Un ricercatore dell'UWM lavora per sostituire il gas serra più potente di tutti

Chanyeop Park mostra l'induttore nel suo laboratorio. Fa parte di un progetto di ricerca su cui lui e Georgia Tech stanno lavorando per creare un interruttore automatico ad alta tensione che utilizzi un'alternativa molto più ecologica al gas attualmente utilizzato nelle apparecchiature elettriche ad alta tensione. (Foto dell'UWM/Troye Fox)

Il gas serra più potente del mondo – e di cui la maggior parte delle persone non ha mai sentito parlare – sta diventando un preoccupante contributo al riscaldamento globale a causa della crescente domanda di elettricità e dell’invecchiamento delle infrastrutture energetiche.

Il gas, chiamato esafluoruro di zolfo (SF6), è stato utilizzato per decenni come isolante nelle apparecchiature di distribuzione elettrica ad alta tensione. Ma le perdite nell’atmosfera, che si sono sempre verificate, stanno accelerando con l’invecchiamento delle infrastrutture.

Chanyeop Park, assistente professore di ingegneria elettrica dell'UWM, sta lavorando con i ricercatori del Georgia Institute of Technology su una sovvenzione di quasi 4 milioni di dollari da parte del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per sviluppare e testare un'alternativa neutra dal punto di vista ambientale. Un quarto della sovvenzione finanzia il ruolo di Park.

“Il potenziale di riscaldamento globale dell’SF6 è circa 24.000 volte superiore a quello del biossido di carbonio (CO2), ed è molto stabile”, ha affermato. "Una volta entrato nell'atmosfera, rimane lì per letteralmente migliaia di anni."

Qui Park spiega alcuni dettagli su questa ricerca.

Innanzitutto, spiegare cosa fanno gli interruttori automatici ad alta tensione. Perché è necessario il gas in essi?

Le sottostazioni elettriche contengono un sistema ad alta tensione che fornisce elettricità alle nostre case. Tali sottostazioni includono interruttori automatici, che chiamiamo quadri, che utilizzano il gas SF6 come isolante.

Gli interruttori automatici proteggono la rete elettrica interrompendo la corrente elettrica quando necessario, in modo che i circuiti e i dispositivi elettrici non vengano sovraccaricati. Con SF6 parliamo di interruttori automatici ad un livello di trasmissione davvero elevato. Gli interruttori automatici di casa tua non contengono SF6 perché sono a bassa tensione e l'aria può fungere da isolante.

Di solito, l'SF6 è contenuto all'interno di una camera o bottiglia metallica. Ma niente è esente da perdite al 100%. Tracce di perdite fuoriescono nel tempo, nello stesso modo in cui la pressione dei pneumatici diminuisce a causa della perdita d'aria a una velocità molto lenta.

Raccontaci dell'alternativa a SF6 che stai testando.

Si chiama CO2 supercritica ed è qualcosa che possiamo ottenere aumentando la pressione e la temperatura della CO2. La sua caratteristica unica è che si comporta contemporaneamente sia come un liquido che come un gas.

I liquidi sono molto densi rispetto al gas. Ecco perché hai difficoltà a nuotare perché il liquido è così denso, giusto? L'alta densità fornisce un forte isolamento elettrico. Ma il fluido supercritico si comporta anche come il gas, che ha una bassa viscosità. Quindi i fluidi supercritici, con entrambi i vantaggi combinati, sono molto efficaci per il raffreddamento e l’isolamento. La sostanza fornisce protezione allontanando il calore da un lato dell'apparecchiatura e rilasciandolo sull'altro lato. E il suo comportamento fluido fornisce la capacità di movimento rapido.

Inoltre, poiché il fluido supercritico è costituito da pura CO2, teoricamente è 24.000 volte più rispettoso dell’ambiente rispetto all’SF6.

Perché è giunto il momento di passare a un nuovo isolante per queste apparecchiature essenziali?

La maggior parte delle centrali elettriche si trovano vicino o vicino all'acqua di mare o a qualche tipo di specchio d'acqua che può aiutare a raffreddare l'impianto. L'energia deve quindi essere trasmessa dall'impianto e distribuita dove vivono le persone. Man mano che acquisiamo e integriamo più fonti verdi nel nostro mix energetico, tali fonti possono essere luoghi relativamente vicini a dove viviamo.

Quindi, man mano che l’infrastruttura cambia e aggiorniamo la rete obsoleta, possiamo riconfigurarla per utilizzare CO2 supercritica. Avrai ancora bisogno di un isolante per una quantità crescente di quadri.

E se tutti gli attuali quadri in SF6 venissero sostituiti con la nostra tecnologia, ciò avrebbe un enorme impatto positivo sull’ambiente.

Come realizzeresti il ​​fluido supercritico che stai proponendo? E qual è il tuo ruolo nel progetto?