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Turbina Eólica de Madera en Suecia

turbina eólica de madera

La empresa sueca de ingeniería y diseño industrial Modvion ha erigido la primera torre de turbina eólica de madera en una isla en las afueras de Gotemburgo, Suecia. Fue un proyecto piloto para el Centro Sueco de Tecnología Eólica y se utilizará con fines de investigación.

Modvion desarrolla diseños de turbinas eólicas modulares en madera de ingeniería renovable. La compañía afirma que su tecnología da como resultado un menor costo y una instalación simplificada de torres que exceden los 120 metros.

Modvion se asoció con la compañía de glulam Moelven Töreboda para construir la torre de turbina eólica de madera, que tiene 30 metros de altura. Debido a que las dos compañías construyeron la torre de forma modular, y la madera es más ligera que el acero, es más fácil de transportar, por lo que las futuras torres se pueden construir más altas.

turbina eólica de madera

Johan Åhlén, CEO de Moelven Töreboda, dijo:

La madera tiene propiedades fantásticas y necesitamos construir mucho más en madera si queremos cumplir con los objetivos climáticos. Para nosotros, es muy inspirador participar en este proyecto piloto en el que hemos podido utilizar madera renovable en un diseño para la producción de energía renovable.

Las primeras torres comerciales de madera se construirán a partir de 2022. Modvion ha firmado declaraciones de intenciones con la empresa de energías renovables Varberg Energi para una torre de 110 metros y el constructor de turbinas eólicas Rabbalshede Kraft para 10 torres de al menos 150 metros de altura.

Otto Lundman, CEO de Modvion, dijo:

Este es un gran avance que allana el camino para la próxima generación de turbinas eólicas. La madera laminada es más resistente que el acero con el mismo peso y al construir módulos, las turbinas eólicas pueden ser más altas. Al construir en madera, también reducimos las emisiones de dióxido de carbono en la fabricación.

Además, el dióxido de carbono absorbido por los árboles a medida que crecen se almacena en las torres de madera, lo que significa que las turbinas eólicas son climáticamente neutrales desde el principio.

 

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Propulsión a Chorro de Plasma: Eliminando Combustibles Fósiles

propulsión a chorro de plasma

Los humanos dependen de los combustibles fósiles como su principal fuente de energía, especialmente en el transporte. Sin embargo, los combustibles fósiles son insostenibles e inseguros, ya que sirven como la mayor fuente de emisiones de gases de efecto invernadero y provocan efectos respiratorios adversos y devastación debido al calentamiento global. Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias Tecnológicas de la Universidad de Wuhan ha demostrado un dispositivo prototipo que utiliza aire de microondas para propulsión a chorro de plasma.

“La motivación de nuestro trabajo es ayudar a resolver los problemas del calentamiento global debido al uso que hacen los humanos de motores de combustión de combustibles fósiles para impulsar maquinaria, como automóviles y aviones”, dijo el autor Jau Tang, profesor de la Universidad de Wuhan. “No hay necesidad de combustibles fósiles con nuestro diseño y, por lo tanto, no hay emisión de carbono que cause efectos de efecto invernadero y calentamiento global”.

Más allá de sólidos, líquidos y gases, el plasma es el cuarto estado de la materia, que consiste en un agregado de iones cargados. Existe naturalmente en lugares como la superficie del sol y los rayos de la Tierra, pero también se puede generar. Los investigadores crearon una propulsión a chorro de plasma al comprimir el aire a altas presiones y usar un microondas para ionizar la corriente de aire a presión.

Este método difiere de los intentos anteriores para crear propulsores de chorro de plasma de una manera clave. Otros propulsores de chorro de plasma, como la sonda espacial Dawn de la NASA, usan plasma de xenón, que no puede superar la fricción en la atmósfera de la Tierra y, por lo tanto, no son lo suficientemente potentes para su uso en el transporte aéreo. En cambio, el propulsor de chorro de plasma de los autores genera el plasma de alta temperatura y alta presión in situ utilizando solo aire inyectado y electricidad.

El prototipo de dispositivo de propulsión a chorro de plasma puede levantar una bola de acero de 1 kilogramo sobre un tubo de cuarzo de 24 milímetros de diámetro, donde el aire de alta presión se convierte en un chorro de plasma al pasar a través de una cámara de ionización de microondas. A escala, la presión de empuje correspondiente es comparable a la de un motor de avión comercial.

Al construir una gran variedad de estos propulsores con fuentes de microondas de alta potencia, el diseño del prototipo se puede ampliar a un jet de tamaño completo. Los autores están trabajando para mejorar la eficiencia del dispositivo hacia este objetivo.

“Nuestros resultados demostraron que dicho motor a reacción basado en plasma de aire de microondas puede ser una alternativa potencialmente viable al motor a reacción convencional de combustible fósil”, dijo Tang.

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Las Chimeneas Solares ayudan a la Seguridad contra Incendios

chimeneas solares

Un elemento imprescindible en el diseño de edificios ecológicos, las chimeneas solares pueden reducir los costos de energía hasta en un 50%. Ahora la investigación revela que también podrían ayudar a salvar vidas en un incendio en un edificio.

