Generar energia a partir de la calor

És possible poder alimentar el cotxe en part gràcies a la calor que emet el propi motor?. Què passa si es pot obtenir una part de l'electricitat de la llar a causa de la calor que emet una central elèctrica? Aquests escenaris d'eficiència energètica, un dia podrien ser possibles amb millores en materials termoelèctrics, que produeixen espontàniament electricitat quan s'escalfa un costat del material.

En els últims 60 anys, els científics han estudiat diversos materials per caracteritzar el seu potencial termoelèctric, o l'eficiència amb què converteixen la calor en potencia. Però fins a la data, la majoria d'aquests materials han proporcionat eficiències que són massa baixes per a un ús pràctic generalitzat.
Els físics del MIT han trobat una manera d'augmentar significativament el potencial de la termoelectricitat, gràcies al mètode que permet modelar aquest material d'una manera cinc vegades més eficient i què podria generar potencialment el doble d'energia, com els millors materials termoelèctrics que existeixen actualment.
Si tot l'estudi funciona, es podria obtenir una major eficiència. Probablement, es podran veure en els cotxes sistemes recuperadors termoelèctrics que agafaran aquesta calor de residus que el motor del cotxe està llençant i, per exemple, permetran recarregar la bateria. O bé, aquests dispositius es poden col·locar al voltant de les centrals elèctriques, de manera que la calor que anteriorment havia desaprofitat el reactor nuclear o la planta de carbó seria possible recuperar-la i lliurar-la a la xarxa elèctrica.

La capacitat d'un material per produir energia a partir de la calor es basa en el comportament dels seus electrons en presència d'una diferència de temperatura. Quan un dels costats d'un material termoelèctric s'escalfa, pot energitzar els electrons i fer-los saltar del costat calent i acumular-se al costat fred. L'acumulació resultant dels electrons pot crear una tensió mesurable.
Els materials que fins ara han estat explorats han generat molt poca potencia termoelèctrica, en part perquè els electrons són relativament difícils d'energitzar termicament. En la majoria dels materials, existeixen electrons en bandes específiques o en intervals d'energia. Cada banda està separada per un espai buit. Els electrons suficientment energitzants, poden creuar una banda i migrar físicament a través d'un material.

El investiguadors, van decidir mirar el potencial termoelèctric d'una família de materials coneguts com semimetals topològics. A diferència de la majoria d'altres materials sòlids, com ara semiconductors i aïllants, els semimetals topològics són únics, ja que tenen un buit de banda zero: una configuració d'energia que permet que els electrons puguin saltar fàcilment a bandes d'energia més alta quan s'escalfen.
Els científics havien assumit que els semimetals topològics, un tipus relativament nou de material sintetitzat en gran mesura al laboratori, no generarien molta potencia termoelèctrica. Quan el material s'escalfa d'un costat, els electrons s'energitzen i s'acumulen a l'altre extrem. Però a mesura que aquests electrons carregats negativament salten a bandes d'energia més alta, deixen enrere el que es coneix com a "forats" -partícules de càrrega positiva que també s'aprofiten al costat fred del material, cancel·lant l'efecte dels electrons i produint molt poca energia al final.
Però l'equip no estava prou preparat per descompondre aquest material. En una recerca poc relacionada, s'havia observat un efecte curiós en els semiconductors que estan exposats a un fort camp magnètic. En aquestes condicions, el camp magnètic pot afectar el moviment dels electrons, flexionant la seva trajectòria. D'aquí va sorgir la pegunta: Quin tipus d'efectes podria tenir un camp magnètic en semimetalls topològics?
Es va consultar la literatura i es va trobar que un equip de la Universitat de Princeton, en intentar caracteritzar completament un tipus de material topològic conegut com a plom d'aquest, també havia mesurat les seves propietats termoelèctriques sota un camp magnètic al 2013. Entre les seves nombroses observacions del material, els investigadors havien notificat haver experimentat un augment de la generació termoelèctrica sota un camp magnètic molt elevat de 35 tesla (la majoria de les màquines de ressonància magnètica, per comparació, operen entre 2 i 3 tesla).
El investigadors van utilitzar propietats dels materials de l'estudi Princeton per modelar teòricament el rendiment termoelèctric del material sota un rang de temperatures i condicions de camp magnètic.
Finalment es va descobrir que sota un camp magnètic fort, passa una cosa curiosa, on es podria fer que els electrons i els forats es moguessin en direccions oposades. Els electrons es dirigeixen cap al costat fred i els forats cap al costat calent. Funcionen conjuntament i, en principi, es pot obtenir una tensió més gran i del mateix material fent que el camp magnètic sigui més fort.

