Energía Nuclear de Fusión: El Tokamak y el futuro de la energía.

 
   Últimamente he estado viendo vídeos sobre la energía nuclear de fusión. En concreto, sobre los diseños y proyectos actuales en los que se está intentando obtener de una forma segura y viable este tipo de energía y me pareció interesante hablar sobre este tema aquí.

Como introducción, hay que saber que todo proceso de fusión, consiste en la unión de dos núcleos atómicos que dan como resultado uno más pesado, liberándose energía.

La liberación de energía en un proceso de fusión, se rige por la famosa ecuación de Einstein:
                                                                                 
                                                                           

De tal forma que al fusionarse dos átomos para dar uno más pesado, esta variación de masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado, daría como resultado, la energía total transformada. ¿Esto es mucho?
Pues con 10 gramos de deuterio y 15 gramos de tritio, se podría generar la suficiente energía como para abastecer la demanda de una persona, a lo largo de toda una vida. Visto de otra manera, se aproxima que con un gramo de una reacción de fusión de este tipo, se genera 1000 veces más energía que con 1 gramo de U235.


                                                         H² (D)+ H³(T) —> He⁴ + n + 18 MeV        
                                                    

Esta reacción pertenece a la fusión que se está estudiando actualmente, y corresponde a la unión de un átomo de Deuterio y otro de Tritio (isótopos del hidrógeno). Como resultado, se forma un átomo de helio.
¿Son elementos abundantes? El deuterio se puede sacar del agua  de los océanos. De forma concreta, por cada 500 litros de agua, se pueden extraer 10 gramos de deuterio. El tritio, lo obtendríamos del litio. (15 gramos de tritio por cada 30 de litio). Ambos son elementos que podemos considerar inagotables en la naturaleza.

La razón por la que se trabaja con esta reacción específica, se debe a que necesita menor presión que la que tiene lugar en el núcleo solar. (Sería imposible simular esas condiciones de presión). Por el contrario, debemos de aumentar la temperatura hasta 150 millones de grados o incluso más (¡135 millones más que el núcleo solar!)

                            


                               4×H¹ + 2×e^- —> He⁴ + 2 neutrinos + 6 fotones + 26 MeV 
                                                        Reacción de fusión en el núcleo solar.

   En vista de los valores numéricos de temperatura que se han mencionado, es lógico pensar que para llevar a cabo una reacción de fusión, se necesita una cantidad de energía inmensa para vencer las fuerzas de repulsión magnéticas y nucleares de los átomos. Nos vamos haciendo una idea por lo tanto de qué condiciones vamos a necesitar. La cuestión es ¿Dónde y cómo podemos recluir deuterio y tritio en estado de plasma a semejantes temperaturas?

Antes de responder a estas preguntas, retrocedamos unos cuantos años en el tiempo.
La fusión nuclear, no es un concepto que podamos considerar reciente. De hecho, la primera reacción nuclear, se llevo a cabo en 1952, en el interior de una Bomba de Hidrógeno (o termonuclear).

Explosión bomba de Hidrógeno.

Pero cómo pudieron a hacer para suministrar la cantidad de calor necesaria para ello, si todavía hoy en día se tienen complicaciones. La respuesta está en que, la fusión nuclear, se puede producir fácilmente de forma descontrolada, mediante una reacción en cadena. Lo que quiere decir esto es que, antes de la fusión, la bomba de Hidrógeno explotó como una bomba nuclear convencional de fisión. En ese instante, la temperatura que se genera, es de decenas o cientos de millones de grados, ideal para que posteriormente, se desencadene la fusión nuclear, confiriéndole a la bomba H una potencia varias veces superior a las de Hiroshima y Nagasaki.


Visto esto, a menos que queramos destruir el planeta, no es la forma que nos interesa para obtener la reacción de fusión nuclear, por lo tanto, habrá que construir un avanzado reactor nuclear que lo permita.

Para el estudio y construcción de este reactor, nació en 1986, un proyecto internacional en el que colaboran países como  Rusia, la Unión Europea, EEUU, Japón, Canadá y China.
Este proyecto, lleva el nombre de proyecto ITER, que en español se traduce como "Reactor Termonuclear Experimental Internacional" y está siendo construido en Cadarache (Francia) y ha supuesto una inversión de 10.300 millones de euros. Se espera que esté completamente operativo para 2020 aproximadamente.

El reactor que están construyendo, consiste en un modelo de Tokamak. (acrónimo ruso que en español se expresa como "Cámara toroidal de bobinas magnéticas"). 

Sección de un Tokamak.

La estructura de un Tokamak, tiene forma toroidal, como un donuts (pero cuyo interior se encuentra al vacío), de 2 metros de radio interno y 6,2 de radio externo. Lo que sería la superficie del "donuts", en el Tokamak se corresponde con un conjunto de bobinas superconductoras de niobio encargadas de generar un campo magnético cerrado que sigue la trayectoria del toroide (imaginar un hilo que pasa por dentro del donuts, ese sería el campo magnético toroidal) . En el agujero central del "donuts", estaría ocupado por un material por el que se inducirá un campo magnético variable.

Ya tenemos una descripción básica de lo que es un Tokamak. Ahora, interesa saber en qué principios se apoya, cómo sería su funcionamiento y si con esa configuración podría albergar en su interior plasma a temperaturas de 150 millones de grados.

Es evidente que no podemos confinar un flujo de plasma a 150 millones de grados de cualquier forma. Primeramente las paredes del recipiente se desgastarían, el plasma se enfriaría y tendríamos que suministrarle muchísima más energía, de tal forma que ni tan si quiera se llegaría a la condición Break-Even en la que la ganancia de energía es igual a la energía suministrada al sistema.
Expliquemos entonces la idea del confinamiento magnético.

El confinamiento magnético, consiste en confinar el plasma girando en el interior del Tokamak e ir elevando su temperatura hasta que se produzca la fusión.
Como se sabe, cuando circula una intensidad por una bobina, se genera un campo magnético a lo largo de su eje. Este campo magnético es idéntico al que se forma en el Tokamak. Según la ecuación de Lorentz, cuando una carga eléctrica en movimiento se ve afectada por un campo magnético aparece una fuerza sobre esta que modifica su trayectoria.

