Arquitectura informàtica inspirada en el cervell.

Un equip internacional de científics, inclosos investigadors de la Universitat de Limerick, a Irlanda, ha descobert una nova molècula que encara, podria augmentar més la presa de decisions ultra ràpida en ordinadors.

El descobriment d’estalvi d’energia, que sorgia d'un nou tipus d’arquitectura informàtica, podria tenir importants implicacions en les àrees que van i tenen a veure sobre la presa de decisions financeres fins a la bioinformàtica.

L’equip de l’Institut Bernal d’UL va descobrir que una simple molècula formada a partir de només 77 àtoms proporciona un nou element de circuit electrònic fonamental en què la lògica complexa es codifica en propietats de materials a escala nanomètrica.

Aquest nou tipus d’arquitectura informàtica inspirada en el cervell es va crear optimitzant les propietats elèctriques dels cristalls tous creats a partir de les molècules. Aquest descobriment, ha estat possible gràcies a les simulacions informàtiques d’última generació realitzades al superordinador del Centre Irlandès d’Informàtica.

Va demostrar que la molècula utilitza asimetria natural en els seus enllaços metall-orgànics per canviar netament entre diferents estats, cosa que li permet dur a terme una presa de decisions ultra ràpida.

Aquest nou disseny, tot es fa en un sol lloc, de manera que no cal continuar llegint ni moure informació.

Això elimina el "coll d'ampolla de von Neumann", un problema que ha sofert la informàtica des del principi i que encara dificulta el desenvolupament de la tecnologia. El nou circuit molecular significa que la unitat de processament de l'ordinador ja no ha de buscar dades per a cada operació que realitza, i això és un estalvi enorme en temps i en costos energètics.

Les possibilitats són molt interessants, perquè els dispositius mostren totes les característiques distintives de la informàtica cerebral. En primer lloc, un gran nombre idèntic de petits processadors moleculars estan connectats en xarxa i funcionen en paral·lel. El que és més important, mostren redundància i reconfigurabilitat, el dispositiu pot resoldre problemes encara que els components individuals no funcionin perfectament tot el temps o de la mateixa manera cada vegada. 

Els nous elements del circuit podrien proporcionar equips més petits, més ràpids i més eficients energèticament, exactament el que es necessita per el edge-computing, la Internet de les coses i aplicacions d'intel·ligència artificial.

Les molècules metàl·liques-orgàniques van ser sintetitzades per col·laboradors de l'Associació Índia de la Ciència (IACS) de Calcuta, convertides en pel·lícules de la Universitat Nacional de Singapur i provades com a elements del circuit a Singapur, a l'AI Research Lab de Hewlett Packard a Colorado i a Universitat Texas A&M.

Aquesta investigació d’alt impacte reforça l’ambició de l’Institut Bernal d’UL d’impactar el món sobre la base de les millors ciències en un context cada vegada més internacional. Aquesta és una continuació de la contribució líder mundial dels científics de Bernal al camp de la modelització de materials predictius.

Els investigadors del Departament de Física d'UL continuen sent pioners en l'explotació de materials orgànics per a aplicacions elèctriques, i aquest treball els situa a l'avantguarda de la nanotecnologia molecular.

Font: Universitat de Limerick

Renovació energètica: primer ordenar, després reformar.

La calefacció i la refrigeració d’edificis és un dels principals contribuents a les emissions de CO2 a tots els països industrialitzats. Per assolir els objectius climàtics del govern suís (zero per al 2050), el parc immobiliari de Suïssa també ha de contribuir significativament. Però tant els planificadors com els responsables, necessiten aplicar les mesures adequades.

Arquetips de totes les cases de Suïssa

A Suïssa hi ha al voltant d’1,8 milions d’ edificis residencials. Modelar les necessitats de renovació de cada casa individualment requeriria una gran quantitat de càlculs. Per tant, cal recórrer a la mineria de dades per buscar en les bases de dades nacionals per poder classificar els edificis, ordenats per any de construcció, tipus de calefacció i nombre d'ocupants. El resultat: la majoria dels edificis suïssos es van construir entre 1949 i 1994 i el 77% d’aquests edificis s’escalfen elèctricament amb gas-oil o gas. Això demostra que hi ha un potencial considerable de renovació.