En una primicia mundial, los investigadores diseñaron una chimenea solar optimizada para el ahorro de energía y la seguridad contra incendios, como parte de las características sostenibles de un nuevo edificio en Melbourne, Australia.

El modelado muestra que la chimenea solar especialmente diseñada aumenta radicalmente la cantidad de tiempo que las personas tienen para escapar del edificio durante un incendio, extendiendo el tiempo de evacuación segura de aproximadamente dos minutos a más de 14 minutos.

Una chimenea solar es un sistema pasivo de calentamiento y enfriamiento solar que aprovecha la ventilación natural para regular la temperatura de un edificio.

Con un estimado del 19% de los recursos energéticos del mundo destinados a calefacción, ventilación y refrigeración de edificios, la integración de chimeneas solares en nuevas construcciones y la modernización de las estructuras existentes ofrece un gran potencial para reducir este enorme costo ambiental.

En el nuevo proyecto, una colaboración entre la Universidad RMIT y la ciudad de Kingston, los investigadores diseñaron una chimenea solar para maximizar su eficiencia para ventilar aire fresco y aspirar humo de un edificio en caso de incendio.

El investigador Dr. Long Shi dijo que las chimeneas solares tienen credenciales ambientales bien establecidas, pero su potencial para mejorar la seguridad contra incendios no había sido explorado.

“En una situación de emergencia en la que cada segundo cuenta, es fundamental dar a las personas más tiempo para escapar de manera segura”, dijo Shi.

“Nuestra investigación demuestra que las chimeneas solares ofrecen poderosos beneficios para la seguridad de las personas y el medio ambiente.

“Cumplir con dos funciones importantes podría impulsar la ya rentable rentabilidad de esta tecnología sostenible.

“Esperamos que nuestros hallazgos inspiren más inversión y desarrollo de chimeneas solares en Australia y en todo el mundo”.

La alcaldesa de Kingston, Georgina Oxley, dijo que el Consejo estaba emocionado de ser parte del innovador proyecto.

“Crear formas nuevas e innovadoras para reducir el consumo de energía en el diseño de nuestro edificio es una prioridad para el Consejo”, dijo Oxley.

“La chimenea solar que se instaló en el nuevo y moderno Pabellón de Reserva Mentone no solo nos permite aprovechar la energía verde limpia para calentar y enfriar el edificio, ayudando al Consejo a lograr sus objetivos ambientales, sino que también tiene potencial para salvar vidas en caso de incendio. Este es un diseño verdaderamente notable “.

Si bien los cálculos en torno al aumento de 6 veces en el tiempo de evacuación segura fueron específicos del nuevo edificio, una investigación previa realizada por el equipo de la Escuela de Ingeniería de RMIT ha confirmado que las chimeneas solares pueden lograr con éxito ambas funciones: ventilación y agotamiento del humo.

El aire caliente sube: como funciona una chimenea solar

El enfoque de diseño pasivo detrás de las chimeneas solares funciona según el conocido principio de que el aire caliente siempre sube.

Las chimeneas solares modernas generalmente presentan una pared de vidrio junto a una pared pintada de negro, para maximizar la absorción de la radiación solar. Las ventilas en la parte superior e inferior controlan el flujo de aire dentro y fuera de la chimenea para calentar o enfriar.

A medida que el sol calienta la chimenea, esto calienta el aire dentro de ella.

El aire caliente se eleva y sale por la parte superior de la chimenea, lo que atrae más aire en la parte inferior, impulsando la ventilación a través de un edificio para enfriarlo naturalmente.

Cuando hace frío afuera, la chimenea se puede cerrar, para dirigir el calor absorbido de vuelta al edificio y mantenerlo caliente.

Es un concepto ingeniosamente simple que es relativamente barato de actualizar y no agrega casi ningún costo adicional a una nueva construcción, pero puede reducir el consumo de energía.

Reduce el humo, aumenta la seguridad

Durante un incendio, el mismo principio, el aire caliente se eleva, permite que la chimenea solar aspire el humo del edificio.

Menos humo significa mejor visibilidad, temperaturas más bajas y monóxido de carbono reducido, todo lo cual contribuye a aumentar la cantidad de tiempo que las personas tienen para evacuar de manera segura.

Para comprender exactamente cuánto tiempo de evacuación podría proporcionar una chimenea solar para un edificio específico, debe modelar para ese diseño exacto, dijo Shi.

“Esto diferirá de un edificio a otro, pero sabemos que cualquier tiempo extra es valioso y mejora la seguridad contra incendios, lo que en última instancia podría ayudar a salvar vidas”, dijo.

La nueva investigación ofrece una guía técnica para optimizar el diseño y la ingeniería de chimeneas solares en edificios reales, para ampliar su aplicación en las dos funciones.

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Producción de Biobutanol: Nuevos Avances Científicos

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Una colaboración internacional de investigación ha dado un paso importante hacia la fabricación comercialmente viable de biobutanol, un alcohol cuyo fuerte potencial como combustible para motores de gasolina podría allanar el camino lejos de los combustibles fósiles.

El avance clave es el desarrollo de un nuevo marco orgánico de metal, o MOM, que puede separar eficientemente el biobutanol del caldo de biomasa fermentada necesaria para la producción del combustible. Los hallazgos se publicaron hoy en el Journal of the American Chemical Society .