Para darle una mayor estabilidad a ese plasma giratorio, se le aplica una corriente de inducción a ese plasma mediante una columna que atraviesa el eje del Tokamak.
De  esta forma, igualmente que el secundario de un transformador, circulará una corriente eléctrica a lo largo del plasma. Esta corriente, inducirá un campo magnético poloidal a su alrededor y además, contribuirá a un primer calentamiento del plasma, que culminará con un calentamiento mediante radiacción. Todo esto es posible gracias a que el plasma posee cargas eléctricas libres.

Flujos magnéticos dentro del Tokamak.

   Por lo tanto este es el sistema de producción de energía nuclear que han decidido llevar a cabo.
Quedan todavía muchos años de investigación, pero sin duda, en cuanto se llegue al resultado esperado, será el inicio de otra nueva revolución industrial.
Estamos hablando de una fuente de energía prácticamente inagotable que, en unión con las demás fuentes de energías renovables, blindaría la futura necesidad energética para siempre.
Nos olvidaríamos de la emisión de gases efecto invernadero, ya que lo único que emite este tipo de reactores es helio, que es un gas inerte sin ninguna repercusión ambiental.
El riesgo de un fallo eléctrico interrumpiría directamente la operación sin ningún peligro de explosión como Chernobyl o Fukushima. Además, el tritio, aun siendo radiactivo, produce emisiones beta de baja energía, por lo que no sería peligroso para la salud. Es sin embargo, radiotóxico por ingestión o inhalación, pero las cantidades con las que se trabaja serían absolutamente insuficientes, ya que se disiparía en el aire atmosférico sin dar ningún otro tipo de problemas.

   Y esta es la necesidad o más bien obligación que tiene el ser humano para esta primera mitad de siglo. Intentar obtener esta nueva forma de energía para poder decir por fin adiós a toda la saga de combustibles fósiles que nos han ayudado a llegar hasta donde estamos. A partir de aquí, toca seguir evolucionando e irnos olvidando del fuego de nuestros antepasados prehistóricos.

                                                        Vídeo sobre el proyecto ITER.
     

                                                  Interior del Tokamak en funcionamiento.

Fuentes:

[Wiki]
[cult]

[bib]

Bacterias y energía.

   Las bacterias son microorganismos unicelulares, y son los organismos más abundantes de todo el planeta. Crecen en todos los hábitats terrestres, en todas partes. Desde los desiertos hasta los mares. Incluso resisten las condiciones del espacio exterior. Son los organismos más resistentes. En cada gramo de tierra, se pueden encontrar decenas de millones de ellas...

Bacterias E. Coli (x15000)

La primera idea de la existencia de estos microorganismos, emergió en una enciclopedia médica de 14 volúmenes, llamada "El Canon de medicina", escrita en 1020 por el médico musulmán Avicena. Evidentemente la idea que existía por aquel entonces, era una idea difusa basada en el pensamiento y no en la observación, ya que no existían medios suficientes como para poder profundizar en el tema.

Foto de Anton van Leeuwenhoek. 

Hubo que esperar casi 700 años para poder observarlas por primera vez (1683). El honor estuvo en las manos de Anton van Leeuwenhoek, científico de los Países Bajos, quien consiguió realizar estas observaciones con microscopios construidos por el mismo.
Otro gran impulso al estudio de las bacterias, llegó a mano de  Louis Pasteur, quien en 1859, derribó la teoría de la "generación espontánea".
Con el paso de los años, los estudios se fueron haciendo más rigurosos, y se le fueron atribuyendo a las bacterias numerosas propiedades que incitan un gran interés en la actualidad.
En el panorama de las energías renovables, están cobrando un papel de gran interés en la obtención de biocombustible: El etanol (alcohol etílico: C2H6O)

Astillas de madera para crear etanol.

Actualmente, el país más volcado en la generación de este biocombustible, es sin duda alguna EEUU.
En 2007, la empresa Range Fuels, atrajo millones de dolares de capital privado para la construcción de una planta de este biocombustible. Su objetivo, transformar 1000 toneladas diarias de astillas de madera y otros desechos en más de un millón de litros de etanol. El resultado, fue un fracaso absoluto. La conversión de biomasa en carburante resultó ser más difícil de lo que preveían y las ventas prácticamente nulas debido a la dificultad de competir en precio y prestaciones con la gasolina. En resumen: Grandes inconvenientes.
Lo mismo pasa con el etanol obtenido a partir del maíz. Se ve acorralado ante la necesidad de consumir entorno al 40% de la cosecha nacional, lo que provoca un aumento en el precio de los alimentos. (En 2010 se generaron  50.000 millones de litros de etanol en EEUU)


Otros métodos mejor planteados son utilizar la cáscara y el tallo del maíz en vez de la parte comestible, la caña de azúcar, producir combustibles líquidos a partir de algas o, donde entran en juego las bacterias, crear microorganismos manipulados genéticamente que segreguen hidrocarburos.
Recientemente en EEUU, se ha transformado la bacteria E.Coli (la encargada de la síntesis de insulina) en una productora que, recibiendo radiación solar, CO2 y agua, da como resultado diferentes hidrocarburos, entre ellos biodiésel. Esta bacteria, se alteró de tal forma que expulsa el aceite de manera que no hay que matarla para extraerlo. El aceite generado, flota en lo alto de la cuba donde se encuentran las bacterias, por lo que se puede retirar con facilidad para su posterior refinado. Esta bacteria presenta un crecimiento 3 veces superior al de la levadura y una capacidad de resistencia sorprendente para desarrollarse en ambientes extremos.
De momento se ve completamente imposible que este tipo de generación pueda reemplazar al petróleo. Pero tienen expectativas de que con el tiempo e invirtiendo el capital suficiente, se pueda frenar el aumento desmesurado de la demanda del combustible fósil.
Hay que tener en cuenta que un litro de metano tan solo aporta dos tercios de la energía que aportaría un litro de gasolina. Y sumándole que el ahorro de emisiones de CO2 a la atmósfera es más bien poco, hace que no se vea como el sustituto perfecto.