En la seva modelització teòrica, el grup calculava la ZT de l'estany o la quantitat de mèrit, una quantitat que indica el tancament del material al límit teòric per generar energia des de la calor. Els materials més eficients que s'han trobat fins ara, tenen una ZT d'aproximadament 2. Els investigadors van trobar que, sota un fort camp magnètic d'uns 30 tesla, el selenidi pot tenir una ZT d'aproximadament 10-cinc vegades més eficient que el millors termoelèctrics.
Es calcula que un material amb una ZT igual a 10, si s'escalfa a temperatura ambient a uns 500 kelvins o 440 graus Fahrenheit en un camp magnètic de 30 tesles, hauria de poder convertir el 18% d'aquesta calor en electricitat, en comparació amb materials amb una ZT igual a 2, que només podrien convertir el 8% d'aquesta calor en energia.
El grup reconeix que, per aconseguir eficiències tan altes, els semimetals topològics disponibles actualment haurien de ser escalfats sota un camp magnètic extremadament alt que només podria ser produït per un grapat d'instal·lacions del món. Perquè aquests materials siguin pràctics per al seu ús en centrals elèctriques o automòbils, han d'operar en el rang d'1 a 2 tesla.
Això hauria de ser factible si un semimetal topològic era extremadament net, el que significa que hi ha molt poques impureses en el material que aniria en el camí del flux dels electrons. Per tant, fer materials molt nets és molt desafiant, però s'han dedicat molts esforços pel creixement d'aquests materials d'alta qualitat.
El seleniè, el material en què es van centrar en el seu estudi, no és el semimetall topològic més net que els científics han sintetitzat. En altres paraules, pot haver-hi altres materials més nets que puguin generar la mateixa potència tèrmica amb un camp magnètic molt més petit.

Font: Massachusetts Institute of Technology

Breu història de l'eficiència energètica

La millora de l'eficiència energètica ha estat i és, un tema de cabdal importància per a la indústria, el comerç i els governs. Però des de fa uns anys s'està treballant amb molta obstinació per aconseguir un nivell d'eficiència que resulti realment significatiu a tot el món i a tot nivell.

Es pot prendre com a exemple, que ja a la dècada de 1790, les màquines de vapor de Boulton i Watt donaven un avantatge competitiu perquè eren més eficients i consumien menys i en la Segona Guerra Mundial l'eficiència del combustible es va convertir en una cosa vital per a tots els involucrats.

No obstant això, la gestió de l'energia com a disciplina separada va començar a evolucionar després de la primera crisi petroliera de 1973 i realment va entrar en vigor després de la segona de 1979, quan els preus reals de l'energia van pujar dramàticament.
Aquesta és una breu història de com van anar evolucionant els conceptes fins a arribar al d'eficiència energètica que avui fem servir com una cosa habitual, en els països més industrialitzats del món, especialment els EUA i a Europa.

