Ramon

Ramon
Ramon Gallart

dilluns, 1 d’agost del 2022

Cremar amoníac a les centrals de carbó.

Japó té com a objectiu assolir les emissions netes de gasos d'efecte hivernacle l'any 2050. Una de les maneres en què el Japó té previst aconseguir-ho és cremar amoníac juntament amb carbó a les seves centrals elèctriques de carbó.

L'amoníac es fa combinant hidrogen i nitrogen. Quan l'amoníac es crema per obtenir energia, el procés no produeix diòxid de carboni (CO₂) i, per tant, ofereix potencial al Japó per reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle.


Austràlia està ben situada per convertir-se en un proveïdor clau global d'amoníac. Però els beneficis climàtics del canvi del Japó dependran de com es produeix l'amoníac a Austràlia.

El valor de les exportacions de carbó tèrmic d'Austràlia al Japó va assolir uns 7.000 milions de dòlars australians en el 2020, el 40% del valor total de les exportacions de carbó tèrmic aquell any.

Per assolir aquest objectiu, s'ha compromès a reduir les emissions en un 46%  en el 2030 en comparació amb el 2013. El sector energètic representa, amb diferència, la part més gran de les emissions del Japó. L'exercici 2020, el carbó tèrmic va proporcionar al voltant del 31% de l'electricitat del Japó. Per reduir les emissions d'energia, intenta eliminar gradualment les centrals de carbó ineficients. A més, s'està movent per cremar amoníac juntament amb carbó a les altres plantes.

Proves en pilots  realitzats al Japó, han demostrat la viabilitat d'una barreja de combustió de carbó amb un 20% d'amoníac. L'operador de centrals elèctriques més gran del Japó, JERA, està invertint ara en un projecte per demostrar la viabilitat d'una barreja d'amoníac al 50%. 

Com es fa l'amoníac?

Que l'ús d'amoníac ajudi a fer front al canvi climàtic depèn de com s'elabora. Actualment, l'amoníac es produeix a escala industrial combinant hidrogen i nitrogen mitjançant l'anomenat procés "Haber Bosch". Actualment, l'hidrogen utilitzat en aquest procés es produeix normalment a partir de gas mitjançant un mètode que allibera molt CO₂.

L'hidrogen també es pot produir amb electròlisi alimentada per electricitat  de fonts renovables, creant el que es coneix com a hidrogen "verd". Aquest procés és actualment més car que el mètode del gas.

Si s'utilitza energia renovable per alimentar els processos que extreuen nitrogen de l'aire i el combinen amb hidrogen, llavors es pot produir amoníac fet amb hidrogen verd amb una intensitat d'emissions propera a zero.

Els abundants recursos energètics d'Austràlia i les relacions comercials existents fan que Austràlia podria convertir-se en un important proveïdor d'amoníac als països que descarbonitzen les seves fonts d'energia. A Austràlia, l'amoníac es fa principalment a partir de combustibles fòssils. Això va provocar 2 milions de tones d' emissions de gasos d'efecte hivernacle el 2019.

No obstant això, hi ha projectes en marxa per injectar hidrogen verd a les instal·lacions existents, i altres que busquen produir amoníac verd a escala. També s'estan desenvolupant projectes per fer amoníac a partir de gas, on es capturen i emmagatzemen les emissions de carboni.

En cremar amoníac a les plantes de carbó , el Japó reduirà les seves emissions nacionals. Es calcula que substituir el 20% del carbó cremat per amoníac, evitaria emetre 40 milions de tones de CO₂ a l'any.

Però, què passa si el Japó crema amoníac fet a Austràlia a partir d'hidrogen basat en combustibles fòssils? En aquest cas, les emissions alliberades a Austràlia per produir l'amoníac realament cancel·laran l'estalvi d'emissions realitzat al Japó. Les emissions es transferirien simplement entre nacions, sense cap benefici per al planeta.

Algunes emissions produïdes a Austràlia es podrien evitar mitjançant la captura i emmagatzematge de carboni (CCS). No obstant això, la viabilitat d'aquesta tecnologia està en dubte. I encara s'alliberaria CO₂  a causa de les emissions que s'escapen durant el procés de producció.


És evident que només la producció d'amoníac alimentada amb energies renovables reduirà les emissions de CO₂ tant al Japó com a Austràlia. Val la pena assenyalar que sota l'escenari descrit anteriorment, la reducció de les exportacions de carbó tèrmic al Japó comportaria una caiguda de les emissions de la mineria de carbó a Austràlia.

S'estima una reducció de les emissions  d'entre 1 i 10 milions de tones cada any per al 2030, suposant una reducció de les exportacions de carbó al Japó. Aquesta caiguda compensaria les emissions creades per la instal·lació de l'energia renovable necessària per impulsar la producció d'amoníac neta a Austràlia.

Què fer?