   Estos últimos días me he encontrado con un invento muy interesante en el que también se emplean bacterias para su funcionamiento. Se trata de una micropila bacteriana, y se considera la generadora de bioelectricidad más pequeña del mundo hasta el momento. Ha sido construida empleando la tecnología de microfluídos y una de las ventajas del uso de esta tecnología es que cualquier reacción química en un microfluido se desarrolla más rápidamente. Como pila que es,  su objetivo es generar corriente eléctrica, y por lo tanto, tendrá que tener un ánodo y un cátodo.

Pila bacteriana

Es aquí donde entra en juego la bacteria Shewanella Oneidensis (bacteria marina), la cual coloniza el ánodo creando una película (biofilm) sobre su superficie. Este ánodo está inmerso en un líquido que posee nutrientes para que la bacteria desarrolle su metabolismo. En el metabolismo bacteriano, se producen electrones mediante una reacción redox (obtención de ATP), que van a parar al cátodo, cerrando por lo tanto el circuito eléctrico. La electricidad que puede producir esta pila, es muy baja, (del orden de 7000 veces menos que una pila tipo AA) lo que imposibilita su comercialización para el funcionamiento de equipos electrónicos. Sin embargo el interés de esta pila reside más allá de la macroescala, y se centra en el futuro diseño de chips.

Shewanella Oneidensis.

   Las bacterias nos rodean día a día, y a veces, nos acabamos olvidando de sus utilidades y tan solo pensamos en ellas como propagadoras de enfermedades. Es cierto que cada año mueren miles de personas en todo el mundo por contagios bacterianos, y eso es difícil de remediar por el momento. Sin embargo, también es verdad que sin ellas la vida sería imposible.
En manos de los científicos queda la labor de buscar nuevas tareas que puedan ser asignadas a estos microorganismos, que, mejorados genéticamente, pueden llegar a ser una fuente productiva de energía a gran escala.




Fuentes:

[wiki]
[microbiologia]
[IyC]
[foto]

Recorriendo la energía termoeléctrica.

   Cuando miramos una central solar termoeléctrica, quizás pensemos en cómo han evolucionado las tecnologías relacionadas con la energía solar en los últimos años. Sin embargo, si echamos una vista hacia atrás, podemos desplazarnos más de 100 años en el tiempo y llegar a sus orígenes.

Los orígenes, corren a cargo del inventor francés Augustin Mouchot, quien se aferró a la idea de que el carbón, que impulsó la Revolución Industrial, con el tiempo se acabaría. En 1860 comenzó a investigar la cocina solar, y en 1866 desarrolló el primer colector solar de colectores cilindroparabólicos, el cual mostró al emperador Napoleon III en París. En 1878, construiría el primer generador solar.

Generador solar construido en 1878.

Sin embargo, debido a los grandes beneficios de Francia con el tratado de Cobden-Chebalier, y gracias a la mejora del transporte interno, el precio del carbón disminuyó, y se perdió el interés político por este tipo de energía alternativa, de manera que dejó de financiarse sus investigaciones.

Las investigaciones en esta área prosiguieron a manos de Maier de Aalen y Remshardt de Stutgart, quienes obtuvieron una patente para un colector solar CCP (Concentrador Cilindo Parabólico)

Central CCP de Meadi.

En 1912 Shuman, otro gran inventor, luchó por llevar la energía solar a todos los rincones del mundo. Por su cabeza rondó el ambicioso plan de sembrar el Sáhara de 50 mil kilómetros cuadrados de colectores, para producir así, toda la energía consumida en el mundo entero. (Por aquel entonces, el consumo mundial estaba en torno a los 200 MW) Llegó a recibir subvenciones para llevar a cabo su proyecto, pero todo se fue al trasto con el inicio de la I Guerra Mundial, por lo que se tuvo que conformar con la instalación de una central de CCP de 45 KW en Meadi, Egipto. Hoy en día, está empezando a llevarse a cabo el proyecto Desertec, que no es sino una evolución del plan que Shuman tenía en mente, 100 años atrás.

Las centrales termoeléctricas que podemos ver hoy en día, basan su funcionamiento en los primeros diseños que Mouchot y Shuman desarrollaron, pero gracias al desarrollo de nuevas tecnologías, de ese principio básico de recolección de la energía solar, sacamos un abanico de posibilidades de generar energía eléctrica, según las necesidades.

El primer ejemplo es el  Disco Stirling.

Disco Stirling.

Este tipo de mecanismo esta constituido por un concentrador solar, un receptor solar de cavidad y un motor Stirling que se acopla a un generador. El funcionamiento, es simple. Se calienta un fluido localizado en el receptor hasta temperaturas del orden de 700 / 800 ºC, de forma que esta temperatura se usa para poner en  marcha el motor (motor térmico). Se necesita un mecanismo para mantener el concentrador orientado al Sol.

La Tecnología de Torre: En España se ha instalado una central con este tipo de tecnología recientemente.

Es una de las más prometedoras, entre otras cosas porque permite la generación de electricidad durante las 24 horas del día, gracias al almacenamiento de energía calorífica en tanques de sales fundidas.

En este tipo de centrales se trabaja con el vapor de agua producido por los heliostatos, que generan energía al mover la turbina ubicada en la torre, siguiendo un ciclo termodinámico tradicional.

También existe la Tecnología cilindro-parabólica, que basa su funcionamiento en la concentración de los rayos solares en unos tubos situados en la línea focal de los cilindros, por dentro de los cuales fluye un fluido generalmente sintético que, elevada su temperatura a 400ºC, accede a un intercambiador de calor, donde se genera vapor sobrecalentado para accionar una turbina conectada a un generador. (Semejante a la diseñada por Shuman en 1912)

Por lo tanto queda bien reflejada la trayectoria que ha llevado la energía termoeléctrica a lo largo de este siglo. Toda su evolución, y el interés que numerosos científicos han puesto en su desarrollo. 

Sin embargo, son muchos los políticos que siguen sin prestarle la atención que se merece, o más bien que requiere. El presidente de Iberdrola, tachó de cara e inmadura a la energía termoeléctrica hace poco tiempo.

