Un nou pas per aconseguir l’energia de fusió

El passat 5 de desembre el Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) de Califòrnia va realitzar un experiment de fusió nuclear per el procediment inercial en el que, per primera vegada, es va generar un 50% més d’energia de fusió que l’energia emprada per obtenir-la. El departament d’Energia del govern dels Estats Units va anunciar aquest esdeveniment històric el 13 de desembre.

Representació dels feixos de raigs làser incidint sobre el combustible nuclear. Imatge LLNL

192 feixos de làser es concentren en una petita cambra on es troba el combustible nuclear format per els isòtops de l’hidrogen, deuteri i triti que, arribant a milions de graus de temperatura, es transformen en heli generant l’energia de fusió com passa a l’interior de les estrelles. L’energia aportada per els feixos làser va ser de 2.05 megajoules (MJ) i l’obtinguda de 3,15 MJ. És només un pas endavant ja que la quantitat d’energia obtinguda hauria de ser molt superior, però demostra per primera vegada la viabilitat d’aquest procediment, basat en els raigs làser, que tardarà probablement decennis en proporcionar energia per substituir la dels combustibles fòssils actuals.

Font d’informació:
National Ignition Facility achieves fusion ignition, Lawrence Livermore National Laboratory News. Dec 14, 2022.
https://www.llnl.gov/news/national-ignition-facility-achieves-fusion-ignition

Article relacionat d’aquest mateix blog:
Arribarà a temps l’energia de fusió? 1 d’octubre de 2022.
http://www.deciencia.net/descobriment/?p=1641

Publicat dins de energia | Comentaris tancats a Un nou pas per aconseguir l’energia de fusió

Geotèrmia profunda, energia il·limitada per 2028?

La geotèrmia a 20 km de profunditat podria ser la solució per disposar d’una energia pràcticament il·limitada, l’energia del magma terrestre, que permetria deixar d’utilitzar combustibles fòssils i inclús energia nuclear. I podria estar disponible en tan sols 5 o 6 anys. Quaise, empresa nascuda el 2018 a l’Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT), ha fet proves molt positives d’un sistema de perforació mitjançant ones mil·limètriques (microones de longitud d’ona de l’ordre de 1 mm) que permetria arribar a profunditats en les que es trobés magma a 500ºC a qualsevol punt de la superfície de la Terra. Així, es podria perforar en els mateixos llocs on es troben les centrals tèrmiques actuals i el vapor generat en profunditat mouria les turbines que mouen actualment els combustibles fòssils, per produir electricitat. Es disposaria d’una font d’energia pràcticament inexhaurible i sense inconvenients mediambientals.

El sistema de perforació de Quaise es basa en el girotró (gyrotron en anglès), un tipus de tub de buit de feix lineal que genera ones mil·limètriques mitjançant electrons accelerats fins a velocitats relativistes. Va ser inventat en els anys 1970 a l’Institut d’Investigacions Radiofísiques de Nijni Nóvgorod, Rússia, aleshores Unió Soviètica. Les ones mil·limètriques d’alta potència fonen qualsevol tipus de roca, deixant un forat cilíndric a través del qual s’injecta aigua que es converteix en vapor a alta pressió i temperatura en contacte amb el magma.

Els plans de Quaise, que ja ha aplegat 75 milions de dollars per finançar el projecte, preveuen:
– Per 2024 disposar de la primera plataforma que combinaria la perforació rotatòria convencional per arribar als primers 5 km de fondària amb la perforació mitjançant ones mil·limètriques per assolir fins a 20 km.
– El 2026 tenir un sistema pilot de geotèrmia en profunditat de 100 MW de potència.
– El 2028 tenir la primera planta tèrmica convencional de combustibles fòssils reconvertida en planta de vapor geotèrmic net.

Central geotèrmica de Reikjanes. Islàndia. Foto JL Diez
Sortida de l’aigua de refrigeració. Central geotèrmica de Reikjanes. Islàndia. Foto JL Diez

La geotèrmia d’alta temperatura ja fa anys que s’utilitza, per exemple a Islàndia, aprofitant que allà el magma es troba a pocs quilòmetres de profunditat. La primera foto mostra la central geotèrmica de Reykjanes, de 100 MW de potència que funciona des de 2006. Aprofita un dipòsit de fluid salí, similar a l’aigua del mar, que es troba a 300 ºC de temperatura a una profunditat de entre 2 i 3 km. Les turbines, intercanviadors de calor i condensadors de la central van refrigerats per aigua de mar bombejada a raó de 4.000 litres/s. La segona foto mostra el vapor que es produeix al mar en els punts de sortida de l’aigua de refrigeració.

