Martinez 2016g

Presentem a continuació dues solucions que poden deixar enrere la necessitat de cremar combustibles fòssils per aconseguir escalfor. Una d’elles és per a aigua calenta, l’altra per a calefacció sota demanda.

• El problema de les dades informàtiques
• Defab: aigua calenta i dades al núvol
• Energia solar tèrmica: el problema de l'emmagatzemament
• El nou material
• Imatges de MIT
• Autors

El problema de les dades informàtiques

Arreu del món es van generalitzant els data centers, úniques infraestructures capaces de rebre, gestionar i emmagatzemar un tràfic informàtic que creix dia rere dia. S’estima que l’any 2017 hi haurà al món 8,6 milions d’aquestes centrals de dades. Cal assenyalar que aquests tipus d’instal·lacions tenen un consum energètic elevadíssim. Informes de l’Institut d’Ordenació de l’Illa de França estimen, a tall d’exemple, que a la regió del Gran París els data centers que hi haurà l’any 2030 necessitaran tanta energia com una ciutat d’un milió d’habitants. Pitjor encara, pràcticament la meitat de l’energia que consumeixen aquests centres de dades es destina a refredar les instal·lacions, per evitar-ne el sobreescalfament i avaries que, en un món tan dependent de les dades informàtiques, podrien suposar una catàstrofe. Per coronar el cúmul d’ineficiències, cal dir que la calor generada es perd.

Defab: aigua calenta i dades al núvol

Pot sobtar que una empresa ofereixi als seus clients serveis aparentment tan dispars com emmagatzematge de dades al núvol i aigua calenta, però això fa Defab.

Es tracta d’una petita empresa emergent creada l’any 2014 que en el marc de la recent cimera COP21 va presentar el seu concepte de data centers de prestacions avançades i poc exigents energèticament, que inclouen solucions de calefacció ecològicament responsables per a les col·lectivitats locals. El projecte d’aquesta empresa de joves enginyers té el suport del programa europeu KIC (Knowledge Innovation Community) i trobarà el seu primer emplaçament en instal·lacions de l’Ajuntament de París. Actualment Defab es troba en fase de captació de fons per ampliar el seu projecte més enllà de les fronteres de França.

La idea bàsica de tot plegat és senzilla: recuperar la calor que desprenen els servidors informàtics per proporcionar de manera gratuïta l’aigua calenta sanitària que necessita l’immoble col·lectiu que els acull.

Per a edificis que desitgin albergar un d’aquests data centers i necessitin aigua calenta (per exemple, una piscina municipal o un gimnàs), Defab proposa una caldera d’aigua termodinàmica que és, alhora, un servidor informàtic amb deu processadors que allotgen les dades de les empreses clientes de Defab. Per la mateixa naturalesa del concepte, les dades informàtiques resten poc centralitzades, i fins i tot poden quedar disperses en diversos data centers, cosa que n’augmenta la seguretat i la resiliència.

En aquest esquema tothom hi guanya: l’immoble disposa d’aigua calenta sense cost i Defab pot instal·lar un data center amb un cost energètic i econòmic molt baix, ja que no hi ha nova construcció, ni gaire manteniment, ni necessitat de refrigerar el data center: d’aquí ve també l’avantatge que les tarifes de lloguer de servidors que ofereix Defab siguin fins a un 30% més baixes que les d’altres centrals de dades, cosa que fa que aquest servei pugui esdevenir accessible per a clients que potser abans no preveien utilitzar-lo.

Energia solar tèrmica: el problema de l'emmagatzemament

Els avantatges tèrmics de l’energia solar queden en gran mesura minvats pel problema que suposa emmagatzemar-la. O, si es prefereix, per la manca de disponibilitat de la font d’energia gran part del temps (de nit o quan està núvol). Certament, hi ha avenços pel que fa a l’emmagatzemament d’electricitat generada pel sol, però quan es tracta de calor el problema persisteix.