Tenir cura de la energia
En les primeres èpoques (dècada dels 70), molt poques organitzacions tenien algun tipus de monitoratge energètic i quan el posseïen no hi havia un enfocament comú. La majoria dels sistemes eren manuals i no tenien en compte les variacions degudes a factors com el clima, la producció o la barreja de productes.
Aquesta etapa es va caracteritzar per la mentalitat de "salvar l'energia" i trobar una resposta a la crisi, davant els augments sobtats dels preus i els problemes de subministrament d'energia causats per la falta de petroli, resultat de factors geopolítics i de manipulacions econòmiques.

En el front tècnic van emergir noves tecnologies que sovint es van adoptar abans que estiguessin completament desenvolupades, com les bombes de calor industrials, amb alts costos i molts errors a nivell governamental les mesures tendien exhortar a l'estalvi i com a molt es demanava als consumidors que apaguessin llums quan no es feien servir.

Gestionar l'energia
El període de la dècada de 1980 fins a mitjans de la dels 90, va veure el desenvolupament de la gestió de l'energia i aquest terme va ser reemplaçant lentament pel concepte de la mera conservació de l'energia. Tímidament va començar el desenvolupament i l'aplicació dels que es van anomenar models de gestió eficaç.
Gràcies a la implementació dels ordinadors, van sorgir també el monitoratge i la focalització. Els sistemes computats podrien tenir en compte factors rellevants com ara escalfar en funció de la temperatura ambient i / o els nivells de producció.

Durant aquesta etapa va aparèixer el mercat de la consultoria de gestió energètica i amb ell, certes empreses que ajudaven a d'altres a establir sistemes de M & F, realitzar auditories, executar projectes i oferir programes de comunicació i sensibilització.

Adquirir l'energia
Fins l'any 2000 la gestió de l'energia com a disciplina va començar a decaure gràcies a dos factors: la reducció dels preus reals per la privatització de les empreses públiques i la disminució de la mida general de les empreses. En liberalitzar el mercat es podrien aconseguir grans estalvis amb menys risc fent compres més efectives que mitjançant la implementació de projectes d'eficiència energètica.

Molts gerents d'energia van ser acomiadats o transferits a altres llocs de treball i moltes grans organitzacions que havien estat pioneres en el maneig de l'energia van començar a perdre terreny. A més, el mercat de consultoria energètica va disminuir dràsticament, excepte en l'àrea de compres.
El medi ambient va començar a sorgir com un problema en aquest període i moltes empreses van incorporar la gestió de l'energia aplicant-la a iniciatives ambientals més àmplies, però sense aprofundir-hi molt.

A per la reducció de carboni
La primera dècada del nou segle i mil·lenni va obrir els ulls al món davant la necessitat de reduir l'ús de carboni. Van sorgir (i es van fer habituals) termes com Escalfament global, Petjada de carboni, Canvi Climàtic, Eco amigable i un llarg etc.

El Protocol de Kyoto va cobrar protagonisme i l'agenda del canvi climàtic es va convertir en un focus principal per a individus, governs i organitzacions. Això va fer de l'energia novament una qüestió d'alt nivell i, a mesura que pujaven els preus, moltes empreses es van comprometre a reduir el consum, enfrontant-se a sancions per no fer-ho.
El 2008, abans que els efectes complets de la crisi financera es fessin clars i enmig d'una erupció de preocupació pel preu del petroli i les pressions sobre els recursos, el barril va assolir un rècord de 147 dòlars.

L'eficiència energètica
A partir del 2010, la política que apunta a l'eficiència energètica va començar a créixer a nivell mundial. En els últims anys ha augmentat l'interès pel finançament de l'eficiència energètica i, en particular, per l'ús de la privada. El mercat segueix sent incipient en la majoria dels països, però els signes són positius.
A Espanya, contràriament al que va passar en gran part de la resta del món, el compromís del govern amb l'eficiència energètica va disminuir amb la crisi i les subsegüents retallades pressupostàries, juntament amb el gairebé nul suport a les energies renovables.