Disposar arreu de geotèrmia d’alta temperatura en pocs anys, com proposa Quaise, només depèn de que tingui èxit el desenvolupament del sistema de perforació. Integrar la nova energia a les centrals convencionals existents asseguraria una transició molt ràpida des dels combustibles fòssils, amb el que es donaria un tomb al canvi climàtic. Esperem que el projecte tingui èxit.

Fonts d’informació:

– Quaise. https://www.quaise.energy/
– Wikipedia. Gyrotron. https://en.wikipedia.org/wiki/Gyrotron
– Geotermia online.
https://geotermiaonline.com/12670/una-empresa-emergente-del-mit-pretende-buscar-calor-a-20-km-de-profundidad/
– Tapping into the million-year energy source below our feet. Zach Winn | MIT News Office. June 28, 2022
https://news.mit.edu/2022/quaise-energy-geothermal-0628
– Catherine Clifford. CNBC October 28, 2022. How super-hot rocks miles under the earth’s surface could provide limitless clean energy.
https://www.cnbc.com/2022/10/28/superhot-rock-geothermal-what-is-it-could-it-fight-climate-change.html

Publicat dins de energia | Comentaris tancats a Geotèrmia profunda, energia il·limitada per 2028?

Nou processador quàntic d’IBM

El passat 9 de novembre, IBM ha presentat el nou processador quàntic Osprey amb 433 qbits, que més que tripliquen els del processador Eagle presentat el 2021. L’IBM Osprey té una capacitat computacional molt superior a la de qualsevol ordinador clàssic. El nombre de bits clàssics necessaris per representar un estat de l’IBM Osprey supera molt el nombre total d’àtoms de l’univers conegut.

Darío Gil, vicepresident d’ IBM i director d’investigació, Jay Gambetta, investigador quàntic i Jerry Chow, director del grup quàntic experimental. Imatge IBM.

A la reunió anual del grup quàntic de la companyia, IBM Quantum Summit 2022, IBM ha donat a conèixer els desenvolupaments previstos en el futur immediat que culminaran el 2025 amb un processador de més de 4.000 qbits. Alhora, IBM continua treballant per mitigar el «soroll de fons» i controlar els errors que es produeixen en els ordinadors quàntics, per el que és necessari disposar d’un gran nombre de qbits. També ha informat de noves incorporacions a la seva xarxa quàntica de clients, el seu «ecosistema quàntic»: Bosch, multinacional alemanya, vol explorar nous usos quàntics, Vodafone treballar en criptografia quàntica segura, Crédit Mutuel Alliance Fédérale, banc francès, treballar en serveis financers i el Camp d’Innovació Suís de Basilea promoure projectes d’innovació en computació quàntica.

Hem d’esperar ara la reacció de competidors com Google o Xina, en la cursa per aconseguir l’ordinador quàntic que permeti passar a una nova escala en la capacitat de computació o la seguretat en les comunicacions.

Article relacionat, en aquest mateix blog: Geoestratègia quàntica

Fonts d’informació:
IBM Unveils 400 Qubit-Plus Quantum Processor and Next-Generation IBM Quantum System Two. IBM News Room, Nov 9, 2022
https://newsroom.ibm.com/2022-11-09-IBM-Unveils-400-Qubit-Plus-Quantum-Processor-and-Next-Generation-IBM-Quantum-System-Two

Publicat dins de informàtica, tecnologia | Comentaris tancats a Nou processador quàntic d’IBM

Química click

El premi Nobel de química 2022 ha estat donat a K. Barry Sharpless, Scripps Research, La Jolla, CA, USA, Morten Meldal, University of Copenhagen, Denmark i Carolyn R. Bertozzi, Stanford University, CA, USA, per,
«el desenvolupament de la química click i la química bioortogonal»,
segons va declarar l’Acadèmia Sueca de Ciències el passat 5 d’octubre de 2022.

