat amb una àmplia gamma d'altres dispositius i protocols.

La potencia de la solució, és la manera habitual de gestionar els casos que  permeten afegir o ampliar casos de prova, per adaptar-se als requisits d'interoperabilitat que constantment estan en evolució.

Ramon Gallart