¿Será inmadura una tecnología que se lleva gestando desde hace más de 100 años? ¿O será que la ve como un rival en potencia para su empresa?

Según Greenpeace, los 5 países más prometedores para proyectos de este tipo de tecnología son España, EEUU, México, Australlia y Sudáfrica. ¿Cuánto más se va a esperar?

Como se preguntaba Mouchot, en 1878:

 "Llegará un punto en que la industria no encuentre en Europa los recursos para satisfacer su prodigiosa expansión... Indudablemente, el carbón se acabará.. ¿Qué hará para entonces la industria?"

El tiempo lo dirá.

Augustin Mouchot (1825-1912)

Fuentes:

[wiki]
[Greenpeace]

20-N: Continuará...

Proyecto "Desertec" y futuro de las HVDC.

   Muchas veces se ha oido hablar de ideas de proyectos energéticos en el desierto del Sáhara. Ideas que se centraban en poblar todo el desierto con campos enteros de paneles fotovoltaicos. Sin embargo siempre se vio como una utopía, debido a la dificultad de almacenamiento de energía o de transporte a largas distancias, debido a las grandes pérdidas de la corriente alterna.
El Sáhara, recibe durante 6 horas de luz, la energía que se consume durante un año entero en el resto del mundo. ¿Hasta cuándo se va a seguir desperdiciando esa fuente de energía?
Hace unos días se publicó una noticia sobre un enorme proyecto energético que tendrá comienzo, si todo sale según lo previsto, en el 2012.
Este proyecto está encabezado por empresas alemanas, como E.ON, Siemens, españolas (Red Eléctrica), francesas e italianas, y pretende llevar a cabo, esa antigua idea que se tachaba como imposible.
El proyecto tiene como punto de inicio Marruecos, donde se instalará una central termoeléctrica de 12 km cuadrados, con capacidad productiva de 150 Megavatios y un coste de 600 millones de euros. A partir de ahí, se seguirán construyendo centrales hasta alcanzar los 500 MW. En 2015, esta electricidad se vendería en el mercado marroquí y español. Desde ahí, el proyecto se extenderá hasta Egipto.
La inversión en 38 años, se estima en 400.000 millones de euros, y permitirá en 2050, abastecer el 15 % de la demanda total eléctrica europea.



Proyecto Desertec con sus conexiones HVDC.



En la imagen se puede ver los tipos de instalaciones que se llevarán a cabo en el proyecto. En las zonas costeras africanas se instalaran parques eólicos, y en las zonas interiores, centrales termosolares.



Imagen de una central termosolar.



Las centrales termosolares es uno de los futuros más consolidados para las energías renovables. Su producción es continua durante 24 horas. Su funcionamiento, se basa en proyectar, mediante espejos metálicos la luz solar (heliostatos), y concentrarla para calentar aceite, el cual transmite el calor al agua interior que se evapora y hace mover una turbina, siguiendo generalmente, un ciclo Rankine.

Durante la noche, el agua se calienta gracias a depósitos de sales fundidas, que almacenan el calor durante el día.

Llegados a este punto, cabe preguntarse cómo se distribuirá la energía a lo largo de distancias tan grandes (miles de kilómetros), sin obtener grandes pérdidas debido a calentamiento por efecto Joule.

Es aquí donde entra en juego la alta tensión de corriente continua (AVCC, AVCD o HVDC)

Durante años, a finales del siglo XIX, existió una disputa entre Thomas Edison, que apoyaba la corriente continua (DC) y Nikola Tesla, fiel a la corriente alterna. (AC).

La victoria fue de Tesla, quien demostró que, en pequeñas distancias, la corriente alterna producía menos pérdidas que la CC. Además, permitía el uso de transformadores para permitir la transformación de voltajes, lo que implicaba un enorme ahorro frente a los sistemas de transformación de la corriente continua.

Ahora bien. En el caso de grandes distancias, la corriente continua ha demostrado un mayor rendimiento que la alterna. Concretamente, sus pérdidas cada 1000 Km son de un 3 %.

A parte de esto, existen otras ventajas de la HVDC frente a la HVAC.

En el caso de cableado submarino, la alta capacitancia en CA limita la distancia de transmisión. Algo que no ocurre si se trabaja con corriente continua.

A mayores, no se necesita sincronización para conectar un dispositivo a esta red.

Por lo tanto, están bien claras las ventajas de la HVDC frente a la AC para casos de transporte energético de grandes distancias, como es el caso de este proyecto.

 

Mapa de HVDC. Rojo: Lineas existentes. Verde: Lineas en construcción. Puntos azules: Futuros proyectos.

 Lineas que todavía no están construídas, como la que une Islandia con Inglaterra permitiría la exportación de energía de un país, como es el caso de Islandia, con excedente de energía. Lo que potenciaría más su economía. Esta linea, sería posible construirla gracias a las líneas de HVDC.

La HVDC potenciaría también la energía eólica, conectándo líneas con Noruega, país rico en energía hidroeléctrica. Se le cedería energía eólica para que aumentase el nivel de los embalses mediante bombeo, de tal forma que la devuelvan cuando más se necesite. 

Como última ventaja, se puede destacar que los postes de HVDC, son menos aparatosos y más baratos, ya que sostentan dos cables, en vez de 3, como es el caso de la HVAC.

Cruce de dos líneas de HVDC.

 En el mundo, hay 7 mil millones de personas. Un dato de Naciones Unidas, asegura que para el 2020, el planeta podría albergar a 8 mil millones. Esto implicará, sin lugar a dudas, un aumento de consumo energético en todo el planeta. Este proyecto Desertec, será uno de los muchos que habrá que llevar a cabo para poder abastecer a toda la sociedad futura. Por lo tanto, el desarrollo de las líneas de HVDC, y su interconexión con las de HVDA, será una necesidad para desarrollar una red eléctrica eficiente y sostenible y que permita a todos los países, disponer de la energía eléctrica.

Por lo tanto, la dura batalla entre Edison y Tesla, sobre cual es la mejor forma de transportar energía eléctrica, puede que quede en empate, dentro de unos cuantos años. AC/DC.

Fuentes:

http://www.elpais.com/  

http://www.wikipedia.com/

        

¡¡Luces, cámara y acción!!

