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lunes, abril 09, 2007

RENEWABLES: Searching for alternative sources of energy

by Yury Zaitsev*
The development of unconventional and renewable energy sources is a major challenge facing humankind in the twenty-first century. Technologies such as nuclear fusion and biofuels will prove vital if humankind is to find an alternative to hydrocarbons.

Under a bill that was recently signed by U.S. President George W. Bush, so-called "corn fuel" will account for 7.5 billion gallons of total national fuel consumption by 2015. President Bush probably decided to follow the Brazilian example because that country has been obtaining ethanol from sugar cane and using it as a motor fuel for a long time.

The European Union, which initially planned to increase the share of alternative power-generation sources in its energy mix to 10% by 2012, will probably achieve this goal by as soon as 2010. French nuclear power plants now generate 80% of all domestic power.

Russian scientists are also working hard to develop unconventional and renewable energy sources, which may soon be included in the national power-generation network. For example, small gas-turbine thermal power plants burning wood splinters and coal have an impressive potential and are expected to generate 5% of all electricity nationwide by 2020. They will mostly be used in Arctic regions, which now utilize small diesel generators and low-capacity furnaces burning huge amounts of expensive hydrocarbons. It costs, for example, $1,000 to deliver one metric ton of diesel fuel and $150 for one ton of heating oil to the Russian Arctic.

Environmentally friendly alternative sources of energy are an attractive power-generation option. "Dirty" organic fuels, such as coal, heating oil and firewood, now account for 70% of the energy balance in northern Russia.

Russia can also harness solar and wind energy from along its 12,000 km Arctic coast. Windmills are considered cost-effective when average annual wind speeds exceed 4-5 meters per second. Arctic winds blowing at over 5-7 meters per second can generate 45 billion kWh.

Likewise, solar panels can be located in the south of the Sakha (Yakutia) Republic, in north-east Russia. The weekly amount of solar energy falling on the Earth exceeds the total energy potential of global oil, coal and gas deposits. Alexander Asseyev, director of the Semiconductor Physics Institute at the Siberian department of the Russian Academy of Sciences, estimated the country's total solar-energy potential as equivalent to over two trillion tons of fuel. By placing solar batteries with an average efficiency of 12% over 4,000 square kilometers, it would be possible to completely meet the national electric power demand.

The Earth's crust contains tremendous amounts of silica, exceeding deposits of uranium ore 100,000 times over. Obtaining this highly expensive element cost-effectively is the key to mass-producing solar batteries. Moreover, Russian scientists have mastered the production of multi-crystalline silicon for solar power engineering. Work is also proceeding apace to produce highly efficient gallium arsenide solar cells.

The first Russian tidal power plant, which was built on the Kola Peninsula, made it possible to design similar power plants capable of generating tens of millions of kilowatt-hours (kWh) of electricity.

In the mid-20th century, Russian scientists suggested using hot volcanic vapors to generate cheap geothermal electric power. In 1966, the 11,000 kWh Pauzhetskaya geothermal power plant was built on the Kamchatka Peninsula. The recently commissioned Verkhne-Mutnovskaya geothermal power plant generates 25% of all electricity in the Kamchatka Region. There are plans to expand its capacity by 20 kWh by installing additional power units running on recycled hot thermal water. Though geothermal plants are quite expensive, future operating costs are reduced because they harness "free" natural energy.

Russian coal deposits contain an estimated 260 trillion cubic meters of methane, which can be used as a separate fuel. Gennady Gritsko, director of the Coal and Coal Chemistry Institute at the Siberian department of the Russian Academy of Sciences, said methane can be extracted from small deposits, domes and traps. This cost-effective method does not require any expensive mining operations. Gritsko said ventilation flows contain an unlimited amount of methane and can trap more gas than coal mines.

Coal can also be used to obtain synthetic gasolene and hydrogen for fuel. Hydrogen, the ideal environmentally friendly fuel of the future, produces nothing but water when it is burned. The hydrogen power industry would therefore help reduce toxic emissions and solve the global warming problem.