Click reaction: cicloaddició azida-alquí catalitzada per coure. © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Química click es refereix a un tipus de reaccions en les que petites molècules permeten la unió d’altres més grans, com les biomolècules. La forma de generar productes segueix exemples de la natura. Les reaccions click es produeixen molt ràpidament i no generen productes secundaris indesitjats. S’han utilitzat en síntesi de fàrmacs i en la detecció, localització i caracterització de biomolècules com les proteïnes.

El nom química click (click chemistry) va ser utilitzat per primera vegada en 1998 per K. Barry Sharpless. Poc després, Sharpless i Meldal van presentar, independentment un de l’altre, la que és la principal reacció click de les conegudes fins ara: la cicloaddició azida-alquí catalitzada per coure. És una reacció eficient, d’ús molt general, que s’utilitza, per exemple, en la fabricació de fàrmacs o en el mapeig (mapping) d’ADN.

Química bioortogonal és un terme utiitzat per Carolyn R. Bertozzi des de 2003, per descriure aquelles reaccions químiques que tenen lloc dins dels éssers vius però sense interferir amb els processos bioquímics naturals. És un tipus de química click que va desenvolupar Bertozzi per caracteritzar glicans, importants biomolècules de la superfície de les cèl·lules. Ara s’utilitza per explorar cèl·lules i fer el seguiment de processos biològics. Amb aquesta tècnica s’han obtingut fàrmacs contra el càncer dels que s’estan fent assajos clínics.

Enllaç bioortogonal entre la biomolècula X i el reactiu Y. Imatge Wikimedia Commons

És de remarcar que K. Barry Sharpless és la segona vegada que rep el Nobel de química. L’any 2001 va ser guardonat «per el seu treball en catàlisi quiral de reaccions d’oxidació».

Fonts d’informació:
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2022/
https://en.wikipedia.org/wiki/Click_chemistry
https://en.wikipedia.org/wiki/Bioorthogonal_chemistry
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/

Publicat dins de premis nobel, química | Comentaris tancats a Química click

Energia de fusió per 2025?

L’empresa estatal d’energia d’Itàlia, ENI i el Massachusetts Institute of Technology dels Estats Units, MIT, projecten tenir funcionant l’any 2025 una planta de fusió construïda conjuntament, als Estats Units. Durant la passada Maker Faire, fira tecnològica de Roma de 7, 8 i 9 d’octubre de 2022, Monica Spada, cap d’investigació i innovació tecnològica de l’ENI, va parlar de 2025 com el termini per completar el projecte que posi de manifest la viabilitat de l’energia nuclear de fusió obtinguda per confinament magnètic en un reactor tipus tokamak, anomenat SPARC, i fins i tot va dir que el 2028 es podria disposar ja d’un sistema complet de distribució d’energia d’aquest origen.

Representació del Tokamak per a la Maker Faire. Roma. Octubre 2022.
Imatge treta de https://www.eni.com/en-IT/media/events/maker-faire.html

SPARC, el model de tokamak d’aquest projecte és de mida mitjana comparat amb els tokamak existents, però amb un camp magnètic molt més fort. S’espera que tingui una potència de fusió de 50-100 MW i un factor Q, relació entre l’energia obtinguda i l’energia emprada major de 10. L’èxit d’aquest model seria la primera demostració de guany net d’energia i validaria l’estratègia d’alts camps magnètics aconseguits amb els darrers superconductors d’alta temperatura

Una fita molt important per aquest projecte es va aconseguir el 5 de setembre de l’any passat, 2021, quan el MIT i l’empresa Commonwealth Fusion Systems, CFS, van aconseguir un camp magnètic de 20 tesla, el major camp magnètic mai aconseguit en aquests enginys, necessàri per confinar el combustible nuclear, deuteri i triti, isòtops de l’hidrogen, a prou alta temperatura com per provocar la fusió. Van utilitzar uns nous materials superconductors a alta temperatura que es comercialitzen des de fa pocs anys i permeten major intensitat de camp magnètic en menys espai. Altres instal·lacions del mateix tipus, com l’ITER, el projecte internacional de fusió més important, que es construeix a Cadarache, França, utilitzen superconductors de baixes temperatures, el que fa més complicada la construcció i la utilització.

Article relacionat en aquest blog:
Arribarà a temps l’energia de fusió. http://www.deciencia.net/descobriment/?p=1641

Fonts d’informació:

Publicat dins de energia, tecnologia | Comentaris tancats a Energia de fusió per 2025?

