El CO2 en la atmósfera no se frena, sino que cada vez aumenta a mayor velocidad

 Los datos científicos son más que evidentes, ya no es que  no se esté frenando el aumento del CO2 en la atmósfera, sino que las emisiones humanas cada vez se aceleran más. La gráfica de los registros del CO2 atmosférico proporcionadas por el Loa Observatory muestran la vertiginosa aceleración de la proporción de CO2 que contiene el aire atmosférico. Tan solo en sesenta años ha aumentado este gas de efecto invernadero un 31 %, y está ya en alrededor de 420 ppm.

Estas emisiones permanecerán en la atmósfera durante siglos, pues el problema es que se van acumulando, y por lo tanto las perturbaciones en el clima se van agravando. Las emisiones de CO2 y la temperatura continuarán elevándose, a menos que las emisiones netas declinen a cero.

Parece evidente que habrá que tomar medidas muy drásticas en el futuro para siquiera aproximarse a los objetivos del Acuerdo de París. Los objetivos del acuerdo son ya una ilusión porque lo que se pretendía era que los esfuerzos conjuntos de la humanidad consiguiesen limitar el incremento de la temperatura a 1,5 ºC por encima de los niveles preindustriales.

Los riesgos para los sistemas naturales y humanos van aumentando conforme la temperatura se va elevando y las preocupaciones aumentan en todas las regiones.

Experimental plant for energy modeling of new off-grid agrobiotechnological applications for remote locations

Project description

 

Background

Over the years, the world is facing an energy transition that is accelerating more and more. Energy prices are taking their toll on an increasing number of activities and alternatives are being sought. Renewable and residual energies can be used for different applications that until now have been used very little. The integration of energy as a way to optimize costs is sought in more and more processes. TECNOCE, S.L. has been working for more than 20 years just in this line of research

 Goal

The goal was to develop practical applications in which the use of renewable energies would be competitive. To this end, a off-grid experimental plant was built in Extremadura (Spain), located at an altitude of 700 m. Over the years we realized that working at an altitude of 700 meters allowed us to do so in a microclimate that facilitated the development of appropriate applications to promote the use of endogenous resources in mountain areas.

 

La planta primero se centró en la investigación de la energía fotovoltaica, a partir de 2.009 la energía térmica y en 2.016 las aplicaciones en invernadero de estas energías. En los últimos años, en el proyecto participan otras empresas y grupos de investigación, buscando soluciones híbridas para aplicaciones en lugares remotos. Estas aplicaciones son deshidratación, la hibridación con biogás y la fermentación. Los proyectos que se vienen ejecutando en esta planta han contado con el apoyo financiero parcial de organismos e instituciones de Extremadura, pues es una de las primeras iniciativas que en el mundo abordan de forma sistemática el desarrollo de productos destinados a lugares remotos.

Las inversiones en equipamiento obtuvieron una financiación parcial por parte de la Consejería de Economía e Infraestructuras de la Junta de Extremadura. Se colaboró también con diversos organismos autonómicos con el objetivo de establecer sinergias: Universidad de Extremadura, Fundación Universidad y Sociedad y Parque Científico y Tecnológico de Extremadura. Especial atención de prestó al desarrollo de proyectos fin de carrera y colaboraciones con post-titulados de forma que se pudiese llevar a cabo una amplia investigación inicial en los diferentes productos que deseábamos desarrollar.

Durante el desarrollo de la planta se subcontrataron con empresas especializadas acciones de diseño, de programación web y de análisis económico y financiero. El resto de las necesidades de diseño se cubrieron con medios propios.