 No se si nos toman por tontos, o si son tan tontos para hacerlo. Es la única conclusión en limpio que se puede sacar del debate de ayer noche entre Rubalcaba y Rajoy. ¿Son debates pactados? ¿Los ensayan previamente antes de ponerse en directo? Parece que el tema de política energética y ambiental se ha esfumado de la preocupación de los políticos. Quizás a ninguno de los dos les convendría sacarlo ante las cámaras. Al fin de cuentas, Rubalcaba arrastraría la peor política energética a sus espaldas, y Rajoy, se vería obligado a abordar un tema que, en su programa electoral ha sido escrito con tinta invisible. Después de leer el resumen del programa electoral del Partido Popular, lo único que de algún modo hace referencia al frenado del cambio climático, es la plantación de árboles en los montes para así contribuir a la fijación del CO2. ¿Una tomadura de pelo? Seguro.
Por lo tanto, después del gran circo de los títeres de ayer noche, seguido por casi 12 millones de personas, se puede deducir que, salga quien salga el 20-N, las importaciones de petróleo y gas seguirán siendo los cimientos de la legislatura en cuanto a política energética. Seguirá existiendo el déficit tarifario, situado en los 20 000 millones de euros, seguirán destruyéndose empleos relacionados con el sector de las renovables. La energía eólica, que en estos últimos días batió récord de producción rondando el 60 % de la demanda total, se verá nuevamente azotada por recortes. Aumentarán los años de vida de las centrales nucleares, entre ellas, como no, la de Garoña. Y así se regirá el bipartidismo: Renovación Cero.
Seguirán prefiriendo por lo tanto, importar que exportar. Dar el dinero a otros países antes que usarlo en beneficio propio para fortalecer la economía española.

Sin embargo, todavía existen partidos políticos en el que, este tema, ocupa varias páginas de su programa electoral. El programa de Izquierda Unida, por ejemplo, ofrece un gran apoyo a las energías renovables. Desde la solar, promoviendo la instalación en techos, a la minieólica, termosolar, termoeléctrica, geotérmica, undimotríz y minihidráulica. Proponen el cierre directo de Garoña, y el posterior cierre de las demás nucleares en cuanto se consiga alcanzar una instalación nueva total de 50 000 MW de renovables. Buscan, de una forma ya conocida, hacer un país autónomamente sostenible. Greenpeace publicó el informe Energía3.0 en el que explica los pasos a seguir para poder hacer de España un país 100 % eficiente con energías renovables para 2050. ¿Pero, quienes son esos? Al bipartidismo esas cosas no les interesa! Menos todavía al esbirro de Iberdrola, el Ministro Sebastián.

Nada más que decir. Sólo que lo que se temía, era cierto. Aunque se pretenda guardar en un cajón cerrado.

¿Alternativas?  El día 20, en las urnas. Cada uno, que decida.



Imagen sacada de: aquí



Con vistas al 20-N.

Pasan los días y nos vamos acercando a las elecciones nacionales sin todavía tener una visión global de los programas electorales de los candidatos. Lo único que se deja entrever son tapaderas y propuestas sombreadas que buscan únicamente obtener el voto público, sin importar lo que venga después.
Siguen sin decirnos en qué situación nos encontramos y qué métodos usarán como acción paliativa para poder salir de la actual crisis económica.
El Partido Popular parece ceñirse al dicho "El fin justifica los medios" y tan solo se dedica a promover palabrería hueca, sin ningún contenido aprovechable.
En el ámbito energético, después de la peor legislatura para las energías renovables a cargo del señor Sebastián; no parece que se vayan a tomar nuevas medidas que puedan promover este desarrollo tecnológico. El líder del Partido Popular, hace tres meses, hacía constatar su oposición al cierre de la central nuclear de Garoña para el 2013, y apoyaba prolongar su funcionamiento hasta el 2019. Sin embargo en su programa electoral, tan solo menciona la posibilidad de prorrogar la vida útil de las centrales bajo el visto bueno del Consejo de Seguridad Nuclear (CSN). Sigue por lo tanto, dando pinceladas de lo que podrá ser su política energética.

En los último años, el precio de la electricidad subió casi un 50 % respecto a 2005. ¿A qué se debe esta subida de los precios? ¿Al aumento de la economía? ¿A la subida del precio del petróleo?

Desde luego la economía no subió en estos ultimos 5 años lo suficiente como para aumentar en un 50 % el precio de la electricidad. Solo hay que ver los datos de PIB e IPC. Y en lo referente al petróleo, tuvo su máximo en el año 2008. ¿Entonces qué?

Es aquí donde entra en juego la demagogia, y el posible interés del Ministro de Industria Miguel Sebastián de acabar en un alto cargo de las mayores empresas energéticas de España, tal y como lo están haciendo José María Aznar en Endesa, o Felipe Gonzalez en Gas Natural. Así pues, "la culpa la tienen las renovables". Así lo dicen y tan tranquilos se quedan. Sus grandes argumentos se basan en que las energías renovables son subvencionadas, y estas subvenciones son tan elevadas que se necesita subir el precio de la electricidad para compensarlo.
Otro argumento es el déficit tarifario, por culpa del cual, el Estado les debe mucho dinero. Déficit que se generó por no querer aumentar el precio de la electricidad en el año 2000, cuando el pétroleo había experimentado un aumento considerable. En el año 2008, el barril de Brent alcanzó neuvo record histórico. Nuevamente el Gobierno no quiso imponer un aumento en la tarifa eléctrica, lo que volvió a provocar más déficit. Según las grandes eléctricas, todo fue por culpa de las renovables.

En conclusión, cae de cajón el acoso que están sufriendo día a dia las renovables, pese a que sean potencialmente beneficiosas para nuestro país. A parte de generar empleo, nos ayudarían a independizar nuestra economía de la importación de petróleo, la cual deja miles de millones de euros anuales que, por un lado provocan la subida de impuestos en productos de compra cotidiana, y por otro, agravan el déficit tarifario. Además de reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera y de promover una economía con futuro. La semana pasada estuve asistiendo a conferencias sobre energías renovables y eficiencia energética y pude ver una visión muy optimista sobre el desarrollo tecnológico que se podría llegar a obtener de las energías renovables destinándoles el suficiente capital.