Nobel de 2022 per a la comunicació quàntica

Alain Aspect (Université Paris-Saclay i École Polytechnique, Palaiseau, France), John F. Clauser (J.F. Clauser & Assoc., Walnut Creek, CA, USA) i Anton Zeilinger (University of Vienna, Austria), pioners de la comunicació quàntica, han estat guardonats avui, 4 d’octubre, amb el premi Nobel de física.

Alain Aspect, John F. Clauser i Anton Zeilinger. Imatges Wikimedia Commons

En els darrers 6 anys s’han produït grans avenços en comunicació quàntica, tecnologia que aprofita les sorprenents característiques de la física quàntica per millorar la rapidesa i seguretat de les comunicacions. Una d’aquestes característiques és la propietat anomenada entrellaçament, segons la qual dues o més partícules són descrites per un únic estat quàntic combinat de totes, i no per diferents estats com a partícules individuals. Com a conseqüència, la modificació d’una partícula causa instantàniament la modificació de les altres, encara que es trobin separades una gran distància. Utilitzant en les comunicacions partícules a les que s’hagi dotat d’aquesta propietat, per exemple fotons, s’aconsegueix que les comunicacions siguin absolutament segures. Una comunicació interceptada per un agent estrany (hacker) alterarà alguna d’aquestes partícules i serà percebuda immediatament perquè alterarà també les altres que estiguin entrellaçades dins del sistema de comunicació.

Entanglement. © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Aspect, Clauser i Zeilinger van treballar separadament, des dels anys 70 del passat segle, en experiments que utilitzaven les propietats quàntiques i van posar les bases dels desenvolupaments posteriors. Un dels països més avançats en comunicació quàntica és Xina, que disposa d’una xarxa que integra la comunicació convencional i la quàntica amb una longitud total de 4.600 km entre Pequin i Xangai. Jianwei Pan, que va fer el doctorat amb Anton Zeilinger a Viena, és el lider d’aquesta tecnologia a Xina.

Article relacionat: http://www.deciencia.net/descobriment/?p=1606

Fonts d’informació:
The Nobel Prize in Physics 2022. Press release. 4 October 2022.
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2022/press-release/

Publicat dins de física, premis nobel | Comentaris tancats a Nobel de 2022 per a la comunicació quàntica

Arribarà a temps l’energia de fusió?

Imatge Wikimedia Commons

Si no s’atura o es redueix substancialment el consum de combustibles fòssils, que representen el 83,1% de l’energia primària utilitzada com a combustible (2020), el canvi climàtic s’accelerarà, augmentarà en més de 2 ºC la temperatura mitjana de la superfície de la Terra, augmentarà la freqüència de desastres climàtics, pujarà el nivell del mar, . . . Però substituir els combustibles fòssils no està resultant fàcil, ja que les energies renovables els substitueixen només parcialment i l’energia nuclear no compta amb la confiança de la societat per jugar un paper més important que el que juga actualment.

Apareixerà una nova font d’energia que ens permeti substituir els combustibles fòssils? Serà l’energia nuclear de fusió aquesta nova energia? Yuval Noah Harari al seu llibre Sapiens contesta la pregunta de forma optimista: «Per què hi ha tanta gent preocupada perquè es pugui exhaurir l’energia, si cada poques dècades descobrim una nova font d’energia?»

El projecte ITER, el més gran projecte internacional de desenvolupament d’energia nuclear de fusió es va començar a construir a Cadarache, Sud de França, el 2007. Preveu que el desembre de 2025 aconseguirà produir el primer plasma i el 2035 podria començar les operacions amb el combustible nuclear, format per deuteri i triti. ITER es basa en el confinament magnètic, que consisteix en mantenir el combustible nuclear en un reduït espai mitjançant potentíssims camps magnètics.

Als darrers mesos però, ha hagut novetats a l’energia de fusió per la via de l’altre procediment, el del confinament inercial, que utilitza potents làsers per concentrar el combustible nuclear. HB11, companyia australiana o l’US National Ignition Facility (NIF) de Califòrnia, han aconseguit avenços que els fan pensar en poder disposar de plantes pilot i plantes plenament operatives en pocs anys, molts menys que l’ITER.

Enllaç a l’article sencer

Publicat dins de energia | Comentaris tancats a Arribarà a temps l’energia de fusió?