Sota l'actual sistema d'informes d'emissions nacionals, no hi ha cap incentiu perquè el Japó compri amoníac més car i sense emissions d'Austràlia o d'altres llocs. Per tant, si el comerç internacional d'amoníac creix, els governs nacionals han d'introduir polítiques per reduir les emissions al llarg de la cadena de subministrament d'amoníac.

A  Austràlia, això podria significar un objectiu nacional d'emissions més dur i un full de ruta detallat que estableixi com arribar-hi, per dificultar que les empreses inverteixin en una nova producció d'amoníac contaminant.

Però això no impedirà que els operadors de centrals elèctriques del Japó comprin amoníac d'altres països si és més barat. Per tant, és evident que cal algun tipus de cooperació internacional. Això podria venir en forma de certificació, similar a la que s'està desenvolupant actualment per a l'hidrogen. En el cas de l'amoníac, la certificació indicaria als consumidors quants gasos d'efecte hivernacle s'han emès durant la fase de producció.

I també s'han d'establir incentius per garantir que els compradors triïn amoníac de baixes emissions. Això pot implicar transferir les reduccions d' emissions del registre de gasos d'efecte hivernacle d'un país a un altre, un mecanisme discutit a la recent conferència sobre el clima COP26 a Glasgow.

Font: The Conversation


dijous, 28 de juliol del 2022

Reactor nuclear amb impressió 3D.

La impressió 3D amb metalls i compostos d'alta tecnologia han arribat a l' àmbit aeroespacial i mèdic. La fabricació additiva també es veu com una tecnologia per produir petits reactors nuclears i segurs de nova generació.

Una nova tecnologia d'impressió 3D del Laboratori Nacional d'Oak Ridge, gràcies al seu mètode, permetrà fabricar components dels reactors nuclears ceràmiques tècniques molt més resistents a la radiació i a les extremes temperatures de manera què,  permetrà accelerar el desenvolupament de reactors de nova generació segurs i assequibles.

Els reactors micromodulars haurien de costar unes cent vegades menys què als grans reactors actuals. Està previst desplegar el primer reactor pel 2026. També s'està desenvolupant reactors compactes per a coets propulsats amb energia nuclear, el seu disseny és segur i es basa en un combustible robust fet de partícules  d'urani recobertes de ceràmica microscòpica que es troben en una matriu de carbur de silici.

El carbur de silici és un tipus de ceràmica que actualment s'utilitza en blindatges de tancs, electrònica molt  especialitzada i aplicacions aeroespacials. Però per forjar les complicades formes dels components del reactor amb aquestes ceràmiques és extremadament difícil utilitzant mètodes convencionals com el mecanitzat o la fosa.


La tècnica d'impressió 3D, combina la impressió amb un procés especial de producció de ceràmica que permetrà imprimir geometries complexes a partir del carbur de silici. Aquesta tecnologia, no només permetrà una producció més ràpida i econòmica dels components del reactor, sinó que també hauria de permetre el disseny de noves geometries complexes per a determinades peces que abans eren impossibles de fer.

Aquesta tecnologia d'impressió 3D, es convertirà en una part clau del procés per fabricar les cobertures de carbur de silici per al combustible nuclear i també per produir components estructurals no combustibles per als reactors. Els sistemes avançats de reactors basats en la ceràmica, haurien de ser més segurs que els tradicionals que utilitzen principalment components metàl·lics.

També, la impressió 3D de carbur de silici és una nova tecnologia que ofereix noves possibilitats, però també requerirà una investigació exhaustiva per garantir que els materials resultants i el seu rendiment compleixin els estrictes requisits reglamentaris i legals que requereix l'energia nuclear.

Font: IEEE Spectrum

diumenge, 24 de juliol del 2022

Gestió de les xarxes de distribució amb electrònica de potencia com un element IoT.

Actualment, el Internet de les coses (IoT) té aplicacions omnipresents per tant, serà un nou actiu  que serà integrat en les xarxes de telecomunicacions per l’explotació de la distribució d’energia elèctrica. Llavors,  el IoT adquireix un important paper donat què ofereix molts avantatges en la mesura i control dels paràmetres de la quantitat d’elements físics que aniran conformant  les xarxes elèctriques, entre ells, els equips d’electrònica de potencia com un actiu clau pels distribuïdors.


Per tal de millorar la gestió de la xarxa elèctrica, sense dubte, cal l’adopció d’aquest nous actius basats en l’electrònica de potència però que comptin  amb el suport de la connectivitat per fer possible l’intercanvi de dades sota el concepte IoT i així,  fer possible desplegar diversos equips i sensors IoT que estaran estratègicament instal·lats en la infraestructura del distribuïdor.

Basant-se en el intercanvi de la informació de tots els sensors,  que  inclouen els elements de maniobra, gràcies a la IoT,  es poden prendre les accions adequades gràcies a la informació dels sensors IoT, que s’envia als servidors centrals dels distribuïdors per fer un seguiment del rendiment de tots els actius connectat a la xarxa de distribució incloent els equips d’electrònica de potència.

