Por fin mejores noticias
2022 no fue un año muy agradable para la mayoría de nosotros, pero hay algunos avances esperanzadores de cara a 2023. Lo más importante para todos nosotros, tanto en la industria como para los particulares, son las señales de bajada de los precios de la energía. No existe un indicador único de los precios mundiales de la energía. Sin embargo, la figura 1 muestra el precio del petróleo crudo West Texas Intermediate (US$ por barril), que es una referencia ampliamente utilizada.
Fig. 1: Precio del crudo West Texas (Gráfico: tradingeconomics.com)
Por supuesto, los precios mundiales de la energía seguirán fluctuando, como siempre lo han hecho, y una vez que China salga de su pandemia, aumentará su consumo energético y hará subir los precios. Y mientras los precios de los combustibles fósiles bajan de momento, la producción de energías renovables no deja de aumentar en algunos países europeos. En el Reino Unido, la mayor capacidad de energía eólica hasta la fecha se registró en enero de 2023, con 21 GW. No tengo datos de otros países europeos, pero en el Reino Unido el 40% de la electricidad es ahora renovable. Y esa proporción aumentará cada año durante esta década a medida que entren en funcionamiento más parques eólicos. La importancia de la tecnología, así como de los propios aerogeneradores, es cada vez mayor. Los mayores aerogeneradores actualmente en funcionamiento son los modelos Haliade de GE (EE.UU.), cuyas especificaciones se muestran en la Tabla 1. En resumen, año tras año, en Europa (y en el resto del mundo) utilizaremos cada vez menos combustibles fósiles. Buenas noticias para el medio ambiente; no tan buenas para los productores de petróleo de Oriente Medio, para Rusia y también para Australia e Indonesia, el mayor exportador de carbón del mundo.
Tab. 1: Especificaciones técnicas del aerogenerador Haliade X
Tierras raras: más buenas noticias
Fig. 2: Ubicaciones conocidas de grandes yacimientos de SE (Fuente: US Government Geological Survey )A medida que nuestro mundo se vuelve cada vez más "eléctrico", los metales de tierras raras (ER) adquieren una importancia creciente. En la actualidad, China es, con diferencia, el mayor productor mundial. Algunas de sus exportaciones de SE se extraen en China y luego se refinan. El 98% de los metales SE utilizados en Europa se importan de China. El año pasado informé en este espacio de que se habían encontrado grandes yacimientos de metales SE en Turquía, lo que sin duda era una buena noticia. Sin embargo, bajo la actual dirección política, nadie está seguro de la fiabilidad de Turquía como socio. A veces Turquía se inclina hacia Europa. Pero otras veces parece inclinarse por Rusia. En resumen, es difícil considerar a Turquía un "socio fiable". Por eso fue una muy buena noticia enterarnos hace unas semanas del descubrimiento del mayor yacimiento de SE de Europa en Kiruna, cerca del Círculo Polar Ártico, en Suecia. El descubrimiento corrió a cargo de la empresa minera estatal sueca LKAB, que ya explota la mayor mina de mineral de hierro de Europa. Es una noticia emocionante, aunque los expertos han señalado que podrían pasar entre 10 y 15 años antes de que se exploten realmente estos yacimientos. La opinión general es que la SE y el litio serán más importantes que el gas natural y el petróleo en los próximos años. La figura 2 muestra los yacimientos de SE conocidos más importantes del mundo. No hay yacimientos importantes de SE en Australia ni en Turquía. En resumen, parece que el mundo tendrá suficientes reservas de SE para vehículos eléctricos, turbinas eólicas, teléfonos móviles y muchas otras aplicaciones en un futuro previsible.
¿Y el litio?