Another promising technology is thermonuclear reactors. Unlike conventional nuclear power plants that use heavy-element fission, they fuse the nuclei of two light atoms into heavy elements. Scientists set the task to simulate the fusion that takes place in the Sun in laboratory conditions and to harness it for commercial power-generation purposes. Deuterium and tritium isotopes, which fuse together inside the Sun, create chemically inert helium and emit tremendous amounts of energy, hundreds of times more than is emitted during uranium fission at conventional NPPs.

Research by Soviet and Russian scientists made it possible to solve the problem of thermonuclear fusion. Russia is now a full participant in the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) project. Vladimir Fortov, member of the Russian Academy of Sciences, said thermonuclear power plants may start generating household electricity by 2040. However, Nobel Prize winner Zhores Alfyorov, also a member of the Russian Academy of Sciences, said this would take much longer to happen.

*Yury Zaitsev is an academic adviser at the Russian Academy of Engineering Sciences.

martes, abril 03, 2007

TECH: Importante avance para la obtención de la energía de fusión

by Vanessa Marsh
Ingenieros norteamericanos acaban de realizar un paso fundamental para alcanzar la energía de fusión. Han conseguido que el reactor experimental para fusión por confinamiento magnético, situado en la Universidad de Wisconsin desde 1999 y conocido por las siglas HSX, pierda menos energía en el momento de alcanzar las altas temperaturas necesarias para la fusión. El HSX es una síntesis de los dos reactores de fusión, el Tokamak y el Stellarator, y aúna las mejores propiedades de los dos. Es, por tanto, un stellarator más estable y un tokamak más eficiente energéticamente, capaz de obtener energía de fusión de forma económica, según sus creadores. El próximo paso será comprobar si los principios del HSX pueden aplicarse a los generadores de energía de fusión.

Ingenieros de la universidad norteamericana de Wisconsin-Madison han conseguido realizar un paso fundamental para alcanzar la llamada energía de fusión, que es la energía liberada en una reacción de fusión nuclear, y que puede suponer la producción de energía eléctrica de una forma limpia, sostenible e inagotable.

Tal como se explica en un comunicado de la Wisconsin-Madison, un equipo liderado por el ingeniero computacional David Anderson, ha comprobado que el reactor Helically Symmetric eXperiment (HSX) es capaz de superar la mayor barrera hasta ahora en la investigación del plasma, que es la pérdida de energía que impide alcanzar las altas temperaturas necesarias para la fusión.

El Helically Symmetric eXperiment es un reactor experimental para fusión por confinamiento magnético situado en la Universidad de Wisconsin desde agosto de 1999. HSX es el primer y único en activo casi simétrico stellarator. Otros stellators actualmente en funcionamiento son el LHD (Japón), el W-7AS (Alemania) y el TJ II (España).

La fusión nuclear se desarrolla en dos modelos de reactores: el Tokamak y el Stellarator. En ambos casos se trata de confinar el plasma a altas temperaturas mediante confinamiento magnético.

Los resultados obtenidos por estos ingenieros, que acaba de publicar la revista Physical Review Letters, muestran que con un diseño especial el HSX pierde menos energía, lo que significa que en este tipo de dispositivo puede obtenerse la energía de fusión.

En la sociedad moderna, el suministro de energía eléctrica resulta imprescindible, y depende actualmente de los combustibles fósiles, la fisión nuclear, la hidroelectricidad y, en una cantidad mucho menor, de fuentes de energías renovables, como la biomasa o el viento.

Considerando que la demanda de este tipo de energía es cada vez mayor, y que los requisitos medioambientales también aumentan, la energía de fusión se presenta como una opción de futuro, con algunas ventajas importantes (aparte de ser una fuente de energía limpia, sostenible e ilimitada): los recursos combustibles básicos para su producción (deuterio y litio) son abundantes, los residuos que genera la fusión nuclear no son radioactivos, las centrales eléctricas de este tipo son muy seguras y no emiten gases de efecto invernadero, entre otras, explica la Comisión Europea.

Pérdida menor de energía
Pero aún no se ha conseguido hacer funcionar un reactor de este tipo al nivel necesario. Y aunque ya existen proyectos en marcha, como el ITER, una apuesta en la que intervienen Europa, Rusia, China y Japón, de momento este tipo de energía sigue siendo un proyecto de futuro.

La fusión consiste en que en un plasma (gas muy caliente, ionizado, que puede conducir la electricidad) confinado en una cámara y calentado hasta el punto de ignición, los iones de hidrógeno que lo componen se fundan en helio, que es la misma reacción que produce la energía del sol.

