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

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

Decidir entre els pros i els contres de l'energia nuclear.

El president francès, Emmanuel Macron, fa poc va anunciar que França invertirà 1.000 milions d'euros en energia nuclear i construirà més reactors per ajudar a evitar la crisi energètica d'Europa.

Però fins i tot a França, on la nuclear aporta més del 70% del mix energètic del país,  és una temàtica controvertida. El debat està especialment polaritzat entre els qui viuen a prop de les centrals nuclears, pels beneficis que tenen d'aquesta proximitat. També hi ha una constant tensió entre la premsa i el sector nuclear.

Des de que la primera central amb un reactor nuclear va ser construïda, el debat segueix sent obstaculitzats pels malentesos sobre els avantatges i desavantatges d'aquesta tecnologia.

Principalment i des de la perspectiva de la física s'està d'acord en els fonaments científics i tecnològics del debat, i en tots els arguments basats en fets verificables. Però les diferents sensibilitats com a ciutadans porten a ponderar cada argument de manera diferent i a arribar a diferents conclusions sobre l'energia nuclear.

Hi han posicionaments que estimen els avantatges d'aquesta tecnologia com una opció viable per al futur, mentre que altres posicionaments, creuen que els esforços haurien de centrar-se en una important disminució del consum energètic.

A partir dels  dos punts de vista basats en una compartida entesa de l'evidència científica, cal ajudar a formar una opinió enumerant els pros i els contres de l'energia nuclear utilitzant els mètodes rigorosos de la comunitat científica.

Per fer-ho, cal comparant amb experts de tot l'espectre d'opinions, inclosos físics, economistes, politòlegs, antropòlegs, historiadors, periodistes i voluntaris d'ONG per contribuir en una revisió de les principals qüestions relacionades amb l'energia nuclear. 

Prendre decisions sobre el futur

La física subjacent a la producció nuclear d'electricitat és ben coneguda. El que planteja preguntes, més aviat és la industrialització del procés.

Les organitzacions de recerca científica i tecnològica intenten anticipar les futures necessitats energètiques i desenvolupar nous tipus de reactors nuclears per substituir els existents. Aquesta investigació no hauria de predir les futures decisions que prendran els polítics i la societat. No obstant això, és un procés a llarg termini que sovint requereix diverses dècades d'investigació, disseny, desenvolupament i experimentació abans de l'aprovació, i per tant, escollir les actuals vies de recerca  podrien ser una mica vinculants per al futur.

Per exemple, l'estudi del disseny i optimització de reactors ràpids generadors de neutrons, és un camp de recerca  molt interessant ja que això permetria reciclar el combustible nuclear , la qual cosa preservaria els recursos naturals d'urani i reduiria els residus nuclears.

A França, dos manifestants successius, Phenix i Super-Phenix , es van construir i operar el segle passat i un tercer, Astrid , es va planificar els darrers anys. Tot i això, tots aquests projectes han estat objecte de successives decisions governamentals per tirar endavant, aturar, reprendre i, recentment, en el cas d'Astrid, tornar a aturar-se, o almenys ajornar. Aquestes decisions es van prendre en funció de criteris econòmics, ambientals, polítics i estratègics.

Quant costa?

L'urani natural, que s'utilitza com a combustible a les centrals elèctriques, és encara un recurs relativament abundant i encara no contribueix gaire al cost total de l'energia nuclear.

El Tribunal de Comptes francès va estimar el cost mitjà actual de generació d'energia nuclear per a una vida útil de 50 anys en 60 euros per MWh, equivalent a sis cèntims per kWh. Tot i que les comparacions amb altres fonts d'electricitat són difícils de fer, el preu de venda altament variable de l'electricitat és d'uns 15 cèntims per kWh.

Les estimacions de costos depenen en gran mesura de les hipòtesis sobre el futur, inclosa la prolongació de la durada de la central elèctrica, les opcions de residus i la clausura dels reactors. Tot i que sovint les decisions es prenen dins de la visió a curt termini d'un mandat electoral, la política de residus ha de tenir en compte les implicacions a llarg termini.