Los investigadores ahora buscan asociarse con la industria para tratar de ampliar el método de separación utilizando el nuevo marco orgánico de metal, dice el correspondiente Kyriakos Stylianou del estudio de la Universidad Estatal de Oregón.

Si se escala bien, podría ser un hito importante en el camino hacia la no dependencia de los combustibles fósiles.

“Los biocombustibles son una alternativa de combustible sostenible y renovable, y el biobutanol ha surgido recientemente como una opción atractiva en comparación con el bioetanol y el biodiesel”, dijo Stylianou, investigador de química en la Facultad de Ciencias de la OSU. “Pero separarlo del caldo de fermentación ha sido un obstáculo significativo en el camino hacia una fabricación económicamente competitiva”.

El butanol, también conocido como alcohol butílico, está más estrechamente relacionado con la gasolina que el etanol y puede sintetizarse a partir del petróleo o fabricarse a partir de biomasa. El bioetanol (alcohol etílico) es un aditivo común para biocombustibles, pero contiene significativamente menos energía por galón que la gasolina y también puede ser dañino para los componentes del motor.

El proceso de creación de biobutanol se conoce como fermentación ABE: acetona-butanol-etanol. Produce un caldo acuoso que alcanza un máximo del 2% en peso de butanol. De ahí la necesidad de una herramienta de separación que pueda funcionar bien en un ambiente acuoso y también en presencia de solventes orgánicos, en este caso acetona, que es un ingrediente clave en productos como quitaesmaltes y diluyentes de pintura.

Stylianou y sus colegas en universidades de Suiza, China, Reino Unido y España sintetizaron un nuevo marco orgánico de metal, basado en iones de cobre y ligandos de carborano-carboxilato, conocido como mCB-MOF-1. El MOM puede extraer butanol del caldo de fermentación, mediante adsorción, con mayor eficiencia que la destilación o cualquier otro método existente.

El MOM es estable en solventes orgánicos, en agua caliente y en soluciones acuosas ácidas y básicas.

“Los biocombustibles pueden aumentar la seguridad y el suministro de energía y también pueden ser una gran parte de un plan de energía que realmente captura y almacena carbono, lo que sería enorme para cumplir los objetivos de lucha contra el cambio climático”, dijo Stylianou. “El biobutanol es mejor que el bioetanol por una variedad de razones, incluyendo que es casi tan denso en energía como la gasolina y se mezcla bien con la gasolina. Y el biobutanol también puede potencialmente reemplazar al butanol sintético como un precursor esencial para una gama de químicos industriales”.

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Led Ultravioleta que Descontamina Superficies

led ultravioleta

A medida que COVID-19 continúa devastando las poblaciones mundiales, el mundo se centra singularmente en encontrar formas de combatir el nuevo coronavirus. Eso incluye el Centro de Electrónica de Iluminación y Energía de Estado Sólido de UC Santa Bárbara (SSLEEC) y las compañías miembros. Los investigadores están desarrollando LED ultravioleta que tienen la capacidad de descontaminar superficies, y potencialmente aire y agua, que han estado en contacto con el virus SARS-CoV-2.

“Una aplicación importante es en situaciones médicas: la desinfección de equipos de protección personal, superficies, pisos, dentro de los sistemas de HVAC, etc.”, dijo el investigador doctoral de materiales Christian Zollner, cuyo trabajo se centra en el avance de la tecnología LED de luz ultravioleta profunda para el saneamiento y fines de purificación Agregó que ya existe un pequeño mercado para productos de desinfección UV-C en contextos médicos.

De hecho, últimamente se ha prestado mucha atención al poder de la luz ultravioleta para inactivar el nuevo coronavirus. Como tecnología, la desinfección con luz ultravioleta ha existido por un tiempo. Y aunque práctica, la eficacia a gran escala contra la propagación del SARS-CoV-2 aún no se ha demostrado. La luz ultravioleta es muy prometedora: la empresa miembro de SSLEEC, Seoul Semiconductor, a principios de abril informó de una “esterilización del 99,9% del coronavirus (COVID-19) en 30 segundos” con sus productos LED UV. Su tecnología se está adoptando actualmente para uso automotriz, en lámparas LED UV que esterilizan el interior de vehículos desocupados.

Vale la pena señalar que no todas las longitudes de onda UV son iguales. Los rayos UV-A y UV-B, los tipos que recibimos aquí en la Tierra por cortesía del Sol, tienen usos importantes, pero el raro UV-C es la luz ultravioleta preferida para purificar el aire y el agua y para inactivar microbios . Estos solo pueden generarse a través de procesos creados por el hombre.

“La luz UV-C en el rango de 260 – 285 nm más relevante para las tecnologías de desinfección actuales también es dañina para la piel humana, por lo que por ahora se usa principalmente en aplicaciones donde no hay nadie presente en el momento de la desinfección”, dijo Zollner. De hecho, la Organización Mundial de la Salud advierte contra el uso de lámparas de desinfección ultravioleta para desinfectar las manos u otras áreas de la piel; incluso una breve exposición a la luz UV-C puede causar quemaduras y lesiones oculares.