La previsió és que l'eficiència es veurà cada vegada més com un recurs fiable al qual tots podem accedir, així com valorar-lo i comercialitzar-lo. Això es basarà en una major acceptació de la idea d'eficiència energètica mida.
En el pla de les polítiques hi haurà un canvi més cap a la concentració de la productivitat energètica, que és la base d'una narrativa política molt més positiva. És possible que aquest període sigui un període d'abundància d'energia a nivell mundial, amb petroli, gas, renovables i eficiència disponibles.

Fer futurisme és perillós, però en aquest període pot haver-hi grans avenços tecnològics que canviïn els mercats energètics encara més del que esperem. Indubtablement hi haurà més intel·ligència aplicada al sistema energètic, fet que podria comportar un estalvi d'energia i una major flexibilitat. Caldrà esperar.


Font: Ecoticias

Control del consum elèctric. El que no es mesura no es pot gestionar

Els anomenats objectius 20-20-20, requereixen d'una acció decidida pel que fa a l'eficiència energètica.
Quan parlem de mesures d'eficiència energètica, tant a la llar com a les empreses, les primeres activitats han de ser de mentalització i motivació. No cal invertir en cap mena de dispositiu ni canviar els equips o l'enllumenat.
Es tracta de revisar les instal·lacions, o les habitacions, i compartir amb tothom que utilitzi determinats espais, l'estalvi que es podria obtenir amb un canvi de comportament pel que fa a l'ús de l'energia.
Ens referim a vestidors que sempre tenen la calefacció engegada o els llums encesos; a despatxos o habitacions on, malgrat disposar de llum natural, es manté la il·luminació artificial a totes hores, com a exemples més significatius.

Un cop s'hagin dut a terme totes les mesures relacionades amb el comportament de les persones, que són les que aporten majors estalvis, es poden emprendre les que comporten cost, doncs cal instal·lar dispositius que proporcionin una imatge acurada i a temps real, d'allò que succeeix a les instal·lacions que s'analitzen. Hi ha equips molt econòmics per al seu ús a les llars, que proporcionen una bona visió dels moments de consum i, per exemple, del consum nocturn dels leds que solen quedar encesos.
Per a l’ús a empreses es requereixen equips una mica més sofisticats, que permetin llegir altres variables més enllà del consum, com ara l’energia reactiva, o el maxímetre, doncs són elements de cost que es poden gestionar.
Estabanell Energia disposa del sistema e-control, que és un equip que s'instal·la després del comptador, i es connecta al router de l'empresa, per cable o via wifi, i que envia totes les mesures elèctriques a un sistema allotjat al núvol que es pot consultar des de qualsevol navegador

Diem que allò que no es mesura no es pot gestionar, i ho podem validar amb l'evolució dels nostres clients, doncs el coneixement exacte dels elements que afecten la factura elèctrica permet fer determinades modificacions al contracte de subministrament que redueixen substancialment el cost, com per exemple la potència contractada, la penalització per consum d'energia reactiva i, en el cas de les llars, la decisió sobre la discriminació horària òptima.
El sistema d'alarmes, que proporciona informació instantània sobre determinades disfuncions, o consums inesperats, afegeix un nivell més d'optimització, doncs tots sabem que l'energia més barata és la que no es consumeix. El més habitual és l'avís per consum excessiu en cap de setmana, que sol correspondre a aires condicionats o calefaccions que es queden en funcionament quan la última persona que surt de l'empresa el divendres. Hi ha una diferència important entre saber a les 7 de la tarda que hi ha quelcom anormal, a descobrir-ho en obrir la porta el dilluns al matí.
No fan falta gràfics molt tècnics ni tenir grans coneixements per poder actuar en funció de determinades evidències. Un exemple és la matriu de consum, com la que es veu a continuació.

Aquest gràfic ens permet saber, de forma exacta, quins dies de la setmana, i a quines hores, tenim més consum i, en funció de l'activitat que sigui pròpia de l'empresa, decidir si cal intervenir o no.
El servei té un cost de 30€ mensuls, que inclouen la instal·lació dels dispositius, l'accés a la plataforma de gestió amb tota mena de gràfics on-line i històrics, i el servei d'alarmes. Els equips, amb un cost mitjà de 200€ es poden finançar.