Es interesante destacar que Iberdrola posee parques eólicos y generadores hidráulicos. Sin embargo, sus críticas se centran directamente en la energía solar. Hombre claro, en las ciudades es complicado tener tu propio aerogenerador, pero sin embargo sería muy fácil instalar tu panel solar en el tejado del edificio o en las ventanas, (se diseñaron células fotovoltaicas que son utilizables como cristales para las ventanas) pero evidentemente eso no le conviene, ya que cuanta más dependencia energética hacia la energía suministrada por la red, mejor para su bolsillo. Evidente!

Por lo tanto estamos sometidos como marionetas a lo que dicten las grandes energéticas.

Estaría muy bien saber, qué programa electoral manejará el partido que salga vencedor el día 20 de noviembre, en lo referente a energía y sostenibilidad. Qué vía optará para caminar, si una sostenible que comience a someter a las grandes empresas como Iberdrola y Endesa o por otra en la que, atendiendo a un beneficio individualista, permita a esas empresas, campar a sus anchas y generar una economía de derribo contra las energías renovables. De momento, todo está incierto, la energía permanece lejos de las urnas y viendo la estrategia política que se esta perpetrando, todo seguirá igual.





H2Optima. Cómo obtener agua potable a partir del Sol.

   En la actualidad, cada vez son más las personas que tienen dificultad para poder beber agua potable a diario. Un estudio realizado por las Naciones Unidas, prevee que en el año 2025, podrían ser en torno a 2.300 millones de personas.

Pensando en esto, 7 empresas catalanas, se han puesto en marcha, y han conseguido crear y lanzar al mercado un nuevo dispositivo potabilizador de agua portatil. El H2Optima

Este equipo, tiene la capacidad de depurar agua dulce contaminada o agua salada, sin necesidad de aportarle ningún tipo de combustible, ya que dispone de tres módulos fotovoltaicos plegables automáticamente (lo que facilita su transporte.)

La cantidad de agua depende evidentemente de su exposicion a la radiación solar. Suponiendo una estadía de 5 horas, se podrían obtener hasta 7 mil litros de agua dulce descontaminada. En caso de operar con agua salada, tan solo se obtendrían 500 litros.

El destino de estas máquinas, podría centrarse en las zonas subdesarrolladas de África o Asia, donde se necesita caminar cientos de kilómetros para localizar focos de agua potable. Zonas en las que además, el sol está presente durante casi todos los dias del año, lo que aumentaría su eficiencia.

Médicos sin fronteras ya han mostrado interés por esta potabilizadora cuyo precio, está en torno a los 18 mil euros. Un precio bastante asequible teniendo en cuenta su gran utilidad y su mínimo mantenimiento.

Una nueva e innovadora aplicación de los tantos usos que se le puede dar a la energía fotovoltaica, que, al igual que la eólica está siendo punto de crítica y rechazo de tantos políticos que con datos absurdos y mentirosos pretenden engañar a los españoles como a estúpidos, hasta el punto de  atribuirle a la energía renovable, un mayor coste que a las de combustible fósil. Lo que Iberdrola diga, va a misa.

Seguridad de la red eléctrica.

   Cuando se piensa en la red eléctrica, lo último que se plantea es su elevada vulnerabilidad contra posibles ataques exteriores, de origen informático. Asimismo, todos los dispositivos de la red, se encuentran controlados por ordenadores.

   Ataque informático al proyecto nuclear de Irán:

Centrifugadora Zippe.

En la revista "Investigación y Ciencia" han abordado este tema, del cual resaltaré las partes más interesantes.
Todo comenzó entorno al Programa nuclear de Irán. Hace aproximadamente un año, salió la noticia de que Stuxnet, un virus informático, consiguió acceder a los ordenadores de las instalaciones nucleares iraníes.
Los ordenadores de este tipo de instalaciones, al igual que los que gobiernan la red eléctrica, no tienen acceso a internet, lo que indica que fueron insertados vía USB. Una vez dentro de un ordenador, el virus se fue diseminando por todos los ordenadores, hasta alcanzar un ordenador conectado a un dispositivo mecánico destinado a controlar electrónicamente las centrifugadoras de enriquecimiento de uranio. (El proceso de enriquecimiento busca separar y recoger el isótopo Uranio-235).
Este tipo de centrifugadora, llamada Zippe (en honor a Gernot Zippe, jefe de proyecto alemán), requiere un control muy extricto de la velocidad de rotación, para evitar funcionamientos prolongados a velocidades donde existe riesgo de resonancia. La velocidad media de su borde exterior alcanza casi la velocidad del sonido (en torno a 1240 Km/h). Sabiendo esto, Stuxnet, elevó la velocidad de giro hasta 1600 Km/h, a la vez que enviaba falsos mensajes confirmando el correcto funcionamiento de las máquinas.
Consecuencias: consiguió destrozar cerca de 1000 centrifugadoras de la planta de enriquecimiento de Natanz.
Los daños fueron por lo tanto solo materiales, pero, ¿y si llegasen a incorporar un virus del estilo de Stuxnet en las computadoras de la central nuclear? Posiblemente estuviesemos hablando de tragedia.

   La red eléctrica, en contraste con cualquier planta de enriquecimiento nuclear, es mucho más vulnerable ante este tipo de ataques. Está formada por miles de unidades que necesitan funcionar con gran coordinación. Para hacerse una idea, cualquier generador que se desee conectar a la red eléctrica, debe de estar sincronizado con esta, es decir, manteniendo la misma frecuencia (50 o 60 Hz dependiendo del país), tensión y fase. Cualquier desbarajuste, impide el suministro eléctrico, e incluso puede llevar a la avería del generador. (Se han realizado experimentos desfasando en el tiempo la corriente del generador respecto a la de la red con consecuencias nefastas para el generador.)
Según David M. Nicol (de la Universidad de Illinois) un ataque cibernético coordinado contra diferentes puntos, podría ocasionar daños que comprometerían durante semanas o meses la capacidad para generar y distribuír energía de un país.
El código del  virus Stuxnet  se puede encontrar hoy en día por internet, lo que puede llevar a piratas informáticos a manipularlo según sus intereses para atacar diversos objetivos.