Antes de que la pandemia COVID-19 ganara impulso mundial, los científicos de materiales en SSLEEC ya estaban trabajando en el avance de la tecnología LED UV-C. Esta área del espectro electromagnético es una frontera relativamente nueva para la iluminación de estado sólido; La luz UV-C se genera más comúnmente a través de lámparas de vapor de mercurio y, según Zollner, “se necesitan muchos avances tecnológicos para que el LED UV alcance su potencial en términos de eficiencia, costo, confiabilidad y vida útil”.

En una carta publicada en la revista ACS Photonics , los investigadores informaron sobre un método más elegante para fabricar LED de ultravioleta profundo (UV-C) de alta calidad que implica depositar una película del nitruro de aluminio y galio (AlGaN) de aleación de semiconductores en un sustrato de carburo de silicio (SiC): una desviación del sustrato de zafiro más utilizado.

Según Zollner, el uso de carburo de silicio como sustrato permite un crecimiento más eficiente y rentable del material semiconductor UV-C de alta calidad que el zafiro. Esto, explicó, se debe a lo cerca que coinciden las estructuras atómicas de los materiales.

“Como regla general, cuanto más estructuralmente similar (en términos de estructura de cristal atómico) el sustrato y la película son entre sí, más fácil es lograr una alta calidad del material”, dijo. Cuanto mejor sea la calidad, mejor será la eficiencia y el rendimiento del LED. El zafiro es estructuralmente diferente, y la producción de material sin defectos y desalineaciones a menudo requiere pasos adicionales complicados. El carburo de silicio no es una combinación perfecta, dijo Zollner, pero permite una alta calidad sin la necesidad de métodos costosos y adicionales.

Además, el carburo de silicio es mucho menos costoso que el sustrato de nitruro de aluminio “ideal”, lo que lo hace más amigable con la producción en masa, según Zollner.

La desinfección de agua portátil y de acción rápida fue una de las principales aplicaciones que los investigadores tenían en mente al desarrollar su tecnología LED UV-C; la durabilidad, confiabilidad y factor de forma pequeño de los diodos cambiarían el juego en áreas menos desarrolladas del mundo donde no hay agua limpia disponible.

La aparición de la pandemia de COVID-19 ha agregado otra dimensión. A medida que el mundo corre para encontrar vacunas, terapias y curas para la enfermedad, la desinfección, la descontaminación y el aislamiento son las pocas armas que tenemos para defendernos, y las soluciones deberán implementarse en todo el mundo. Además de UV-C para fines de saneamiento del agua, la luz UV-C podría integrarse en sistemas que se encienden cuando no hay nadie presente, dijo Zollner.

“Esto proporcionaría una forma conveniente, económica y libre de químicos para desinfectar los espacios públicos, minoristas, personales y médicos”, dijo.

Por el momento, sin embargo, es un juego de paciencia, ya que Zollner y sus colegas esperan la pandemia. La investigación en la UC Santa Bárbara se ha ralentizado para minimizar el contacto de persona a persona.

“Nuestros próximos pasos, una vez que se reanuden las actividades de investigación en UCSB, es continuar nuestro trabajo para mejorar nuestra plataforma AlGaN / SiC para producir los emisores de luz UV-C más eficientes del mundo”, dijo.

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Química Verde: Producción de Plásticos amigables con el medio ambiente

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Una nueva forma de sintetizar polímeros, llamada síntesis hidrotermal, se puede utilizar para producir materiales importantes de alto rendimiento de una manera que sea mucho mejor para el medio ambiente.  a través de la química verde las toxinas peligrosas que generalmente deben usarse para producir estos polímeros pueden sustituirse por agua.

Muchos materiales que usamos todos los días no son sostenibles. Algunos son dañinos para las plantas o los animales, otros contienen elementos raros que no siempre estarán disponibles tan fácilmente como lo están hoy. Una gran esperanza para el futuro es lograr diferentes propiedades del material mediante el uso de nuevas moléculas orgánicas. 

Los materiales orgánicos de alto rendimiento que contienen solo elementos comunes como el carbono, el hidrógeno o el oxígeno podrían resolver nuestro problema de recursos, pero su preparación no suele ser ecológica. A menudo se utilizan sustancias muy tóxicas durante la síntesis de dichos materiales, incluso si el producto final en sí no es tóxico.

En TU Wien se adopta un enfoque diferente: en el grupo de investigación de materiales orgánicos de alto rendimiento, dirigido por la profesora Miriam Unterlass de la Facultad de Química Técnica de TU Wien, se emplea un método sintético completamente diferente. En lugar de aditivos tóxicos, solo se usa agua caliente. Ahora se ha logrado un avance decisivo: se podrían generar dos clases importantes de polímeros utilizando el nuevo proceso, un paso importante hacia la aplicación industrial del nuevo método. Los resultados ya se han publicado en la reconocida revista Angewandte Chemie .

Alta presión y alta temperatura para aplicar la química Verde.