També hi ha altres usos del IoT que són possible gràcies a la connexió dels equips de electrònica de potència, aquests inclouen la supervisió de paràmetres crítics com són la temperatura, el corrent, el voltatge i la freqüència en diferents trams clau de la xarxa elèctrica.

El actius basats en l’electrònica de potència, acabaran essent una part important de les xarxes elèctriques de distribució en base a que tenen funcions importants que passen pel control, la supervisió i la protecció que permet realitzar diverses tasques de suport en els sistemes elèctrics.

La xarxa elèctrica mitjançant la configuració dels interruptors, faran possible una millor explotació i donaran solució als reptes que estan començant a sorgir pel previst creixement de la mobilitat elèctrica i les fonts de generació distribuïda connectades a la xarxa de distribució de manera que els equips d’electrònica de potencia esdevenen de gran importància per a la modernització de la xarxa. En general, les xarxes modernes de distribució elèctrica no podran ser explotades sense l’electrònica de potència. És evident que aquests actius, son cabdals per fer possible una modernització de les xarxes elèctriques per fer front a la transició energètica.

Actualment, hi ha disponibles diverses eines avançades que poden millorar el rendiment dels equips d'electrònica de potència connectats a les xarxes. Per exemple, un d’ells, és l'IoT ja què, pot ajudar a una millor explotació per les necessitats de la connectivitat que cal. De la mateixa manera, les iniciatives basades en intel·ligència artificial (IA) i aprenentatge automàtic (ML) s’estan començant a aplicar en els sistemes que inclouen equips d’electrònica de potència. Aquestes avançades tecnologies,  preparen els camins per una nova evolució dels equips d’electrònica de potencia de manera què, s’espera que el IoT sigui una de les principals tecnologies de connectivitat per aquest actius.

Llavors, com  el IoT és una tecnologia sense fils dissenyada per a comunicacions massives, cal aplicar els principis de les xarxes sense fils i per això, té els seus propis estàndards que permeten el  desplegament en una amplia àrea amb petites inversions. Les cel·les de transmissió/recepció IoT  es poden desplegar a les mateixes xarxes de comunicació cel·lulars existents ja que són comparativament més barates. Per tant, el seu desplegament  és molt més senzill.

L’electrònica de potència connectada a la xarxa elèctrica, requereix de capacitat per la detecció, la mesura, el control, la supervisió i la protecció dels diferents actius i  components de la xarxa.

El IoT, és una tecnologia versàtil i es pot aplicar en diverses situacions dels sistemes de distribució elèctrica. Pel que fa a l’electrònica de potència, el IoT permet el control del rendiment dels seus components  i fer així operacions sostenibles, sense incidents.

En totes les xarxes elèctriques, hi ha diversos paràmetres crítics que cal d’una supervisió continuada de fet, els propis equips d’electrònica de potencia, en són un.

Per obtenir una millor qualitat de servei elèctric, el  IoT comunicant amb diferents  actius   permet, per exemple, l'excitació de camp dels alternadors de les centrals hidroelèctriques les quals, la proporcionen els rectificadors que prenen una fracció de la CA generada de la sortida de l'alternador. El corrent de camp s’ha de controlar amb precisió. Mitjançant el  IoT, es poden controlar fluctuacions amb més precisió i també, el corrent, i els canvis de la tensió.

Molts sistemes de control , com ara el sistema de control de supervisió i acusació de dades (SCADA), necessitaran molt suport del IoT. També, els equips d'electrònica de potencia,  es poden controlar mitjançant un SCADA basat en telecomunicacions IoT. 

La seguretat i la protecció són essencials per a la sostenibilitat a llarg termini dels sistemes de la xarxa de distribució elèctrica per això,  s’adopten diverses formes de seguretat i protecció per protegir tots els seus components incloent els importants equips d’electrònica de potència. Mitjançant l’ús basats en el IoT, es pot millorar significativament la protecció i la seguretat. Per exemple,  les altes temperatures la vida útil i la precisió dels components d’electrònica de potència. No obstant això, el IoT permet fer un seguiment  per limitar aquests paràmetres dins d’un rang de seguretat.

Gràcies a la programabilitat i la implementació de la IA i el ML, els equips d’electrònica de potencia han de ser  programables i reconfigurables en els escenaris que canvien dinàmicament, com són les xarxes elèctriques. Per això, el  IoT proporciona configuracions lògiques adequades per a la programabilitat dels equips d’electrònica de potència. La IA i el ML són bones tecnologies que permeten operacions intel·ligents però, necessiten de xarxes de telecomunicacions intel·ligents i avançades per a l’efectiva implementació.

Per tant i per acabar, el IoT proporciona aquests intel·ligents arranjaments a través dels seus sensors i actuadors que no són possibles sota una visió tradicional. En general, l’electrònica de potència comunicada i assistida per el IoT, serà molt més eficient a les xarxes elèctriques modernes amb equips d’electrònica de potència.

Ramon Gallart