Exoplanetes

Des de feia molts anys, els científics tenien la sospita o la creença en l’existència dels exoplanetes, els planetes situats més enllà del nostre sistema solar. Ja que existeixen centenars de milers de milions d’estrelles similars o més grans o més petites que el nostre Sol, només a la nostra galàxia, i aquest té planetes, semblava lògic pensar que altres estrelles haurien de tenir planetes igual que el Sol. Però no va ser fins a principi dels anys 1990 quan es van començar a detectar.

El 1990, Dimitar Sasselov, astrònom de Harvard d’origen búlgar, demostrà la presència de planetes al voltant d’algunes estrelles. Entre 1988 i 1994 es van detectar alguns exoplanetes orbitant púlsars o un sistema triple d’estrelles, però no va ser fins 1995 que es va detectar el primer exoplaneta orbitant una estrella del tipus del Sol. Vint-i-quatre anys després i amb més de 4.000 exoplanetes descoberts, la ciència dels exoplanetes rep el reconeixement del Nobel. Michel Mayor (Lausana, Suïssa, 1942) i Didier Queloz (Ginebra, Suïssa, 1966) guanyen el Premi Nobel de Física 2019 per el descobriment el 1995 del primer exoplaneta, 51 Peg b, orbitant una estrella del mateix tipus que el Sol, 51 Pegasi, situada a 50 anys-llum de la Terra.

Esquerra: 51 Pegasi. Astronomy Picture of the Day, December 1, 1995. NASA Image.
Dreta: Estrella 51 a la constel·lació de Pegàs. Imatge Wikimedia Commons

Igual que Galileu Galilei descobreix en 1610 els satèl·lits de Júpiter quan pot disposar d’un telescopi prou precís per veure’ls, el descobriment dels exoplanetes es produeix quan els telescopis i sistemes de detecció són capaços de distingir un cos relativament petit orbitant al voltant d’una estrella.

Enllaç a l’article sencer.

Publicat dins de astronomia | Comentaris tancats a Exoplanetes

Les científiques de la vacuna d’ARN: Katalin Karikó, Özlem Türeci

Amb la detecció a Wuhan (Hubei, Xina), d’una pneumònia vírica desconeguda, el 31 de desembre del 2019, comença una pandèmia d’abast mundial com no se n’havia conegut una altra igual en un segle. El 9 de gener del 2020, científics xinesos determinen que la causa és un virus del tipus coronavirus i el dia 11 envien a l’Organització Mundial de la Salut (OMS) la seqüència genètica del nou coronavirus.

Wuhan (Hubei, Xina). Imatge Wikimedia Commons

Des de les primeres notícies, científics experts en virus de tot el món es posen a treballar per trobar-hi una solució. Però algunes científiques estaven especialment ben situades per començar la carrera: Katalin Karikó, des de feia 30 anys havia treballat la idea de fabricar una vacuna basada en l’ARN missatger, Özlem Türeci havia fundat l’empresa BioNTech i havia fitxat el 2013 Karikó.

Veure l’article sencer.

Publicat dins de biologia, Dones científiques, medicina | Comentaris tancats a Les científiques de la vacuna d’ARN: Katalin Karikó, Özlem Türeci

Geoestratègia quàntica

Països que juguen les seves cartes en el tauler de l’ordre mundial, com Estats Units o Xina, i grans empreses com Google o IBM estan desenvolupant prototips d’ordinadors quàntics que aconsegueixen fer en minuts o hores processos de càlcul que els ordinadors clàssics més potents tardarien anys. En transmissions quàntiques experimentals, Xina ha portat la davantera en els darrers anys mitjançant el satèl·lit Micius, creant una xarxa quàntica que cobreix 4.600 km.

El juny de aquest any 2021 però, investigadors de l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) de Castelldefels, Barcelona, han aconseguit un avenç clau per fer un repetidor quàntic que permetria la construcció d’una xarxa quàntica terrestre de comunicacions. Dies després, el centre de recerca de Toshiba Europa a Cambridge, Regne Unit, va fer la primera comunicació quàntica per fibra òptica de més de 600 km de longitud.

La tecnologia quàntica és una de les peces importants de la geoestratègia mundial. Atenent al nombre de patents relacionades amb aquesta tecnologia, per països, Xina és lider amb més de 3.000 patents, seguida per Estats Units que té gairebé la meitat i de Japó que té una quarta part.

Veure l’article sencer

Publicat dins de informàtica, tecnologia | Comentaris tancats a Geoestratègia quàntica