Pronto nos dimos cuenta de la importancia que tenía diseñar métodos de montaje e instalación con máximo rigor, más aún considerando que nuestros productos están especialmente pensados para lugares remotos. La formación de nuevos profesionales pensada para tener una cantera de posibles trabajadores fue también una prioridad. Para ello se firmó acuerdo de colaboración con el área de Mecatrónica Industrial de la Escuela Virgen de Guadalupe de Badajoz. Con el objetivo de ensayar nuevos desarrollos de aplicaciones térmicas con energías renovables se construyó en la localidad de Valencia de Alcántara (Cáceres) una planta piloto totalmente funcional dotada de la última tecnología en instrumentación, automatización y control. Esta planta piloto está construida a 700 metros de altitud  no está conectada a las redes eléctricas públicas, por lo que se trata de un lugar idóneo para realizar ensayos térmicos durante los meses fríos. Una de las principales características de nuestra planta piloto es que no está conectada a las redes eléctricas públicas, sino que trabaja exclusivamente usando energía solar. El calor se obtiene mediante captadores térmicos y la alimentación eléctrica de bombas, motores y su instrumentación se consigue usando energía solar fotovoltaica. El objetivo de construir esta planta piloto fue la de disponer de un lugar donde poder ensayar el comportamiento de una instalación de generación de energía solar térmica y poder desarrollar aplicaciones prácticas en el medio rural, prescindiendo del uso de energías convencionales. La energía solar térmica es variable, y sólo está estudiada en detalle en las aplicaciones residenciales, comerciales y en menor medida industriales. Pero existe poca información sobre su utilidad en aplicaciones rurales como la calefacción de invernaderos, el secadero de productos agrícolas, el calentamiento de animales y muchas otras aplicaciones más. Trabajando en el entorno adecuado la planta pretende investigar este tipo de soluciones y demostrar su viabilidad en lugares donde no hay energía eléctrica disponible. El proyecto nos permite montar las aplicaciones desarrolladas y ponerlas a punto probando su funcionamiento real en diferentes condiciones. Exploramos en tiempo real cómo se produce el calentamiento, la forma de optimizar los circuitos, la energía térmica producida, consumida y perdida. De esta forma es luego sencillo desarrollar kits modulares que faciliten su comercialización e integración en procesos existentes.

Financiación

 La planta piloto fue construida mayoritariamente con fondos propios, con una inversión hasta el momento de unos 156.000 euros. Una parte de estos recursos (aproximadamente el 20 % se obtienen a partir de proyectos de ayuda a la I+D.

A partir de 2.019 se desarrolló otro nuevo proyecto investigando las variables del invernadero.

  

Descripción de la planta piloto

 

Proceso híbrido de gestión de la energía distribuida

El proceso híbrido que se ha desarrollado en la planta piloto permite generar simulaciones complejas en los que integramos diferentes energías para poder ejecutar aplicaciones de forma que sea factible usar en cada momento la fuente de energía adecuada y optimizar de esta forma el uso de las energías renovables. La automatización y la hibridación nos permiten gestionar procesos usando una cantidad limitada de energía y optimizar tanto los procesos como las aplicaciones, alcanzando la viabilidad económica. La planta ha sido construida pieza a pieza, sin subcontratación, se registraron todos los elementos, sus mediciones, y los tiempos empleados en el diseño, construcción, puesta en marcha, e investigaciones llevadas a cabo con cada prototipo.

Plataforma para la monitorización de variables de procesos

En 2.021, tras varios años de investigación, TECNOCE, S.O. acabó el desarrollo del código fuente, programado en software libre, que permite sensorizar en tiempo real múltiples variables de proceso de forma más competitiva que las soluciones de propietario. Esta plataforma está expresamente pensada para el análisis de las variables energéticas del proceso y especialmente para calcular indicadores de impacto.

Zonas de prototipaje

El equipamiento y aplicaciones con las que trabajamos en la planta son las siguientes: 

Zona A (2.003): Prototipaje de sistemas Off-Grid PV

Es la primera zona de investigación, que comenzó a desarrollarse en 2.003, cuando los sistemas off-grid eran de muy pequeña dimensión. Aquí se han desarrollado de forma pionera en España las técnicas de riego por goteo solar, y también la hibridación de tecnologías. Los elementos principales son:

1. Photovoltaic electric power generation system with batteries. Se dispone de una instalación fotovoltaica funcional con el objetivo de disponer siempre de energía eléctrica para procesos comunes. Se alimenta un inversor trifásico de 10 kW y 9,72 kW en paneles fotovoltaicos. Así se proporciona energía proporciona energía eléctrica a todos los sistemas.  
2. Sistema fotovoltaico sin baterías. Esta instalación está destinada al ensayo de motores y bombas trabajando directamente con energía solar sin el uso de baterías. 
   

 

 Zona B: Prototipaje de aplicaciones térmicas para aplicaciones remotas

1. Solar thermal energy system for hot water production. Se dispone de una instalación funcional forzada con la cual simulamos el proceso completo de producción, almacenamiento y consumo de calor. Esta instalación está compuesta de tres captadores solares con rendimiento industrial. La red de agua caliente tiene tres circuitos secundarios para prototipaje: invernadero, cámara de germinación y ACS.
   
2. Solar hot air jet production: Varios prototipos se construyeron para lanzar al mercado productos de generación de aire caliente totalmente renovable, varios resultaron ser un fracaso pero en algunos se ha alcanzado ya TRL8  y se han comercializado y utilizado con total satisfacción de los usuarios.
   