Font: Santi Martínez Farrero

Un videojoc per millorar l'eficiència energètica en edificis

Un joc social és l'eina que s'utilitza en el projecte TRIBE per promoure l'eficiència energètica en l'ús dels edificis públics. Aquest projecte, finançat per la Comissió Europea, es desenvolupa de forma conjunta amb Àustria, França, Suècia, Turquia i Espanya i està coordinat pel Centro de Investigación de Recursos y Consumos Energéticos (CIRCE) de la Universitat de Saragossa. TRIBE pretén fomentar una actitud més eficient del ciutadà en l'ús de l'energia i modificar els hàbits dels usuaris en edificis públics per aconseguir un comportament energètic més racional. D'altra banda, es vol potenciar l'aplicació de les tecnologies de la informació i la comunicació (TIC) per aconseguir un estalvi energètic d'aquestes construccions.

Es combinaran les dues finalitats i es materialitzaran en el desenvolupament d'un videojoc; així qualsevol persona podrà aprendre de forma fàcil i obtenir-ne conseqüències educatives del seu comportament en el consum d'energia de l'edifici, així com les opcions disponibles que podria fer cada individu per millorar-lo.

El joc es pot descarregar de forma gratuïta en diferents mitjans de comunicació, per tal que l'impacte generat arribi al major nombre d'usuaris possibles d'edificis públics.

Per proporcionar un joc pràctic, els usuaris poden interactuar amb cinc edificis. El joc disposarà de les dades reals sobre la temperatura, ocupació, consum d'energia etc. A més, uneix els ocupants d'aquests edificis amb el joc amb l'esperança d'aconseguir per sobre del 20% d'estalvi energètic.

Els edificis van ser escollits per representar diferents tipus d'usuaris, entre ells hi ha la Universitat turca de Ozyegin, un edifici d'oficines i un bloc d'habitatges protegits de Saragossa, l'Institut de Sucre de Saragossa i la delegació de CIRCE, que conté les oficines i laboratoris.

A més de dur a terme la coordinació, CIRCE realitzarà la selecció de les mesures d'eficiència energètica en edificis i l'anàlisi dels seus efectes sobre el joc, com ara la gestió de difusió de les activitats del projecte.

Juntament amb el desenvolupament d'aquesta aplicació per al públic en general, TRIBE crearà un conjunt de suport pels poders públics, propietaris i promotors d'edificis públics per dissenyar plans d'eficiència energètica en els edificis, contemplant l'ús de les TIC i la vinculació dels seus usuaris.

El projecte de TRIBE (Training Behaviours Towards Energy Efficiency: Play it!)) està finançat per la Comissió Europea en l’horitzó 2020 amb dos milions d'euros i tindrà una durada de tres anys. El projecte va començar el passat mes de març amb la reunió celebrada a Saragossa, a la seu de CIRCE i van assistir els representants dels set socis del projecte, així com de la Comissió Europea.

Eficiència en la il·luminació

Els sistemes d'il·luminació en instal·lacions industrials poden representar una atractiva oportunitat d'estalvi, sobretot si els sistemes d'il·luminació no s'han actualitzat o no s'han mantingut en els últims cinc anys.

El mètode més rendible per a l'estalvi d'energia d'il·luminació és abordar el següent:

1. Apagar els llums en els moments en què no són necessaris
2. Reduir els nivells de llum perquè s'adeqüin amb els requisits de les tasques que s'han de portar a terme segons la zona
3. Substituir els llums menys eficients, les reactàncies, o els accessoris per més eficients

Aquestes recomanacions de nivell d'il·luminació solen ser descrites com rangs de footcandles. Una footcandle correspon a una quantitat de llum mesurada en una superfície horitzontal o vertical. La llum d'un projector es mesura normalment en lumens.