Aparte de los elementos SE, el otro elemento clave para un futuro totalmente eléctrico es el litio. Este elemento vital se presenta en dos formas: como componente de rocas duras y también en salmueras acuosas. América Latina cuenta con las mayores reservas del mundo: Bolivia, con unos 21 millones de toneladas; Argentina, con 17 millones; Chile, con 9 millones; Estados Unidos, con 7 millones; Australia, con 6 millones; y China, con 4,5 millones. Zimbabue y Portugal también tienen reservas conocidas. Los yacimientos de litio también están muy extendidos en Europa, incluidas Alemania y Austria. El único yacimiento próximo a la explotación comercial es la zona de Jadar, en Serbia, donde opera Rio Tinto. Se calcula que la zona de Jadar contiene el 10% del litio conocido en el mundo, pero el proyecto se enfrenta a una feroz oposición local y su futuro es incierto. En diciembre de 2022, la Primera Ministra serbia, Ana Brnabic, parecía indecisa sobre si seguir adelante con el proyecto. Sería bueno para la economía serbia, pero los residentes locales siguen oponiéndose con vehemencia. Existen importantes yacimientos de litio en Cornualles, al oeste de Inglaterra, y dos empresas -British Lithium y Cornish Lithium- están desarrollando planes para extraer el metal. Sin embargo, como ocurre con todos los proyectos mineros, el futuro es incierto.
Bajo nuestros pies
Hasta un millón de kilómetros de tuberías de agua recorren Inglaterra y Alemania. Por desgracia, también tienen miles de fugas, a través de las cuales se pierden cada año millones de litros de agua preciosa. Hasta hace poco, la tecnología para detectar fugas era relativamente primitiva, por ejemplo mediante dispositivos acústicos que responden al sonido del agua que se escapa. Sin embargo, las obras hidráulicas están desarrollando ahora un nuevo tipo de robot, el llamado "pipebot" (Fig. 3). Se trata de dispositivos autónomos que pueden desplazarse por las tuberías de agua e informar sobre su estado y sobre posibles fugas. Una especialista en inteligencia artificial, la profesora Netta Cohen, de la Universidad de Leeds, explica: "Necesitaremos muchos de estos robots para poder trabajar en los kilómetros de tuberías". El mayor reto es la comunicación. "Bajo tierra no hay GPS. Así que los robots tendrán que comunicarse entre sí a corta distancia (mediante sonido o wifi)". La profesora Cohen y sus colegas están desarrollando un sistema en el que un "robot madre" de mayor tamaño transporta y despliega un grupo de robots en miniatura. "Sueltas estos pequeños pipebots para que entren en las tuberías más pequeñas y las recojan cuando hayan terminado". El equipo de desarrollo del ICAIR (Centro Integrado de Investigación Civil y de Infraestructuras) de la Universidad de Sheffield espera tener los primeros pipebots patrullando la red de agua dentro de cinco años. Hasta entonces, cada vez que se produzca una fuga, las compañías de agua tendrán que buscar en el laberinto de tuberías de alcantarillado, gas y cables para repararla. https://icair.ac.uk
El futuro de la agricultura
Fig. 4: Cosecha robotizada de brócoli (Foto: Upp Ltd)Si pudiéramos "transportar" mágicamente a un agricultor del siglo XIX a las granjas actuales, gran parte de lo que vería le resultaría muy familiar. Lo único que notaría es que no hay caballos, sino un "caballo de hierro" de colores brillantes: un tractor. Pero la agricultura actual está al borde de una revolución. Observamos dos evoluciones diferentes. Por un lado, la construcción de enormes invernaderos de cristal en los que se cultivan plantas sin tierra en un clima optimizado. Y por otro, los campos tradicionales en los que se automatizan la siembra, la plantación y la cosecha. Muchos agricultores tradicionales sufren el mismo problema desde hace mucho tiempo. Durante la mayor parte del año, sólo necesitan uno o dos trabajadores agrícolas. Pero cuando llega la época de la cosecha, sobre todo de hortalizas, necesitan todo un equipo de trabajadores, pero sólo durante unas semanas. Y en gran parte de Europa, cada vez es más difícil encontrar este tipo de personas. En la antigua Unión Soviética o en China, el problema era fácil de resolver. Estudiantes, soldados y otros jóvenes se veían obligados a trabajar en el campo durante quizá un mes cada verano. Pero hoy, decenas de empresas desarrollan máquinas automatizadas para cosechar cultivos.
Se afirma que una cosechadora de brócoli británica puede sustituir a los temporeros en los campos y aprovechar un 80% más de la cosecha. La empresa Upp ha desarrollado un robot que se monta en un tractor (Fig. 4).
