Investigador de la UWM trabaja en la sustitución del gas de efecto invernadero más potente de todos

Chanyeop Park muestra el inductor en su laboratorio. Es parte de un proyecto de investigación en el que él y Georgia Tech están trabajando para crear un disyuntor de alto voltaje que utilice una alternativa mucho más ecológica al gas que se utiliza actualmente en los equipos eléctricos de alto voltaje. (Foto de la UWM/Troye Fox)

El gas de efecto invernadero más potente del mundo –y uno del que la mayoría de la gente nunca ha oído hablar– se está convirtiendo en un contribuyente preocupante al calentamiento global debido a una creciente demanda de electricidad y una infraestructura energética obsoleta.

El gas, llamado hexafluoruro de azufre (SF6), se ha utilizado durante décadas en equipos de distribución eléctrica de alta tensión como aislante. Pero las fugas a la atmósfera, que siempre han ocurrido, se están acelerando a medida que la infraestructura envejece.

Chanyeop Park, profesor asistente de ingeniería eléctrica de la UWM, está trabajando con investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia en una subvención de casi 4 millones de dólares del Departamento de Energía de EE. UU. para desarrollar y probar una alternativa ambientalmente neutral. Una cuarta parte de la subvención financia el papel de Park.

"El potencial de calentamiento global del SF6 es aproximadamente 24.000 veces mayor que el del dióxido de carbono (CO2) y es muy estable", afirmó. "Una vez que entra a la atmósfera, permanece allí literalmente durante miles de años".

Aquí Park detalla algunos detalles sobre esta investigación.

Primero, explique qué hacen los disyuntores de alto voltaje. ¿Por qué se necesita gas en ellos?

Las subestaciones eléctricas contienen un sistema de alto voltaje que suministra electricidad a nuestros hogares. Esas subestaciones incluyen disyuntores, que llamamos aparamenta, que utilizan gas SF6 como aislante.

Los disyuntores protegen la red eléctrica interrumpiendo la corriente eléctrica cuando es necesario, de modo que los circuitos y dispositivos eléctricos no se sobrecarguen. Con SF6 estamos hablando de disyuntores en un nivel de transmisión realmente grande. Los disyuntores de su hogar no contienen SF6 porque son de bajo voltaje y el aire puede actuar como aislante.

Por lo general, el SF6 está contenido dentro de una cámara o botella de metal. Pero nada está 100% libre de fugas. Con el tiempo se escapan trazas, de la misma manera que la presión de los neumáticos disminuye debido a la fuga de aire a un ritmo muy lento.

Cuéntanos sobre la alternativa al SF6 que estás probando.

Se llama CO2 supercrítico y es algo que podemos conseguir aumentando la presión y la temperatura del CO2. Su característica única es que se comporta como líquido y como gas simultáneamente.

Los líquidos son muy densos en comparación con el gas. Por eso te cuesta nadar porque el líquido es muy denso, ¿verdad? La alta densidad proporciona un fuerte aislamiento eléctrico. Pero el fluido supercrítico también se comporta como un gas, que tiene baja viscosidad. Por lo tanto, los fluidos supercríticos, con ambos beneficios combinados, son muy eficaces para enfriar y aislar. La sustancia brinda protección al quitar el calor de un lado del equipo y dejarlo caer en el otro lado. Y su comportamiento fluido proporciona la capacidad de movimiento rápido.

Además, como el fluido supercrítico está hecho de CO2 puro, en teoría es 24.000 veces más respetuoso con el medio ambiente que el SF6.

¿Por qué es ahora el momento adecuado para realizar la transición a un nuevo aislante para este equipo esencial?

La mayoría de las plantas de energía están ubicadas en o cerca de agua de mar o algún tipo de masa de agua que pueda ayudar a enfriar la planta. Luego, la energía debe transmitirse desde la planta y distribuirse hasta donde vive la gente. A medida que adquirimos e integramos más fuentes verdes en nuestra combinación energética, esas fuentes pueden estar en lugares relativamente cercanos a donde vivimos.

Entonces, a medida que la infraestructura cambia y actualizamos la red antigua, podemos reconfigurarla para usar CO2 supercrítico. Aún necesitará un aislante para una cantidad cada vez mayor de aparamenta.

Y si todas las aparamentas de SF6 existentes se sustituyeran por nuestra tecnología, tendría un enorme impacto positivo en el medio ambiente.

¿Cómo producirías el fluido supercrítico que estás proponiendo? ¿Y cuál es tu papel en el proyecto?

Todo lo que se necesita es CO2 licuado. Una vez que lo coloques en el interruptor, se calentará y se convertirá en CO2 supercrítico en algún momento. Podemos controlar activamente la temperatura y la presión.

Como estudiante de doctorado, desarrollé modelos computacionales del comportamiento de las descargas de gases. Ahora estoy usando esa técnica para modelar el comportamiento de descarga eléctrica en fluido supercrítico de CO2. La otra cosa que estoy haciendo es desarrollar un banco de pruebas, llamado circuito sintético, para evaluar el rendimiento del interruptor una vez que se haya reinventado con el nuevo aislador y el nuevo diseño.

¿Cuál es el siguiente paso cuando finalice la financiación en 2025?

El objetivo del proyecto es llevar la tecnología al mercado. No existe otra alternativa comercial al SF6 que sea tan respetuosa con el medio ambiente como el CO2 supercrítico. Por lo tanto, este proyecto es un tipo de investigación de alto riesgo y alta recompensa. Si tiene éxito, iniciaremos un negocio o licenciaremos nuestra tecnología.

Escrito por Laura Otto

Enlace a la historia original: https://uwm.edu/news/uwm-researcher-works-on-replacing-the-most-potent-greenhouse-gas-of-all/