En la actualidad, existen dos tipos de dispositivos de confinamiento del plasma en cámaras para tratar de producir la fusión: los indicados tokamaks y stellarators. El HSX es una síntesis de ambos, y aúna las mejores propiedades de los dos. Es, por tanto, un stellarator más estable y un tokamak más eficiente energéticamente.

Al conseguir que se escape menor cantidad de energía, se necesita una menor cantidad de potencia para provocar la reacción, con lo que el reactor sale más económico, señalan los ingenieros.

Campo magnético simétrico
Hasta ahora, se consideraba que los tokamaks eran el mejor medio para conseguir la fusión. Sin embargo, estos dispositivos, que funcionan con corrientes de plasma, tienden a sufrir interrupciones, lo que significa que son necesarias grandes corrientes de plasma para suministrar parte del campo magnético que confina el plasma para la fusión.

Los stellarators no funcionan con estas corrientes y no sufren interrupciones, pero tienden a perder grandes cantidades de energía. El HSX es el primer stellarator que usa un campo magnético casi simétrico que permite el confinamiento del plasma de una forma que ayuda a contener la energía.

Tras años de investigación, los ingenieros piensan que este dispositivo representa el futuro de los generadores de energía de fusión. El próximo paso será comprobar si los principios del HSX pueden aplicarse a dichos generadores.

miércoles, febrero 14, 2007

Japón y Euratom firman un acuerdo de cooperación en la energía de fusión

El 5 de febrero se firmó en Tokio un acuerdo que establece una asociación privilegiada entre Japón y Euratom para investigar la energía de fusión.

Este acuerdo se engloba en el «planteamiento más amplio» de la investigación sobre la fusión aprobado durante las negociaciones en torno al proyecto del «reactor termonuclear experimental internacional» (ITER). En el ITER participan la UE, los EE.UU., Japón, Rusia, Corea del Sur, China y la India.

En virtud de ese acuerdo, Japón y Euratom colaborarán a lo largo de diez años en tres proyectos cuyo propósito es acelerar el desarrollo de la energía de fusión. La fusión es una fuente potencial de energía limpia y sostenible que ofrece posibilidades de cara al siglo XXI.

«ITER y el "planteamiento más amplio", sumados a la intensa investigación sobre la fusión que se está llevando a cabo en todo el mundo, representan un paso de gigante hacia el aprovechamiento de la energía de fusión», dijo el futuro Director General de la Organización del ITER, Kaname Ikeda.

Los tres proyectos, que se llevarán a cabo en Japón, son los siguientes:

- Actividades de diseño técnico y validación para preparar la Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión (IFMIF/EVEDA)
Para la implantación futura de la energía de fusión se necesitarán materiales que gocen de resistencia y muestren una radioactividad baja ante la exposición a las condiciones térmicas y de irradiación extremas que se dan en el interior de un reactor de fusión. La IFMIF hará posible probar y seleccionar materiales avanzados en las mismas condiciones que en un futuro reactor de energía de fusión. El propósito de las actividades de diseño técnico y validación es lograr el diseño técnico detallado, completo e integral de la IFMIF.

- Centro Internacional de Investigación de la Energía de Fusión (IFERC)
Implicará actividades relacionadas con el reactor de demostración (DEMO) y concretamente diseño, investigación y desarrollo (I+D), simulación por computadora y experimentación remota de ITER.

- Programa Satélite Tokamak
El tokamak JT-60 se mejorará y pasará a ser el tokamak JT-60 SA superconductor avanzado, que se explotará en el marco de este acuerdo como instalación «satélite» del ITER. Se prevé que el Programa Satélite Tokamak permita concebir diversas opciones de funcionamiento y se ocupe de cuestiones fundamentales de física a fin de permitir una puesta en marcha eficiente de la experimentación del ITER y la investigación de cara al DEMO.

Para más información sobre el ITER, vea:
http://www.iter.org

Categoría: Programas
Fuente: Secretaría del ITER
Documento de Referencia: Basado en información facilitada por la Secretaría del ITER
Acrónimo del Programa: FP7-EURATOM-FUSION
Códigos de Clasificación por Materias: Fusión nuclear

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