“Estamos investigando los llamados procesos sintéticos hidrotermales”, dice Miriam Unterlass. “Estamos trabajando a alta presión y alta temperatura en el orden de 17 bares y 200 ° C. Como resultado, en condiciones tan extremas es posible evitar el uso de solventes tóxicos que de otro modo serían necesarios para producir estos polímeros. El término La “química verde” se refiere a aquellos métodos que permiten hacer no solo los productos finales sino también los procesos sintéticos en la industria química más amigables con el medio ambiente.

Ya hace varios años, Miriam Unterlass logró los primeros resultados positivos con esta tecnología. “Tuvimos éxito, por ejemplo, en la producción de tintes orgánicos o poliimidas, plásticos que son indispensables en las industrias de la aviación y la electrónica. Esto también generó un gran interés de la industria”, dice Unterlass. “Pero ahora hemos dado un paso importante: pudimos sintetizar diferentes ejemplos de polímeros de dos clases muy interesantes de plásticos: polibencimidazoles y polímeros de pirron”.

Nuevos procesos de preparación para superplásticos.

Los polibencimidazoles se usan, por ejemplo, hoy en día como membranas en las celdas de combustible, ya que son resistentes a los ácidos incluso a altas temperaturas y también pueden conducir protones. Las fibras de polibencimidazol también se encuentran en la ropa ignífuga, como los trajes protectores de los bomberos. “Eso ya muestra que son súper plásticos reales”, dice Unterlass.

Los polímeros de pirron, por otro lado, tienen propiedades electrónicas particularmente interesantes además de su excelente estabilidad. Por lo tanto, son adecuados para aplicaciones como transistores de efecto de campo o como material de electrodo potente y altamente resistente en baterías.

“El hecho de que estos polímeros se puedan preparar utilizando nuestro proceso hidrotérmico es notable, ya que en condiciones normales las reacciones químicas para generar estos plásticos son sensibles al agua”, dice Miriam Unterlass. “Esto muestra cuán prometedor es nuestro método para una amplia gama de aplicaciones”.

El nuevo método de fabricación para las dos nuevas clases de materiales ya ha sido patentado, con la ayuda de la investigación y el soporte de transferencia de TU Wien. El análisis electroquímico de los productos se realizó en cooperación con el Imperial College de Londres.

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Nuevo Plástico que se Degrada más Rapido

nuevo plástico

Para abordar la contaminación plástica que afecta a los mares y vías fluviales del mundo, los químicos de la Universidad de Cornell han desarrollado un nuevo plástico que puede degradarse por la radiación ultravioleta, según una investigación publicada en el Journal of the American Chemical Society .

“Hemos creado un nuevo plástico que tiene las propiedades mecánicas requeridas por los artes de pesca comerciales. Si finalmente se pierde en el medio ambiente acuático, este material puede degradarse en una escala de tiempo realista”, dijo el investigador principal Bryce Lipinski, un candidato a doctorado en el laboratorio de Geoff Coates, profesor de química y biología química en la Universidad de Cornell. “Este material podría reducir la acumulación persistente de plástico en el medio ambiente”.

La pesca comercial contribuye a aproximadamente la mitad de todos los desechos plásticos flotantes que terminan en los océanos, dijo Lipinski. Las redes y cuerdas de pesca están hechas principalmente de tres tipos de polímeros: polipropileno isotáctico, polietileno de alta densidad y nylon-6,6, ninguno de los cuales se degrada fácilmente.

“Si bien la investigación de plásticos degradables ha recibido mucha atención en los últimos años”, dijo, “obtener un material con la resistencia mecánica comparable al plástico comercial sigue siendo un desafío difícil”.

Coates y su equipo de investigación han pasado los últimos 15 años desarrollando este plástico llamado óxido de polipropileno isotáctico o iPPO. Si bien su descubrimiento original fue en 1949, la resistencia mecánica y la fotodegradación de este material eran desconocidas antes de este trabajo reciente. La alta isotacticidad (regularidad del encadenamiento) y la longitud de la cadena de polímero de su material lo distingue de su predecesor histórico y proporciona su resistencia mecánica.

Lipinski señaló que si bien iPPO es estable en el uso normal, eventualmente se descompone cuando se expone a la luz UV. El cambio en la composición del plástico es evidente en el laboratorio, pero “visualmente, puede parecer que no ha cambiado mucho durante el proceso”, dijo.

La tasa de degradación depende de la intensidad de la luz, pero en condiciones de laboratorio, dijo, las longitudes de la cadena de polímero se degradaron a un cuarto de su longitud original después de 30 días de exposición.

Finalmente, Lipinski y otros científicos quieren no dejar rastros del polímero en el medio ambiente. Señala que existe un precedente literario para la biodegradación de pequeñas cadenas de iPPO que podría hacer que desaparezca, pero los esfuerzos continuos apuntan a probar esto.

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Fibra Óptica Para Una Energía Renovable mas Segura

Fibra óptica

Resulta que los cables de fibra óptica pueden ser sensores científicos increíblemente útiles. Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) los han estudiado para su uso en el secuestro de carbono, el mapeo de aguas subterráneas, la detección de terremotos y el monitoreo del deshielo del permafrost ártico.

Ahora se les han otorgado nuevas subvenciones para desarrollar fibra óptica para dos usos novedosos: monitoreo de operaciones eólicas en alta mar y almacenamiento subterráneo de gas natural.