Atès que l'energia solar representa una base essencial per al subministrament d' energia del futur, tots els arquetips es van avaluar per obtenir la seva idoneïtat per a la tecnologia fotovoltaica, utilitzant dades climàtiques de la regió on es troben els edificis , així com dades de geometria del sostre amb informació sobre la mida i el pendent de la superfície.

Ciutat i país

La selecció adequada del mètode d’equipament energètic, també depèn de la densitat de l’edifici: les cases de la ciutat es poden connectar de manera eficient a una xarxa de calefacció; en canvi, per a edificis amb superfícies grans en zones rurals, sovint no té sentit una xarxa de calefacció. Per tant, el parc immobiliari suís també s’ha de classificar per zones urbanes i rurals.

Els investigadors van dividir tota la superfície terrestre suïssa en superfícies d’un quilòmetre quadrat; les superfícies sense cases van ser ignorades. La resta es va ordenar de nou mitjançant bases de dades públiques, depenent de la quantitat d'espai habitable situat a cada rajola, així com d'altres característiques. El resultat són dotze arquetips de barris suïssos: quatre arquetips urbans, quatre suburbans i quatre rurals que descriuen la distribució dels edificis a Suïssa.

Com renovar amb eficàcia

Després de tota la classificació, es podrien calcular mesures de renovació per als arquetips individuals. Conclusió: val la pena abordar la renovació de teulades i la substitució de finestres en cases antigues amb la màxima prioritat. Això pot reduir la demanda d’energia de calefacció i refrigeració entre un 20 % i un 30 %.

El següent pas hauria de ser renovar els sistemes de calefacció de gairebé tot tipus de cases: els edificis d’apartaments, escoles i edificis d’oficines sovint es poden renovar de manera més rendible que les cases unifamiliars. Per què? En edificis més grans, la renovació del sistema de calefacció afecta alhora molts metres quadrats d’espai ocupat. Per tant, qualsevol intervenció tècnica és més rendible.

Xarxes i planificació d’emmagatzematge

A mesura que el sistema energètic es transforma, la planificació i explotació d’edificis i barris es fa cada vegada més complexa. L’energia solar es genera principalment a l’estiu al migdia, però s’espera que es consumeixi durant tot el dia, potser fins i tot a la tardor i a l’hivern. Per tant, es necessiten nous sistemes d’emmagatzematge d’energia durant hores o dies, així com un emmagatzematge a llarg termini durant mesos, per satisfer la demanda d’energia en tot moment. Cal investigar l’emmagatzematge de bateries per obtenir electricitat i calor, així com la conversió de l’energia solar en combustibles per afrontar aquest repte. L’emmagatzematge d’energia generada de manera sostenible no només s’hauria de produir a nivell nacional, sinó també a nivell d’edifici o barri. Al mateix temps, els sistemes de calefacció fòssil, com les calderes de gas, s’han de substituir el més ràpidament possible per sistemes nous i sostenibles, com ara piles de combustible d’hidrogen, una connexió de calefacció urbana o bombes de calor alimentades amb electricitat renovable. Tota la transformació també s’hauria d’equilibrar segons criteris socials i econòmics. Totes aquestes decisions necessiten una base científicament sòlida. 

Estalvi de gasos d’efecte hivernacle

És important substituir els combustibles fòssils el més ràpid possible, per plaques fotovoltaiques a la coberta i a les façanes. La calor es pot generar, per exemple, mitjançant bombes de calor d’aire alimentades per la pròpia electricitat solar de l’edifici o altres fonts d’energia renovables. Els sistemes de calefacció per biomassa (biogàs o pellets de fusta) també redueixen eficaçment les emissions de CO2.

Si es prenen les mesures proposades, les emissions de gasos d'efecte hivernacle causades pel parc immobiliari de Suïssa es poden reduir entre un 60 % i un 80 %

Font: Laboratoris Federals Suïssos de Ciència i Tecnologia de Materials 

Xarxa elèctrica i les sequeres.

Les onades de calor, poden afectar a la qualitat de servei de les distribuïdores elèctriques.

Les condicions meteorològiques extremes recurrents, poden ser un problema per les antiquades xarxes elèctriques ja què,  no van ser dissenyades per fer front a les exigències del canvi climàtic. Tampoc no es van dissenyar per suportar l'impacte energètic derivat de les extremes incidències com són: les onades de calor, les sequeres o els incendis forestals, que es preveu que aniran a més.