     Puntos débiles de la red eléctrica:

   La RE, requiere un gran equilibrio entre la energía generada y la demandada en cada momento. Numerosos elementos, se encargar de que este flujo eléctrico se lleve a cabo correctamente, sincronizando la corriente alterna producida con la que fluye por la red asegurandose de que ningún dispositivo se ve forzado más allá de sus límites. Todos estos elementos podrían ser víctima de un ataque informático.

Estación generadora: Independientemente del tipo de central, al estar trabajando con c.a. , hay que cerciorarse de que ingrese con la frecuencia correcta y en fase con la corriente de linea (como ya se dijo antes). Atacando de una forma similar a como se atacó en Irán, podrían inutilizar los generadores variando alguno de los parámetros, por lo que dejarían fuera de juego a una central completa.

Subestación de transmisión: A estas estaciones llega la electricidad a una elevadísima tensión (en torno a los 450 KV) con el fin de economizar las pérdidas en el transporte. Esta subestación se encarga de reducir el voltaje para su posterior distribución. Para comunicarse los técnicos de mantenimiento con las subestaciones, disponen de un módem para conectarse por teléfono. Esto implica que alguién podría acceder a la red de subestaciones a través de un modem y modificar su configuración a su antojo.
La salida de corriente de la subestación se reparte entre varias líneas que cuentan con disyuntores que, en caso de avería, interrumpen el flujo eléctrico. Cuando salta un disyuntor, toda la energía de salida que iba a ir por esa línea se reparte entre las demás. Atendiendo a eso, si en ese momento se está abasteciendo una alta demanda y las líneas se encuentran al borde de la saturación, el agresor informático podría desde la conexión telefónica inhabilitar la mitad de las lineas, sobrecargando el resto e inutilizandolas.

Estación de control: Este centro se encarga de que el suministro eléctrico es igual a la demanda, lo que implica que trabaja a tiempo real. Se encarga por lo tanto de activar o desactivar equipos de producción según necesidad. Evidentemente este centro no está conectado a internet, pero su departamento comercial si, de tal forma que desde este último, podría saltar al centro de operaciones y desde ahí, manipular datos de demanda para provocar una sobrecarga en la línea. El hecho de tener departamento comercial en internet se debe a que existen empresas rivales que comparten la explotación de la red. La energía se genera, transporta y distribuye según contratos obtenidos mediante subastas en línea.

Subestación de distribución: Es el último paso antes de la distribución a las viviendas. Aquí reduce la tensión de la corriente para que sea apta para el consumo. Esta subestación suele disponer de equipos inalámbricos para su funcionamiento interno. La subestación podría atacarse con un ordenador desde los alrededores.

Esquema de distribución de la red eléctrica.

   Partiendo de la debilidad de estas instalaciones frente al acceso indeseado, los piratas informáticos, tan solo tienen que pensar en el método más práctico a emplear para inestabilizar o bloquear la red eléctrica por completo.

Algunas medidas preventivas ya se están empezando a diseñar como el uso de cortafuegos para bloquear ciertos mensajes en función de su origen y destino.
En EEUU lo que se busca es diseñar un sistema que reconozca los intentos de intrusión y reaccione ante ellos de manera automática.

Pasará bastante tiempo hasta que se tomen las medidas suficientes y efectivas. Pero si se quiere tener una red eléctrica segura, es la única alternativa.

En el vídeo se observa el funcionamiento de la máquina cuando el controlador funciona correctamente, y cuando lo hace bajo el efecto del virus Stuxnet.

Sobre energía maremotriz y su papel en el ámbito energético.

Planta maremotriz de Shihwa (Corea del Sur).

Justo cuando más de lado estaba quedando la energía maremotriz, surge la noticia de la planta SurCoreana más grande del mundo, con una capacidad de 254 MW al día, lo que la sitúa por encima de la de Rance, (Francia), con una capacidad de 240 MW.
Esta nueva planta, llamada Shihwa, que dispone de diez turbinas de 25,4 MW cada una, abastecerá la demanda de medio millón de hogares, lo que reducirá la emisión de 320 000 toneladas de CO2 a la atmósfera.
Lo cierto es que son muchas las personas que opinan que la energía maremotriz tiene más desventajas que ventajas. Principalmente por el impacto que genera en los ecosistemas de las rías, cargandose al marisco y otros animales, así como provocando variaciones en la salinidad. Así pues, en 1967, tras acabar la central de Rance, había más proyectos destinados para Canadá, Inglaterra y Francia (Normandía), pero jamás se llevaron a cabo.

Central maremotriz de Rance (Francia).

Esta imagen pertenece a la central maremotriz de Rance.
Se llevó a cabo construyendo un gran dique, que cierra la entrada del estuario y a través de una esclusa, permite la comunicación de este con el mar. A diferencia de la actual de Corea del Sur, esta tiene 24 turbinas.
Como en las centrales hidroeléctricas, las turbinas funcionan también como bombas, suministrándole electricidad restante de centrales térmicas o nucleares, de forma que, aumentan el nivel del agua del embalse en horas valle para tener después, en horas pico (de alta demanda y donde la electricidad es más cara..) más capacidad generadora.
La instalación de este tipo de plantas, puede rondar el doble de inversión que el de una hidroeléctrica de río.
Pese a las quejas que pueda infundir este tipo de central, desde mi punto de vista es más que necesaria para poder desarrollar un sistema energético sólido y sin valles. Actualmente, la energía eólica instalada en España puede llegar a cubrir el 25 % de la demanda total. Sin embargo, hay dias que no alcanza el 5%, y esto es debido a la dependencia directa con el viento, que puede estar activo o inactivo en ciertos puntos. En el caso de la maremotriz, su funcionamiento se basa en el cauce del río y en la subida de las mareas, lo que lleva a una generación de energía estable y eficiente. Otro beneficio de este tipo de central, es que se puede aprovechar el dique y usarlo como puente, para cruzar de un lado del estuario a otro.
Está claro que tiene bastante impacto medioambiental, pero siempre se pueden diseñar nuevos modelos e intentar paliar esta amenaza a los ecosistemas marinos y fluviales. Pero lo que hay que evitar, es condenar este tipo de energía, que en mi opinión tiene mas beneficio para la población que perjuicios...