“Un cable de fibra tiene un núcleo de vidrio que le permite enviar una señal óptica a la velocidad de la luz; cuando haya vibraciones, tensiones o tensiones o cambios en la temperatura del material que se está monitoreando, esa información será transportada en la señal de luz que se dispersa “, dijo el científico de Berkeley Lab, Yuxin Wu, quien lidera ambos proyectos.

La Comisión de Energía de California otorgó a Berkeley Lab $ 2 millones para el proyecto eólico marino y $ 1.5 millones para el proyecto de gas natural. Ambos proyectos están en colaboración con UC Berkeley, y para el proyecto de gas natural, Berkeley Lab también colaborará con PG&E, Schlumberger y C-FER Technologies (una compañía canadiense), para llevar a cabo las pruebas.

Desde fallas en la caja de cambios hasta movimientos de ballenas jorobadas

Europa está a la vanguardia del desarrollo eólico marino. Otras partes del mundo solo se encuentran en las primeras etapas de comercialización, pero está creciendo rápidamente, incluso en los EE. UU., Donde el Departamento de Energía (DOE) ha estado apoyando el desarrollo de la tecnología. Los recursos eólicos marinos en los EE. UU. Son abundantes y tienen el potencial de proporcionar casi el doble de la cantidad total de electricidad generada actualmente en los EE. UU., Según un informe del DOE de 2016.

Una de las ventajas de la energía eólica marina para los EE. UU. Es que el recurso está cerca de densas poblaciones costeras. Por lo tanto, la transmisión de energía es un desafío menor en comparación con otras fuentes de energía renovables, como los parques eólicos y solares en tierra, que generalmente se encuentran más lejos de los centros de población debido a la disponibilidad y el costo de los bienes inmuebles.

Frente a la costa de California, el suelo oceánico cae abruptamente, lo que hace que las turbinas eólicas flotantes, que están atadas al fondo del océano por cadenas de amarre, a diferencia de las turbinas eólicas offshore convencionales de “fondo fijo”, son la única opción viable. Pero esta tecnología enfrenta varios obstáculos, incluyendo cómo hacer el mantenimiento y las operaciones en instalaciones remotas en el océano económicamente y cómo monitorear si los peligros como terremotos o condiciones climáticas extremas interrumpen las operaciones.

Aquí es donde entran los cables de fibra óptica.

“Uno de los componentes más caros de una turbina eólica es la caja de cambios; también tienden a ser la parte más vulnerable a fallas”, dijo Wu, quien también es jefe del Departamento de Geofísica de Berkeley Lab. “A menudo, antes de que fallen, producen vibraciones anormales o calor excesivo debido a una fricción aumentada o irregular. Tenemos la intención de utilizar cables de fibra óptica para controlar la señal vibratoria, de tensión y de temperatura de la caja de engranajes, a fin de determinar dónde están ocurriendo los problemas”.

Envolver los cables de fibra óptica alrededor de toda la caja de cambios puede proporcionar un mapa 3D de cambios con resolución a escala milimétrica. “Podría ayudar a identificar problemas con la caja de cambios en una etapa temprana, lo que desencadenaría un manejo de emergencia, antes de una falla catastrófica que causa la pérdida de toda la turbina”, dijo Wu.

Además, Wu dijo que el proyecto tiene la intención de explorar cómo los cables de fibra óptica se pueden usar para detectar la actividad de los mamíferos marinos. La sensibilidad de la señal de fibra podría permitir la diferenciación entre, digamos, olas rompientes y una manada de ballenas nadando.

“El desarrollo ambientalmente sostenible de la energía eólica marina es crítico”, dijo. “Con un gran parque eólico en alta mar, habría muchas de estas líneas de amarre que aseguran las estructuras de la turbina al fondo del océano. Si una ballena jorobada nada, ¿cuáles son los impactos de estas líneas de amarre en sus actividades? ¿Generarán las ballenas vibraciones únicas? ¿Qué señales pueden ser captadas por los sensores de fibra óptica? Si podemos rastrear las señales de una ballena nadando, nos permitirá evaluar si la turbina eólica marina impacta a los mamíferos marinos y de qué manera.

Wu agregó que está buscando aprender más sobre las ballenas y otros mamíferos marinos de los biólogos marinos y también está buscando un socio para colaborar para probar los sensores en el océano.

Hacer reservorios de gas subterráneos más seguros

Del mismo modo, Wu y sus socios de investigación esperan utilizar cables de fibra óptica para monitorear los pozos de los depósitos subterráneos de almacenamiento de gas natural. El pozo se utiliza para inyectar y extraer gas de grandes depósitos subterráneos de almacenamiento. Como cualquier tubería, estas perforaciones se degradan y corroen con el tiempo. Se concluyó que la fuga masiva de gas en Aliso Canyon en 2016, en la que miles de familias tuvieron que evacuar sus hogares, fue causada por daños por corrosión del pozo.

Por lo tanto, la integridad del pozo es de suma importancia para el almacenamiento seguro de gas natural en el subsuelo. Actualmente se monitorea principalmente utilizando herramientas que son intrusivas, caras e incapaces de proporcionar datos frecuentes en tiempo real. “Es difícil predecir la trayectoria de degradación del pozo con los escasos datos generados por los métodos tradicionales. Tener conjuntos de datos de mayor frecuencia que cubran todo el pozo es clave para proporcionar una alerta temprana de posibles fallas”, dijo Wu.