En les zones que es depèn de l’energia hidroelèctrica per generar electricitat, les onades de calor, l’escassetat d’aigua i l’augment del risc d’incendis forestals exerceixen una major pressió sobre una sobrecarregada xarxa elèctrica. Per minvar aquesta pressió, cal treballar en la prevenció per tant, cal destinar esforços en la predicció d'escenaris futurs de sequera i crear plans de contingència, implementar controls intel·ligents sobre els valors de càrrega elèctrica, gestionar la tala i poda dels boscos per reduir l’impacte d'incendi i col·locar on calgui, noves infraestructures de xarxa, com són les bateries o les microxarxes.

Les onades de calor van associades a un augment de la demanda d’energia que fa que els operadors de les preses hidroelèctriques,  utilitzin l’aigua per fer front a l’augment del consum el que provoca menys aigua per a finals d’estiu o cal comprar energia al mercat, que acostuma a estar a preus molt més com a conseqüència del preu del gas natural.

És important, utilitzar modeladors per predir aquest tipus de situacions i els impactes sobre la generació i les càrregues, inclús estudiar els problemes a curt termini com serien les onades de calor o, els problemes a llarg termini com seran les sequeres.

Per això, cal utilitzar models avançats per predir les sequeres i proporcionar als operadors de la xarxa elèctrica informació per decidir com assignar energia durant situacions extremes. Per tant és important poder predir les condicions futures de sequera i els impactes sobre les centrals hidroelèctriques i termoelèctriques, per després utilitzar-les per comprendre el potencial impacte sobre les operacions de la xarxa i així, orientar la seva adaptació.

Per tant, aquesta informació es podria utilitzar per ajudar els operadors a prendre decisions basades en els riscos i determinar on es poden situar les vulnerabilitats. En última instància, també ajudaria a respondre a la pregunta, tenint en compte diferents factors de tensió si, hi haurà prou energia per satisfer la demanda i altres necessitats de la xarxa elèctrica?

Si es fa una avaluació sobre com les operacions hidroelèctriques varien estacionalment i anualment en funció de la disponibilitat d’aigua, es podria mostrar que fins i tot durant un estiu sec, quan la generació d’energia hidràulica està limitada per la baixa disponibilitat d’aigua, en casos extrems l’energia hidràulica manté la seva flexibilitat per suportar les càrregues màximes. Això posa de manifest la necessitat de considerar millor l’oferta de serveis que pot proporcionar l’energia hidroelèctrica per fer front a la resistència de la xarxa elèctrica en cas de situacions extremes.

Durant una temporada que hi hagin més incendis del normal, és probable que hi hagi impactes a la xarxa, ja sigui a través d’aturades intencionades per reduir el risc d’incendi o la pèrdua d’infraestructura a causa del mateix incendi.

Per tant, pot ser el que caldria seria no és aturar tots els incendis, sinó treballar per endavant per reduir el risc i predir àrees que els siguin més propensos. Després d'un incendi, normalment hi ha un augment de l’escorrentia i la sedimentació. Els sediments flueixen riu avall, s’acumulen als embassaments i no són bons per a les turbines.

Quan cal  màxima potència durant una onada de calor, la tecnologia emergent ofereix als consumidors el potencial de gestionar el seu consums gràcies a les eines intel·ligents, com podria ser un  control intel·ligent de consum que permet una gestió automàtica de l’ús d’energia durant les màximes necessitats d’electricitat. 

Les fonts d'alimentació autònomes, també son d'ajut, sobretot en situacions d'emergència. Les microxarxes són xarxes autònomes que poden alimentar zones clau, com ara hospitals o casernes de policia, durant dèficits d’electricitat.

Sense dubte, cal un paper de lideratge del sector en el desenvolupament de noves tecnologies per a l’emmagatzematge d’energia a escala de xarxa, que inclou una nova generació de materials i sistemes de bateries i altres formes d’emmagatzematge d’energia. Per exemple, els sistemes actuals d’emmagatzematge d’energia a escala de xarxa, com l’energia hidràulica de bombat, utilitzen bombes per moure l’aigua cap amunt per emmagatzemar energia renovable quan la demanda és baixa i generen energia quan les demandes són elevades mentre l’aigua flueix cap avall. 

Per acabar, comentar que per preparar-nos per a situacions extrems, mitjançant la innovació tecnològica, serà possible una millora de la resistència de la xarxa o el suport a la planificació a llarg termini agafant una visió holística permetrà afrontar aquests grans reptes a llarg termini.

Ramon Gallart