Investigadors del Massachusetts Institute of Technology (MIT) asseguren haver trobat una manera d’emmagatzemar la calor del sol per utilitzar-la quan calgui, mitjançant dispositius portàtils i fins i tot vestibles. Segons l’equip del MIT, en un futur no llunyà seria possible portar roba que alliberés calor sota demanda, o fondre el gel del parabrisa del cotxe mitjançant l’activació diferida de calor solar emmagatzemada.

El nou material

Aquestes possibilitats s’obren gràcies a un nou polímer desenvolupat pel MIT, capaç d’emmagatzemar energia tèrmica de dia i d’alliberar-la posteriorment quan calgui. El nou material es pot aplicar en forma de pel·lícula (quasi) transparent en tota mena de superfícies, des de peces de roba fins a vidres i finestres.

Això s’aconsegueix, segons declaren els responsables de la troballa, emmagatzemant l’energia tèrmica sota la forma d’un canvi químic més que no emmagatzemant la calor pròpiament. La calor inevitablement s’acaba dissipant tard o d’hora per més bo que pugui ser l’aïllament, mentre que un emmagatzematge químic pot retenir l’energia tèrmica indefinidament en una configuració molecular que romandrà estable fins que hom desencadeni l’alliberament de la calor mitjançant un petit impuls (sigui d’electricitat, de llum o de calor mateixa) que trenqui la configuració química.

La clau és una molècula que és alhora captadora i emmagatzemadora d’energia tèrmica, i que roman estable sigui quina sigui la seva configuració: quan s’exposa a la llum solar, la molècula entra en configuració carregada i hi pot romandre de manera virtualment indefinida. Però quan se li apliquen temperatures específiques o alguna altra mena d’estímuls, la molècula torna a la configuració original alliberant en el procés la calor que havia captat i retingut.

Fa temps que es treballa amb aquesta mena de materials, anomenats combustibles tèrmics solars (STF, pel seu nom en anglès), però fins ara només s’havien aconseguit materials líquids, no aptes per fer-ne pel·lícules aplicables a superfícies com les esmentades abans. Per trobar el nou material l’equip del MIT va partir de les propietats dels azobenzens, que canvien llur configuració molecular en resposta a la llum i alliberen molta calor quan se’ls aplica un petit impuls tèrmic. Mitjançant la química de materials, els investigadors del MIT van aconseguir millorar la densitat energètica (capacitat d’emmagatzemament d’energia per unitat de pes) de l’azobenzè original i la seva reactivitat als impulsos tèrmics desencadenants. I a més van ser capaços de conformar-lo en capes llises i uniformes. Malgrat tot, encara no han aconseguit eliminar totalment el lleuger to groguenc de la pel·lícula, de manera que l’equip segueix treballant per millorar la transparència del film.

Segons l’equip del MIT, un altre avantatge d’aquest nou polímer és que es basa en materials econòmics i en tècniques de fabricació àmpliament difoses. En aquest sentit, el material es pot produir en un senzill procés de dues passes fàcilment escalable.

Pel que fa a la capacitat d’escalfar, el material pot alliberar esclats a uns 10º C per sobre de la temperatura de l’ambient, tot i que el MIT vol augmentar aquesta dada fins als 20º C.

Imatges de MIT

El film de polímer d’STF comprèn tres capes, cadascuna amb un gruix d’entre 4 i 5 micròmetres (µm); el cross-linking (unió de molècules de polímers lineals per un sistema d'enllaços químics primaris per formar una xarxa tridimensional) després de cada capa permet aconseguir els gruixos que hom desitgi

La càmera infraroja de la plataforma macroscòpica de l’equip del MIT va constatar que, un cop l’element escalfador proporciona prou energia com per excitar els materials STF, la pel·lícula carregada (dreta) allibera calor i assoleix temperatures més altes que el film no carregat (esquerra)

Autors

Redactat per: Alfons Martínez Jaume

Per saber-ne més: Defab, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Advanced Energy Materials

Informació relacionada

• Defab
• Massachusetts Institute of Technology (MIT)
• Advanced Energy Materials