En el nuevo proyecto financiado por CEC, Berkeley Lab trabajará con UC Berkeley, PG&E, Schlumberger y C-FER para probar un nuevo conjunto de tecnologías para monitoreo autónomo en tiempo real utilizando dos métodos, uno basado en tensión distribuida, vibración y detección de temperatura en cables de fibra óptica y otros utilizando reflectometría de onda electromagnética.

EM-TDR (o reflectometría de dominio de tiempo electromagnético) es similar a la tecnología de fibra óptica, excepto que utiliza ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda en lugar de luz visible (también una onda electromagnética pero a una longitud de onda muy corta) como señales. “EM-TDR envía ondas electromagnéticas a un material conductivo electrónicamente, y cuando hay un cambio debido a daños, como la corrosión, recibes una señal EM que puede ayudarte a identificar la corrosión u otras degradaciones”, dijo Wu.

Y debido a que el pozo está hecho de acero, que es eléctricamente conductor, no será necesario instalar ningún equipo de fondo de pozo. Por lo tanto, EM-TDR es muy fácil de implementar y puede usarse en muchas circunstancias que impiden el uso de otros tipos de sensores. Por otro lado, EM-TDR sigue siendo una tecnología de etapa temprana; Este nuevo proyecto permitirá más pruebas y desarrollo.

Tanto para los proyectos eólicos marinos como para el gas natural, el desafío científico, dijo Wu, es optimizar el diseño y la sensibilidad de la tecnología y desarrollar tecnologías informáticas de vanguardia en tiempo real. “Además de utilizar sistemas comerciales, nuestro equipo está desarrollando nuevos interrogadores de fibra que nos permitirán no solo obtener los datos en bruto originales, sino también jugar con la física para diseñar mejor un sistema que pueda darnos la señal más sensible que queremos, “Además, desarrollaremos métodos de cómputo de borde basados ​​en aprendizaje automático para convertir los datos sin procesar en inteligencia procesable rápidamente. Esta es la clave para el monitoreo en tiempo real”.

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Turbina Eólica Flotante que Genera el Doble de Electricidad que una Terrestre

turbina eólica flotante

El mundo exige una alternativa más limpia a los combustibles fósiles debido al aumento en el costo del petróleo y el gas y los problemas ambientales (calentamiento global) relacionados con él, (ALTAEROS BAT) turbina eólica flotante está avanzando a ese desafío al proporcionar una energía limpia y asequible. , proporcionar un poder efectivo dentro del rango económico para las comunidades rurales es un gran desafío, el murciélago es la respuesta a ese llamado.

Las tendencias energéticas actuales en el mundo están relacionadas con los combustibles fósiles (los combustibles fósiles son caros y una amenaza para nuestro ecosistema) o la energía renovable como la solar o la eólica, que es impredecible, y depende del flujo del viento o la luz solar principalmente, pero el viento en la turbina eólica flotante Altaeros no tiene tales barreras y proporciona energía limpia y altamente asequible sin depender de ningún parámetro del clima o la luz solar.

¿Qué es el Altaeros BAT (turbina eólica flotante)?

Básicamente es un globo que levanta una turbina eólica a 600 metros del suelo.

Su concepto básico está tomado de la tecnología aeroespacial, el murciélago Altaeros usa helio inflable para levantar un pequeño generador en el aire, el globo está hecho de un material muy fuerte y liviano para soportar el peso y puede flotar fácilmente en el aire.

Funcionamiento de la turbina eólica flotante

La mayoría de los fabricantes comerciales de turbinas eólicas construyen turbinas eólicas más altas para aprovechar más viento a 150 metros o 500 pies en el aire, a tal altura, las turbinas eólicas aprovecharán más viento y producirán más electricidad, pero el murciélago Altaeros apunta a 2000 pies o 600 metros en el aire para eliminar todas las competencias en el mercado.

Es muy simple, a 600 metros de altura, el viento es más fuerte y de mayor consistencia, es de 8 a 10 veces más rápido que el del suelo, como resultado, el murciélago Altaeros producirá hasta el doble de energía que las turbinas eólicas comunes.

Su funcionamiento básico es el mismo que el de cualquier turbina eólica, el viento impulsa las palas y el eje adjunto hace girar el generador, por lo tanto, produce electricidad, pero el material utilizado en la turbina eólica flotante es muy ligero y fuerte, lo que soporta la turbina incluso con vientos fuertes, lo que aumenta su rendimiento general. eficiencia.

Se conecta un cable de alimentación (correas conductoras de alta resistencia) con la turbina eólica flotante que transmitirá la electricidad al suelo.

El diseño también es simple, según la National Science Foundation US:

 Las tecnologías habilitadoras clave de BAT incluyen un diseño aerodinámico novedoso, materiales compuestos hechos a medida y un sistema de control innovador. La carcasa inflable con helio canaliza el viento a través de una turbina eólica ligera. La carcasa se autoestabiliza y produce elevación aerodinámica, además de flotabilidad. Múltiples correas de alta resistencia mantienen la BAT en su lugar y una sola correa conductora transmite energía a una estación terrestre móvil ” .