3. Plataforma de sensores desarrollada con software libre. TECNOCE, S.L. ha desarrollado íntegramente el código fuente de una plataforma programada 100 % en LINUX y otros programas de software libre. Esta plataforma está integrada en toda la planta piloto de forma que se obtienen mediciones en tiempo real de puntos seleccionados para obtener valores de temperatura, caudales, presiones, medición de par motor, voltaje, así como analizadores de energía. La plataforma tiene varias ventajas respecto a las soluciones habituales de propietario: a) nos permite hacer monitorización, registro, y almacenamiento en base de datos de mediciones en tiempo real, b) no usamos sistemas de propietario lo cual permite utilizar cualquier hardware o sensor y de esta forma abaratamos la monitorización masiva de datos, d) hacemos automáticamente los cálculos de las ecuaciones de la hidráulica, HVAC systems, piping systems, control pumps, rendimiento de motores, consumos eléctricos, procesos de enfriamiento y calentamiento, etc.
   
4. Analizador avanzado de redes. Se trata de un sistema que permite analizar en tiempo real todos los parámetros eléctricos de cualquiera de los circuitos presentes en la planta.
5. Sistema de gestión de cargas. Este sistema está pensado para poder ordenar la conexión y desconexión de cargas en función de los valores de variables analógicas y digitales.
6. Plataforma para el prototipaje de aplicaciones con PLCs. En la planta se dispone también de PLCs con el objetivo de desarrollar diferentes formas de actuar sobre bombas y motores en función de variables analógicas y digitales.
7. Telecontrol. Se dispone también de una unidad de telecontrol vía router industrial con el objetivo de poder actuar de manera remota sobre todos los sistemas de la planta piloto. Esto nos permite operar y supervisar desde cualquier lugar del mundo.
8. Control del movimiento: El control del movimiento de bombas y motores se realiza mediante variadores de frecuencia. Actuando sobre la frecuencia de la red que alimenta un motor podemos variar su forma de funcionamiento, incluyendo consumos y caudales para el caso de las bombas. Los variadores tienen múltiples aplicaciones.
9. Estación meteorológica con registro en tiempo real. Se dispone de una estación meteorológica avanzada con la que podemos registrar todas las variables meteorológicas del lugar en tiempo real.
10. Recinto aislado. El recinto aislado se construyó de forma que se conoce la resistencia térmica y nos permite estudiar el comportamiento del calor con diferentes temperaturas exteriores. Dispone también de tres circuitos de tubos radiantes con el objetivo de analizar el comportamiento del recinto en función de diferentes variables.
11. Analizadores de energía térmica en tiempo real. Son analizadores destinados a conocer la energía térmica que circula por el circuito primario y secundario.

Aplicaciones

En la planta piloto se investigan aplicaciones dentro de nuestro proyecto de investigación o en colaboración con organismos científicos de investigación. Para estos últimos se TECNOCE, S.L. construye los prototipos. Las aplicaciones investigadas son las siguientes:

• Aplicaciones fotovoltaicas off-grid, con y sin baterías.
• Biodigestor de 2.000 litros para producción de aire caliente y triturador de residuos.
• Producción de energía con biomasa.
• Red de agua caliente y depósitos de acumulación (1.200 litro). 
• Construcción de un fermentador con sistemas de agitación, movimiento de fluidos y
  

Las aplicaciones agrobiotecnológicas que se obtienen son las siguientes:

• Cámara frigorífica solar.
• Red de distribución de energía eléctrica trifásica.
• Deshidratador.
• Prototipo de riego solar.
• Cámara de enraizamiento.
• Fermentador.
• Sala isotérmica para investigación de aplicaciones que requieran calor.
• Circuito de agua caliente.
  

¿Dónde emplean su dinero los fondos de lucha contra el cambio climático?

 

En este blog llevamos muchos años hablando de tecnologías limpias, de eficiencia energética y de mejoras de procesos. Nos alegra que por fin las cosas estén cambiando y haya actualmente un giro radical hacia las tecnologías limpias.

 

En este mapa mostramos los países donde se está desviando el esfuerzo inversor para tratar de adaptar economías a los graves efectos del cambio climático. La situación es muy crítica sobre todo ne África y por ello los esfuerzos están orientándose hacia el continente.

https://www.carbonbrief.org/mapped-where-multilateral-climate-funds-spend-their-money

Lo humanos como causa principal del calentamiento global

 

En los últimos 800.000 años, los factores naturales han hecho que la concentración de dióxido de carbono atmosférico (CO2) varíe dentro de un rango de aproximadamente 170 a 300 partes por millón (ppm). Sin embargo, la concentración de CO₂ en la atmósfera ha aumentado aproximadamente un 35 por ciento desde el inicio de la revolución industrial. A nivel mundial, en las últimas décadas, alrededor del 80 por ciento de las emisiones de CO₂ inducidas por el hombre provenían de la quema de combustibles fósiles, mientras que alrededor del 20 por ciento se debieron a la deforestación y a las prácticas agrícolas asociadas. En ausencia de medidas de control sólidas, las emisiones proyectadas para este siglo darían lugar a que la concentración de CO2 aumentara a un nivel que es aproximadamente 2 a 3 veces el nivel más alto que ocurre en la era glacial-interglacial, que abarca los últimos 800.000 años o más. Este enorme incremento en la concentración de CO2 solamente puede tener origen en las actividades humanas, ya que en las últimas décadas la energía del sol ha seguido sus ciclos naturales y pese a ello la temperatura de la tierra no para de aumentar.