Utiliza cámaras 3D e inteligencia artificial para reconocer las cabezas de brócoli que están listas para ser recolectadas. Puede hacerlo incluso si están cubiertas de hojas. Las separa cuidadosamente de la planta. A diferencia de los humanos, el vehículo desarrollado por Upp puede trabajar las 24 horas del día en el campo. El robot transforma el resto de la planta de brécol, es decir, el 80% que normalmente se pudriría en el campo, en proteína vegetal que puede utilizarse en productos cárnicos y alimentarios alternativos, generando ingresos adicionales para el agricultor. Upp probará esta tecnología el año que viene en explotaciones del Reino Unido, Estados Unidos y España.
Más información y un vídeo en https://www.upp.farm/home. Actualmente se están llevando a cabo proyectos similares para todos los cultivos, desde la patata hasta la fresa.
Tierras raras, ¿verdad?
Ya he informado sobre el descubrimiento de enormes yacimientos de tierras raras en Suecia. Pero, ¿podemos fabricar los potentes imanes que se utilizan en las turbinas eólicas y los vehículos eléctricos sin elementos SE? La búsqueda de aleaciones de alta anisotropía que no contengan SE está en marcha. El Dr. Carl Zhuang Wang y sus colegas del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE.UU. están utilizando la IA y la teoría funcional de la densidad (DFT) para encontrar aleaciones prometedoras. Aunque todavía no han encontrado un compuesto equivalente a un imán SE, han demostrado que su método funciona, y sus imanes fabricados con una aleación de hierro, cobalto y boro son cada vez mejores. Creen que un potente imán FeCoB está al alcance de la mano y, si lo consiguen, tendrá una enorme repercusión en los vehículos eléctricos y otros dispositivos.
W Xia et al Proc National Acad Science USA (2022) vol 119 e2204485119. DOI 10.1073/pnas2204485119
Transporte autónomo
Los coches y camiones autónomos llevan varios años en desarrollo. Y más recientemente, barcos e incluso aviones. En algunos casos, la fuerza motriz es el ahorro de costes. Pero también se argumenta que el transporte automatizado -gracias a los errores humanos- puede ser en realidad más seguro que los vehículos bajo control humano. El año pasado, un carguero japonés, el MV Suzaku (95 m de eslora y 749 toneladas de peso), recorrió 800 km por rutas marítimas muy transitadas sin tripulación, dando así un importante paso adelante en la carrera hacia la creación de flotas de buques no tripulados. Un consorcio dirigido por Nippon Yusen, la mayor naviera del país, creó un barco autónomo que viajó de Tokio al puerto de Ise, en el centro de Japón, y de vuelta a Tokio. Se controló a distancia mediante tecnología por satélite, sensores a bordo e inteligencia artificial.
Japón no está solo en el desarrollo de esta tecnología. En 2018, un transbordador autónomo desarrollado por Rolls-Royce realizó una travesía kilométrica entre dos islas de Finlandia. Según Nippon Yusen, esta fue la primera prueba de un barco autónomo en una zona con mucho tráfico marítimo. Alrededor del 70% de los accidentes marítimos se deben a errores humanos, por lo que los buques sin tripulación podrían ser más seguros. Con la disminución de la mano de obra en Japón, la necesidad de este tipo de tecnología para garantizar la seguridad es cada vez mayor. Para más detalles sobre el proyecto y las diversas organizaciones japonesas que participan en él, véase
https://www.nippon-foundation.or.jp/en/news/articles/2022/20220301-67775.html
Y ahora, aviones autónomos
Fig. 5:. El dron de carga no tripulado de DronamicsParair al grano: En los últimos años ha habido numerosos drones autónomos que han asumido tareas como la entrega de paquetes o, en algunos casos, incluso el transporte de pasajeros. Sin embargo, se trata de aeronaves sin alas que levantan el vuelo con la ayuda de rotores horizontales, un proceso mucho menos eficiente que el de las aeronaves con alas. Dos hermanos búlgaros, los Rangelov, han fundado la empresa Dronamics. Sus drones son máquinas voladoras aladas (Fig. 5).