Ventajas del  Altaeros BAT

  • Genere el doble de salida que una turbina eólica ordinaria
  • es independiente de los patrones de viento del suelo
  • Altamente flexible
  • Automatizado, minimizando la logística y los apoyos.
  • Instalación rápida y fácil (dentro de las 24 horas posteriores al envío)
  • Sin problemas ambientales y reduce el consumo de diesel.
  • Muy favorable en industrias fuera de la red, áreas remotas y en áreas de desastre debido a su rápida instalación y alta producción de energía.
  • Las aves migratorias no matan el problema debido a la gran altitud (600 metros sobre el suelo) y al diseño sofisticado con cuchillas cerradas en una estructura de concha de helio.

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Los Sistemas Energéticos Podrían ser Alterados Por el Futuro Incierto del Clima

sistemas energéticos

Se ha pronosticado que los eventos climáticos extremos, como sequías severas, tormentas y olas de calor, se volverán más comunes y ya están comenzando a ocurrir. Lo que se ha estudiado menos es el impacto en los sistemas energéticos y cómo las comunidades pueden evitar interrupciones costosas, como apagones parciales o totales.

Ahora, un equipo internacional de científicos ha publicado un nuevo estudio que propone una metodología de optimización para diseñar sistemas energéticos resistentes al clima y para ayudar a garantizar que las comunidades puedan satisfacer las necesidades energéticas futuras dada la variabilidad climática. Sus hallazgos fueron publicados recientemente en Nature Energy .

“Por un lado, está la demanda de energía: existen diferentes tipos de necesidades de construcción, como calefacción, refrigeración e iluminación. Debido al cambio climático a largo plazo y los fenómenos meteorológicos extremos a corto plazo, el entorno exterior cambia, lo que conduce a cambios en la construcción de la demanda de energía “, dijo Tianzhen Hong, un científico de Berkeley Lab que ayudó a diseñar el estudio. “Por otro lado, el clima también puede influir en el suministro de energía, como la generación de energía a partir de turbinas hidráulicas, solares y eólicas. También podrían cambiar debido a las condiciones climáticas”.

Trabajando con colaboradores de Suiza, Suecia y Australia, y dirigido por un científico de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), el equipo desarrolló un método de optimización robusto estocástico para cuantificar los impactos y luego usar los datos para diseñar sistemas energéticos resistentes al clima. Los métodos de optimización estocástica se usan a menudo cuando las variables son aleatorias o inciertas.

“Los sistemas energéticos están diseñados para funcionar durante 30 años o más. La práctica actual es asumir condiciones climáticas típicas hoy en día; los planificadores y diseñadores urbanos no suelen tener en cuenta las incertidumbres futuras”, dijo Hong, un científico computacional que lidera el modelado de energía a gran escala y simulación en Berkeley Lab. “Hay mucha incertidumbre sobre el clima y el clima futuros”.

Los “sistemas de energía”, tal como se definen en el estudio, satisfacen las necesidades de energía y, a veces, el almacenamiento de energía para un grupo de edificios. La energía suministrada podría incluir gas o electricidad de fuentes convencionales o renovables. Dichos sistemas de energía comunitaria no son tan comunes en los EE. UU., Pero se pueden encontrar en algunos campus universitarios o en parques empresariales.

Los investigadores investigaron una amplia gama de escenarios para 30 ciudades suecas. Descubrieron que, en algunos escenarios, los sistemas de energía en algunas ciudades no podrían generar suficiente energía. En particular, la variabilidad climática podría crear una brecha del 34% entre la generación y demanda de energía total y una caída del 16% en la confiabilidad del suministro de energía, una situación que podría provocar apagones.

“Observamos que los sistemas de energía actuales están diseñados de una manera que los hace altamente susceptibles a eventos climáticos extremos como tormentas y olas de calor”, dijo Dasun Perera, científico del Laboratorio de Física de Energía Solar y Construcción de EPFL y autor principal del estudio. “También descubrimos que la variabilidad climática y climática dará lugar a fluctuaciones significativas en la energía renovable que se alimenta a las redes eléctricas, así como a la demanda de energía.

Esto hará que sea difícil igualar la demanda de energía y la generación de energía. Hacer frente a los efectos del cambio climático va a resultar más difícil de lo que pensábamos anteriormente “.

Los autores señalan que 3.500 millones de personas viven en zonas urbanas, que consumen dos tercios de la energía mundial, y para 2050 se espera que las zonas urbanas tengan más de dos tercios de la población mundial. “Los sistemas de energía distribuida que apoyan la integración de tecnologías de energía renovable apoyarán la transición energética en el contexto urbano y desempeñarán un papel vital en la adaptación y mitigación del cambio climático”, escribieron.

Hong lidera un grupo de investigación en ciencias urbanas en Berkeley Lab que estudia los problemas energéticos y ambientales a escala de la ciudad. El grupo forma parte de la División de Tecnología de Construcción y Sistemas Urbanos de Berkeley Lab, que durante décadas ha estado a la vanguardia de la investigación para avanzar en la eficiencia energética en el entorno construido.

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