Mentrestant, la viabilitat tècnica pel desmantellament encara és difícil de predir a causa dels diferents  tipus de reactors. Mantenir o desmantellar una central nuclear requereix anticipació en termes de diners, coneixements i energia, i per tant implica en gran mesura les properes generacions. Per tant, l'energia nuclear requereix estabilitat política, financera i geològica a llarg termini.

És segur?

En els debats públics sobre seguretat, que és un tema purament tècnic, s'ha transformat en un de polític.

La radioactivitat s'ha de controlar en totes les etapes de la cadena del combustible nuclear per evitar qualsevol efecte nociu sobre els humans o el medi ambient. El risc d' accidents nuclears, ja sigui relacionat amb catàstrofes naturals, errors humans, residus, malícia o guerra, s'ha abordat al llarg de les dècades mitjançant millores significatives i la retroalimentació de l'experiència dels dos principals accidents de Txernòbil i Fukushima. No obstant això, continua sent una important preocupació per a la societat.

La prevenció d'accidents implica molts factors, entre ells el humà; el saber fer i la motivació dels treballadors depenen d'una sòlida col·laboració entre l'operador i els subcontractistes.

Altres impactes ambientals durant les operacions normals inclouen l'exposició nuclear dels treballadors  i de la societat per les emissions químiques o tèrmiques: aquestes últimes esdevenen problemàtiques amb l' escalfament global, ja que l'aigua dels rius que cal per fer funcionar els reactors es fa escassa i més calenta.

Té un paper en la lluita contra el canvi climàtic?

Quin és el futur de l'energia nuclear? Els científics no poden fer prediccions. En canvi, els escenaris són eines útils per examinar les possibles conseqüències i els costos d'hipòtesis o opcions, per exemple, disminuint les emissions de gasos d'efecte hivernacle o fins i tot disminuint la demanda d'energia.

El fet que les centrals nuclears no emeten carboni, almenys durant la fase de producció d'electricitat (en contraposició a tot el cicle de vida del combustible i de les plantes), és un argument a considerar en el context de la reducció de les emissions globals.

Les centrals nuclears també proporcionen una potència constant, la qual cosa és un inconvenient pel que fa a l'adaptació a la demanda, però un avantatge pel que fa a la regularitat: el desenvolupament d'energies renovables intermitents com la solar i l'eòlica exerceixen pressió sobre les xarxes de distribució, ja que aquestes energies  necessàriament no sempre estan disponible a les hores punta.

El paper de la política

A la pràctica, sovint s'utilitzen escenaris de transició energètica global per establir i aprovar decisions que ja s'han pres.

A nivell mundial, les decisions que realment s'han pres depenen en gran mesura de la geopolítica, per exemple, els intents de reduir la dependència de les importacions de petroli, i també les decisions per desenvolupar l'energia nuclear militar juntament amb la política energètica.

El sistema dual de finançament de la investigació civil i militar al costat de l'altre només es justifica si es desenvolupen armes nuclears, cosa que torna a ser una decisió política.

Per què és tan difícil decidir

A l'hora de decidir sobre l'energia nuclear, la llista d'arguments a tenir en compte és frustrantment gran. Per exemple, alguns reactors, carregats amb l'anomenat combustible mixt d'urani i òxid de plutoni, contribueixen en part a reciclar alguns productes nuclears. Tancar-los podria tenir l'efecte secundari d'omplir les instal·lacions d'emmagatzematge de residus actuals més ràpidament del que s'esperava.

Encara pitjor, les decisions sovint es basen en hipòtesis especulatives a causa de la dificultat de predicció. El que està fora de dubte és que qualsevol decisió presa o no presa avui afectarà més les generacions futures que la nostra.

Això vol dir que la societat no han de deixar que les decisions es prenguin només sobre la base d'arguments científics o tècnics, sinó que han de decidir-se, tenint en compte l'horitzó polític i social que volen per a ells i els seus fills.

Font: The Convesation