El dron, que se parece mucho a un avión ligero convencional pero no tiene cabina de pilotaje, combina la "economía del teléfono móvil" en forma de electrónica barata con la capacidad de aterrizar en pistas cortas, dice el Sr. Rangelov. Será conocido como el Cisne Negro. En la mayoría de los países, el transporte aéreo de mercancías consiste en trasladarlas de un avión grande a un camión, que luego viaja a un centro de clasificación donde el envío se divide para la siguiente etapa de su viaje a lugares individuales. Dronamics cree que trasladar una carga más pequeña a una pista corta más cercana al destinatario final reduce costes y saca camiones de la carretera. Hay 3.000 pistas de aterrizaje en Europa que podrían utilizarse de este modo. El Black Swan está fabricado con una combinación de materiales compuestos ligeros y un motor de pistón de gasolina estándar. La aeronave está diseñada para volar a una altitud aproximada de 7.000 metros, inferior a la de la mayor parte del tráfico aéreo civil de pasajeros. Dronamics considera este rango de altitud como espacio aéreo no utilizado y también está probando un nuevo combustible sintético de aviación que supuestamente permite vuelos climáticamente neutros. Los 350 kg de carga del Black Swan equivalen a los de un pequeño vehículo de mensajería. La filosofía de Dronamics es volar de ciudad en ciudad en lugar de puerta a puerta.
Dronamics planea operar los Black Swans como una aerolínea, "la primera aerolínea de carga de drones de Europa". La facturación se basará en el peso o el flete, eliminando el coste y el tiempo de los vehículos que cruzan Europa.
Al menos una empresa alemana está interesada
El gigante alemán de la logística Hellmann quiere utilizar estos drones para conectar las islas griegas. Jan Kleine-Lasthues, responsable de esta iniciativa, tiene una larga carrera en el transporte aéreo de mercancías a sus espaldas. No cree que el transporte aéreo convencional compita con estos nuevos conceptos, pero cree que los drones permitirán a Hellmann transportar mercancías que antes se transportaban por carretera. Conectar las islas griegas mediante drones de carga es uno de los objetivos inmediatos de Hellmann, afirma Kleine-Lasthues. Los drones viajarán con más frecuencia que los transbordadores, y podremos utilizarlos para dividir las entregas en varios paquetes, de modo que podamos aumentar la frecuencia de las entregas. Suponen un gran cambio, ofrecen rapidez y flexibilidad".
Dronamics afirma que su aeronave tiene un alcance de 2.500 km, lo que pone toda Europa Occidental al alcance de cualquier centro de carga con base en la UE. En Bulgaria ya se utilizan versiones más pequeñas del dron, y en los próximos meses estará en el aire un prototipo a escala real.
Según Dronamics, el regulador aeroespacial europeo ha sido informado de las operaciones previstas y ha concedido a la empresa una licencia de explotación limitada. Hellmann habla de iniciar las operaciones de vuelo este año.
Residuos plásticos: ¿una solución?
Los residuos plásticos son un problema en todos los países del mundo (y en los océanos). Hay muchas propuestas para resolverlo. Algunos países europeos se limitan a enviar sus residuos plásticos a Turquía, África o India, sin saber qué ocurre allí con ellos. La mayoría de los procesos se basan en una clasificación inicial de los residuos plásticos en determinados tipos de polímeros, algunos de los cuales pueden simplemente fundirse de nuevo y, por tanto, reciclarse. Sin embargo, esta clasificación, aunque se realice con máquinas que utilizan rayos infrarrojos para identificar los distintos polímeros, es cara y lenta. Powerhouse Energy(www.powerhouseenergy.co.uk) está construyendo ahora en Inglaterra y Escocia una solución algo menos elegante. En el proceso DMG, los residuos plásticos se trituran en pequeñas virutas y se introducen en un reactor térmico. Éste lo convierte en el llamado Syngas, una mezcla de hidrógeno, metano y monóxido de carbono. El proceso es exotérmico y no requiere calentamiento externo. El gas de síntesis puede utilizarse como combustible o separar el hidrógeno para utilizarlo en pilas de combustible y generar electricidad. Actualmente se están construyendo dos plantas, cada una de las cuales procesará 13.500 toneladas de plástico mezclado al año. En comparación, sólo Escocia, con una población de más de 5 millones de habitantes, produce 222.000 toneladas de residuos plásticos al año. Un país como Inglaterra o Alemania necesitaría unas 100 plantas de este tipo para hacer frente a esta cantidad de residuos plásticos.
