El Laboratorio Nacional de Tecnología Energética (NETL) ha puesto en marcha una iniciativa estratégica a través de su Centro de Excelencia del Carbón, diseñado para crear equipos de científicos multidisciplinarios y desarrollar conocimientos técnicos avanzados e infraestructuras científicas de primer orden. Este esfuerzo coordinado tiene como objetivo fomentar la innovación, la eficiencia operativa y la fiabilidad a lo largo de toda la cadena de valor del carbón. En la actualidad, al unirse laboratorios de punta, el NETL ofrece soluciones tecnológicas que aumentan la resiliencia del sistema eléctrico nacional.
Modelado de fluidos y sistemas científicos integrados de energía
Uno de los campos más innovadores que desarrolla el NETL consiste en la fabricación de productos que tienen un alto contenido tecnológico inicial y que son difíciles de obtener por técnicas convencionales. Utilizando el mineral, los científicos desarrollan materiales de carbono para la microelectrónica de computadoras, grafito muy puro y electrodos de carbono para baterías y supercapacitadores.
También se generan aditivos avanzados que incrementan la resistencia estructural de aleaciones metálicas y cemento, lo que demuestra que se pueden generar manufacturas estadounidenses de alto valor, pero con una huella ambiental baja.
Para llevar a cabo la conversión de esos procesos, los científicos de la planta de Análisis de Reacciones y Transformación Química (ReACT) están empleando microondas y plasma generados por descargas eléctricas para optimizar la gasificación del carbón. Estas fuentes de energía avanzada permiten tener un control preciso del equilibrio termodinámico de las reacciones y mejorar los rendimientos y la flexibilidad en los productos químicos que sustentan la economía nacional. La excelencia en el diseño de catalizadores y reactores asegura que estos procesos moleculares se puedan replicar de manera eficaz.
Simulación computacional y sistemas integrados en la generación eléctrica
El grupo de Ciencia de Flujo Multifásico Computacional del NETL está aplicando modelos de dinámica de fluidos computacionales (CFD) avanzados para modelizar, optimizar y aumentar el rendimiento de los sistemas de generación eléctrica a base de combustibles fósiles que se prevé implementar en un futuro próximo.
Los científicos pueden predecir el comportamiento de los reactores en diferentes condiciones de operación (arranque, parada y cambios rápidos de operación) mediante el código de código abierto de simulación MFiX, que ha sido inicialmente desarrollado por el propio laboratorio, logrando así reducir significativamente los costes de desarrollo y, además, llegar más rápido al mercado con las nuevas tecnologías de combustión.
El Sistema de Instalaciones de Sistemas de Energía Integrados aplica hardware inteligente y sistemas ciberfísicos para mejorar la flexibilidad de las estaciones de producción eléctrica convencionales. Al integrar sistemas de almacenamiento químico y térmico de alta temperatura, se logra minimizar la modulación del combustible durante los cambios de carga, mejorando las tasas de rampa hasta diez veces. Esta flexibilidad permite acoplar de manera eficiente la generación eléctrica con la producción química, equilibrando la carga variable de la red y minimizando la degradación de los activos de la industria de generación.
Ciencia de la captura de carbono y caracterización de yacimientos en el subsuelo
La generación de electricidad de carbón pulverizado tiene un papel estratégico para el crecimiento de la red eléctrica y ante la revolución de la inteligencia artificial. El NETL está haciendo desarrollos en tecnologías de separación de gases y en membranas de alto rendimiento para la separación del CO2, con el objetivo de hacer viables estos activos de manera responsable. Estos sistemas en el laboratorio para la captura de carbón también son para la desulfurización de gas natural.
Finalmente, el laboratorio de científicos tiene cuatro escáneres CT de alta resolución para la caracterización de geomateriales en condiciones reales del subsuelo. Estas herramientas de caracterización no invasiva permiten a los investigadores estudiar la física fundamental de las interacciones entre fluidos y rocas que controlan el flujo en los yacimientos.
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