Un ejemplo de que se necesita la combinación de energías renovables, está en estos gráficos que facilita la REE en su web, que es la produccion eólica diaria, a tiempo real.

Producción eólica 8 de septiembre

 En la gráfica de hoy se puede comprobar la inestabilidad y la baja generación de electricidad, que ha llegado a estar cubriendo tan sólo el 2% de la demanda total eléctrica, usándose en ese momento tan solo el 5% de la potencia total instalada de aerogeneradores, aportando 1000 MW a la red.

Producción 25 de agosto

La gráfica del 25 de agosto por ejemplo, muestra también inestabilidad, pasando de cubrir en algunas horas el 3 % de la demanda, a subir hasta el 29 % por la tarde rozando los 10.000 MW.
El 26 de agosto sin embargo, muestra una gran estabilidad, en donde la aportación a la demanda se mantuvo la mayor parte del día por encima del 20 %.
Estos son claros ejemplos que deben tenerse en cuenta para no centrarse en una única forma de energía renovable, e intentar abarcar todas las posibilidades que ofrece la naturaleza.


 Fuentes: 

http://alternativeenergyecogreen.blogspot.com/2011/08/worlds-largest-tidal-power-plant-korea.html

http://www.ree.es

www.wikipedia.es

Magnetismo y carreteras.

Dispositivo magnetico y raíl.

Hoy me he encontrado con un diseño de generación de energía eléctrica tan sorprendente como ambicioso.
Lejos de aerogeneradores y células fotovoltaicas, este dispositivo rinde homenaje a la ley de Faraday-Lenz, según la cual, cuando un campo magnético variable atraviesa una espira, se genera en esta una corriente eléctrica. Teniendo en cuenta este principio, el diseño que procederé a describir se basa en incorporar un campo magnético en la parte de abajo de los coches, de tal forma que, aprovechando su energía cinética, se cree un campo magnético "móvil". Este será recogido por un rail ubicado en la carretera que transformará este magnetismo en energía eléctrica.
Vayamos por partes. Para la generación del campo magnético, nada más sencillo que incorporar en la parte inferior del chasis del coche un imán. La recogida de este campo se realiza por el raíl ya mencionado, el cual se compone de pequeñas piezas, de montaje similar a un escalestri. ¿Cómo son estas piezas?
Pues bien, cada pieza que constituye el rail, es una bobina alargada, que tiene en cada uno de sus extremos un amortiguador. En el interior de la bobina, se coloca un imán. La idea es que, cuando el coche pasa por encima del raíl, su imán interaccione con el que está dentro de la bobina, de tal forma que lo haga moverse hasta rebotar con el amortiguador y retornar a su posición inicial. Al moverse dentro de la bobina pues, se genera energía eléctrica.
Este diseño no solo sería útil en carreteras, sino que se podía ampliar también al sector ferroviario.

Explicación del funcionamiento del raíl.

Japón y sus proyectos de renovación.

Hace unos días, se aprobó en la Cámara Alta de Japón una ley que exigirá la compra de electricidad generada por energía solar, eólica, biomasa, geotermica y en menor medida de centrales hidroeléctricas en un plazo máximo de 20 años. El Gobierno declaró que pretende aumentar la capacidad de los 5 tipos de energía por encima de los 30 000 megavatios en aproximadamente una década. 
Tomando nota de esto, la universidad de Universidad Kyushu, se ha puesto en marcha en el desarrollo de nuevos dispositivos, y han conseguido diseñar una nueva turbina que multiplica por tres la potencia que se obtiene del viento, con respecto a sus anteriores modelos.

Diseño de las "Lentes de viento"

El principio de funcionamiento, se basa en que el aire tiende a fluir desde zonas de alta presión a zonas de baja presiones. (Un ejemplo sería la conexión de dos globos, uno mas hinchado que otro. Ambos tenderían a igualar presiones y ocupar un mismo volumen.) El diseño lleva el nombre de "Lentes de viento" ya que, como una lente, focalizan en un punto la fuerza del viento. De esta forma, las aspas se rodean por un anillo, el cual hace que, el aire que llega por detrás, lo rodee, creando una zona de baja presión delante de la turbina. Así, habiendo una diferencia de presiones entre la parte delantera y trasera, por propia física, el aire que permanece detrás tenderá a fluir a gran velocidad hacia delante para intentar igualar las presiones. Como consecuencia, obtenemos una mayor generación de energía que si no tuviesemos ese anillo dispuesto alrededor de las aspas.
En el vídeo que dejo abajo se pueden ver diferentes diseños y futuros planes para incorporar estos aerogeneradores, en plataformas hexagonales en medio del mar.
Parece pues que de los errores se aprenden, y que Japón, un país cuya energía era principalmente de origen nuclear, se ha visto obligado a tomar cartas en el asunto, y comenzar a invertir fuertemente en tecnologías para poder dejar atrás, pasajes como el que vivieron con la catástrofe de Fukushima.

                                      

De cómo recolectar agua del cielo sin que llueva.

Interesante el invento con el que me he encontrado para recolectar agua del cielo en pleno dia soleado.
El aparato, se llama Skydrops, y ha sido diseñado por Guilherme Rodrigues y Murilo Gomes.

Skydrops

Se trata de un globo inflado de helio, rodeado de aspas, las cuales, giran con el viento. Al girar, se genera energía, que se utiliza para enfriar unas láminas metálicas con células Peltier ubicadas dentro del globo. A medida que el aire pasa por la superficie enfriada, el agua comienza a condensarse, y se vuelve líquida antes de caer por un cable hasta un depósito situado en el suelo. Está diseñado para mantenerse en el aire durante dos meses, y tiene una capacidad de generación de 50 litros de agua diarios. Una interesante manera de aprovechar el viento y obtener agua gratis. Además, este globo se transporta como si fuese una mochila antes de que se inche automáticamente al abrirlo, por lo que resulta ideal para llevarlo de camping.

Montaje