Enfoque alternativo
Investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado un reactor alimentado por energía solar que convierte los residuos plásticos y elCO2 en combustibles sostenibles y otros productos valiosos, un avance que apoya el desarrollo de una economía circular. El sistema convierte simultáneamente dos flujos de residuos en dos productos químicos. Es la primera vez que esto se consigue en un reactor alimentado por energía solar. El reactor convierte el dióxido de carbono y los plásticos en varios productos útiles en diversas industrias. En las pruebas,el CO2 se convirtió en gas de síntesis, un componente importante de los combustibles líquidos sostenibles, y las botellas de plástico en ácido glicólico, muy utilizado en la industria cosmética. Según la universidad, el sistema puede personalizarse para producir distintos productos cambiando el tipo de catalizador utilizado en el reactor. Convertir plásticos y gases de efecto invernadero en productos útiles y valiosos mediante energía solar es un paso importante hacia una economía circular más sostenible.
Otras tecnologías de "reciclaje" alimentadas por energía solar son prometedoras a la hora de atajar la contaminación por plásticos y reducir la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera, pero hasta ahora no se han combinado en un único proceso. "Una tecnología solar capaz de combatir la contaminación por plásticos y los gases de efecto invernadero al mismo tiempo podría cambiar las reglas del juego para el desarrollo de una economía circular", afirma Subhajit Bhattacharjee, autor principal del estudio.
Subhajit Bhattacharjee, Motiar Rahaman et al. 'Conversión fotoelectroquímica de CO2 en combustible con reformado simultáneo de plásticos'. Nature Synthesis (2023). DOI: 10.1038/s44160-022-00196-0
El plomo no está muerto
Casi todos los días hay noticias sobre las baterías de litio. Podría pensarse que son las únicas baterías del mercado. Pero, tranquilamente, la batería tradicional de plomo-ácido sigue sirviendo en muchas aplicaciones, desde carretillas elevadoras hasta energía de reserva para sistemas informáticos, etc. Y se han producido avances significativos en la tecnología de las baterías de plomo-ácido. Se dice que una nueva generación de baterías de plomo-ácido tiene una vida más larga (hasta 1.500 ciclos de carga y descarga), un tiempo de carga un 50% más rápido y una mayor densidad energética. Esta nueva generación de baterías utiliza nanotubos de carbono que contienen un electrolito de gel. Las comercializan con nombres como "Quasar Gel Block" empresas como Eternity Technologies, una empresa estadounidense con sucursales en Francia, España y otros países. También es probable que Triathlon Batterien GmbH, de Glauchau, ofrezca una tecnología similar.
Producción de células solares
Los investigadores han descubierto una nueva forma de producir células solares de perovskita estables, con menos defectos y que podrían rivalizar con la durabilidad del silicio. Al eliminar el disolvente dimetilsulfóxido e introducir cloruro de dimetilamonio como agente cristalizador, los investigadores de la Universidad de Oxford y Exciton Science pudieron controlar mejor las fases intermedias del proceso de cristalización de la perovskita, lo que dio lugar a películas delgadas de mayor calidad, con menos defectos y mayor estabilidad. Hasta 138 componentes de muestra fueron sometidos a envejecimiento acelerado y pruebas a altas temperaturas y en condiciones reales.
Se afirma que las células solares de perovskita de formamidinio-caesio producidas mediante el nuevo proceso de síntesis han superado con creces los resultados del grupo de control y han demostrado ser resistentes a la degradación térmica, la humedad y la luz. Los dispositivos en tándem de perovskita y silicio podrían convertirse así en la célula solar dominante de la próxima generación. Las pruebas demostraron que las células solares tardaron 1.400 horas bajo luz solar simulada a 65 °C en degradarse hasta el 80 % de su eficiencia original, más que las células convencionales. Al cabo de 1.600 horas, el dispositivo de control fabricado mediante el proceso convencional de dimetilsulfóxido dejó de funcionar, mientras que los dispositivos producidos con el nuevo diseño conservaron el 70 % de su eficiencia original en condiciones de envejecimiento acelerado.
D P McMeekin et al. Nature Materials, vol. 22, pp. 73-83 (2023)
https://doi.org/10.1038/s41563-022-01399-8