Molts fabricants de sistemes d'enllumenat ofereixen eines de programari per ajudar al disseny de nous sistemes o per avaluar canvis als existents.

Dialux wokplane - Programari d'il·luminació

Anem a veure el que és essencial:

1. Els controls d'il·luminació funcionen millor que les persones

Mentre els programes "turn-off-the-light" han estat àmpliament utilitzats en tot tipus d'instal·lacions, els sistemes de control d'il·luminació sofisticats han demostrat ser molt més rendibles.

Els controls del sistema d'il·luminació que utilitzen microprocessadors i disjuntors operats per control remot són molt més eficaços. Aquests dispositius poden ser programats per aplicar en complicades configuracions de torns, incloent nits, caps de setmana i dies festius.

PowerLink de Schneider Electric

També inclouen característiques simples de reemplaçament per als horaris de treball temporals o inusuals. A més, aquests sistemes poden ser monitoritzats i controlats de forma remota utilitzant paquets estàndard de programari via navegador web. Així poden interactuar amb altres dispositius de control, com ara sensors de moviment o fotocèl·lules.

2. Els nivells de llum disminueixen amb l'edat del sistema d'il·luminació

Diversos factors contribueixen a aquesta disminució. Els llums, incloses les fonts fluorescents i de descàrrega d'alta intensitat com el sodi d'alta pressió i d'halogenurs metàl·lics, normalment són inferiors a 1,0, el que indica que la producció mitjana del llum en algun moment serà menor respecte quan aquesta llum era nova.

El factor de BF, és un factor comunament utilitzat. El BF és també un valor publicat i és una funció del tipus de balast utilitzat per controlar les característiques de l'arc dels sistemes d'il·luminació fluorescents i HID.

El dissenyador sol aplicar aquests factors a la sortida del nivell de llum nominal d'un sistema d'il·luminació, per tal d'estimar el nombre d'accessoris necessaris per proporcionar el nivell de llum desitjat -no només en la instal·lació inicial, sinó també en algun punt designat en el futur.

Llum depreciació lumínica; La sortida de llum de les làmpades disminueix amb el temps (crèdit: bizenergyadvisor.com)

3. Els dissenyadors d'il·luminació necessiten conèixer les pràctiques de reemplaçament de la llum de la instal·lació

Els fabricants publiquen la esperança de "vida nominal" d'un llum determinat. Aquest valor, en general, ve donat en milers d'hores. No és una garantia que cada llum s'esgoti quan acabi la seva vida nominal. La "vida nominal" només és un valor estadístic que indica el punt mitjà d'una mostra representativa s'esgotarà.

Alguns llums fallaran poc abans de la vida útil i altres, en canvi, poden durar molt més de la seva vida útil nominal.

La substitució grupal és contrària al sentit comú per a la majoria de la gent -si no està espatllat, no ho arreglis. És per això que el reemplaçament, és la pràctica més comuna amb diferència. Hi ha, però, una bona raó per a considerar l'estratègia del reemplaçament: l'economia.

La il·luminació a la planta de fabricació

Menys llums significa menors costos d'energia atribuïbles a la il·luminació i menys calor per al sistema de climatització de l'edifici.

Els costos laborals també s'han demostrat ser menors per al reemplaçament de grup en relació a la substitució in individualitzada. La substitució grupal pot ser programada per realitzar-se en moments de poca activitat industrial així, es possible baixar els costos de fet, el cost per llum en si, pot ser menor en les compres de grans quantitats.

L'eficiència energètica

L'enginyer i cap de Xarxes Intel·ligents d'Estabanell Energia, Ramon Gallart, participa com a col·laborador expert en tecnologia al programa 'L'hora de la veritat' d'El 9 FM. Gallart parla amb el conductor del programa, Jordi Molet, sobre l'eficiència energètica. El sentit comú es clau per reduïr les emissions de gasos d'efecte hivernacle.