Las imagenes con la que ilustramos este post procede del NOAA, National Centers for Environmental Information

La caída exponencial del precio de las baterías de litio hace aparecer nuevas perspectivas para la generación distribuida

 

Las baterías de iones de litio convencionales, que ahora entran en el mercado gracias a la rápida expansión de los vehículos eléctricos, eran una propuesta costosa hace apenas una década. Los paquetes de baterías de iones de litio costaban US$1.183 por kilovatio hora en 2010; nueve años más tarde, el precio había caído casi diez veces a US$156/kWh en 2019, según datos de BloombergNEF. Esta drástica caída de precio ha sido más rápida de lo esperado y abre muchas puertas a las aplicaciones de generación distribuida que requieren el uso de baterías. 

La expansión en la producción de vehículos eléctricos es el motivo fundamental que ha provocado el incremento de la producción y la innovación en la química de las baterías. Los fabricantes se han estado alejando de algunos componentes costosos de las baterías de litio como el cobalto, y aumentando el diseño de baterías de níquel pesado, que se ha vuelto más baratos de producir a medida que las fábricas se expanden. 

Hace una década, había presión para desarrollar el mercado de vehículos eléctricos para construir automóviles y camiones en lugares donde las emisiones de carbono estaban empezando a ser reguladas, como en la Unión Europea. El paso de usar litio para baterías de ordenadores a hacerlo en los vehículos ha sido determinante. Desde entonces, el sector de la batería ha hecho grandes avances en la reducción de costes, ajustando los materiales en las baterías para utilizar metales más baratos y menos cuestionables éticamente mientras que se beneficia de la economía de escala. Todos los fabricantes de automóviles están transformando sus procesos de producción para adaptarse al mercado eléctrico, por ejemplo BMW pretende que el 20 % de sus vehículos nuevos sea eléctrico para 2.023. 

Los fabricantes se están acercando a un punto en el que los vehículos eléctricos alcanzarán la paridad de costes con los alimentados por combustibles fósiles en alrededor de 100 dólares EE.UU./kWh, o tal vez un poco menos, dijeron los expertos. Ese precio es ampliamente visto como un punto de inflexión en el sector, donde los consumidores ya no considerarán los vehículos eléctricos como opciones más caras. Los costes de las baterías pronosticados por BloombergNEF caerán por debajo de US$100/kWh en 2024 y alcanzarán alrededor de US$60/kWh para 2030. Del mismo modo, los analistas de Bernstein han proyectado 2024 como el año en que los vehículos eléctricos convencionales alcanzan la paridad de costes con los vehículos de gas y diésel, mientras que los líderes de vehículos eléctricos en el sector pueden llegar al mismo punto en 2022 o 2023. 

Si bien esto se logrará sin grandes innovaciones en las baterías de iones de litio, la tecnología de iones de litio madura se acerca rápidamente a los límites de cuánto se puede mejorar, dijeron los expertos a S&P Global Market Intelligence. Un químico de batería, un científico líder de baterías de iones de litio que ha llevado a cabo investigaciones para un importante fabricante de vehículos eléctricos que depende de la tecnología, dijo que las baterías de iones de litio han comenzado a maximizar en ciertos frentes como el precio, la densidad de energía y la velocidad de carga. 

"No hay ningún impulso gigante", dijo el químico. Desde su punto de vista, las mejoras incrementales pueden ser suficientes para satisfacer a los consumidores, mientras que cualquier revoluciones de baterías de tecnologías no probadas permanecen años libres. 

"Hoy se puede hacer muy bien con las baterías de iones de litio", dijo. "Y al ayudar a reducir el costo, eso va a mejorar la penetración en el mercado de toda la tecnología". 

Venkat Viswanathan, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Carnegie Mellon, estuvo de acuerdo en que la tecnología está llegando a sus límites. Espera que los precios de las baterías de iones de litio todavía podrían disminuir en alrededor de un 20% y un 30%, pero que probablemente no se obtengan mucho más baratos. 

"Nos estamos acercando rápidamente a los límites de los costos de las materias primas", dijo Viswanathan. 

Artículo original en spglobal