Biophysical requirements of power-supply systems: nuclear energy and fossil energy

The report presents a grammar capable of analyzing the process of production of electricity in modular elements for different power-supply systems, defined using semantic and formal categories. In this way it becomes possible to individuate similarities and differences in the process of production of electricity, and then measure and compare “apples” with “apples” and “oranges” with “oranges”. For instance, when comparing the various unit operations of the process of production of electricity with nuclear energy to the analogous unit operations of the process of production of fossil energy, we see that the various phases of the process are the same. The only difference is related to characteristics of the process associated with the generation of heat which are completely different in the two systems. As a matter of facts, the performance of the production of electricity from nuclear energy can be studied, by comparing the biophysical costs associated with the different unit operations taking place in nuclear and fossil power plants when generating process heat or net electricity. By adopting this approach, it becomes possible to compare the performance of the two power-supply systems by comparing their relative biophysical requirements for the phases that both nuclear energy power plants and fossil energy power plants have in common: (i) mining; (ii) refining/enriching; (iii) generating heat/electricity; (iv) handling the pollution/radioactive wastes. This report presents the evaluation of the biophysical requirements for the two powersupply systems: nuclear energy and fossil energy. In particular, the report focuses on the following requirements: (i) electricity; (ii) fossil-fuels, (iii) labor; and (iv) materials.

Fossil resource depletion and climate change emissions: the role of physical constrictions

[spa] En lo que concierne al cambio climático, los pronósticos de cercanos picos de combustible fósiles parecen buenas noticias pues la mayoría de las emisiones proceden de la quema de combustibles fósiles. Sin embargo, esto podría resultar engañoso de confirmarse las enormes estimaciones de reservas de carbón pues puede divisarse un intercambio de combustible fósiles con baja concentración de carbono (petróleo y gas) por otros de mayor (carbón). Ciñéndonos a esta hipótesis desarrollamos escenarios donde tan pronto el petróleo y el gas natural alcanzan su cénit la extracción de carbón crece lo necesario para compensar el descenso de los primeros. Estimamos las emisiones que se deriva de tales supuestos y las comparamos con el peor escenario del IPCC. Si bien dicho escenario parece improbable concluimos que los picos de petróleo y gas no son suficientes para evitar peligrosas sendas de gases de efecto invernadero. Las concentraciones de CO2 halladas superan con creces las 450 ppm sin signos de remisión.

Fossil resource depletion and climate change emissions: the role of physical constrictions

[spa] En lo que concierne al cambio climático, los pronósticos de cercanos picos de combustible fósiles parecen buenas noticias pues la mayoría de las emisiones proceden de la quema de combustibles fósiles. Sin embargo, esto podría resultar engañoso de confirmarse las enormes estimaciones de reservas de carbón pues puede divisarse un intercambio de combustible fósiles con baja concentración de carbono (petróleo y gas) por otros de mayor (carbón). Ciñéndonos a esta hipótesis desarrollamos escenarios donde tan pronto el petróleo y el gas natural alcanzan su cénit la extracción de carbón crece lo necesario para compensar el descenso de los primeros. Estimamos las emisiones que se deriva de tales supuestos y las comparamos con el peor escenario del IPCC. Si bien dicho escenario parece improbable concluimos que los picos de petróleo y gas no son suficientes para evitar peligrosas sendas de gases de efecto invernadero. Las concentraciones de CO2 halladas superan con creces las 450 ppm sin signos de remisión.

Material flow accounting of Mexico (1970-2003)

This technical background paper describes the methods applied and data sources used in the compilation of the 1980-2003 data set for material flow accounts of the Mexican economy and presents the data set. It is organised in four parts: the first part gives an overview of the Material Flow Accounting (MFA) methodology. The second part presents the main material flows of the Mexican economy including biomass, fossil fuels, metal ores, industrial minerals and, construction minerals. The aim of this part is to explain the procedures and methods followed, the data sources used as well as providing a brief evaluation of the quality and reliability of the information used and the accounts established. Finally, some conclusions will be provided.

Disseny i aplicació del protocol d'instal·lació d'energia fotovoltaica en edificis aïllats de la xarxa elèctrica al PNAP

En el perímetre del parc es troben gran nombre d’edificacions amb mancances de subministrament elèctric per la gran dispersió de la població de la comarca. L’objectiu d’aquest estudi és desenvolupar un protocol per determinar la viabilitat de l’energia fotovoltaica en edificis aïllats i aplicar-la de forma pilot a dos edificis gestionats pels responsables del Parc Natural de l’Alt Pirineu: el Centre de Logística i Manteniment (CLM) i el Refugi del Fornet. Aquests han estat escollits per la seva representativitat com a edificis aïllats de la xarxa elèctrica convencional. S’ha elaborat una metodologia pròpia, el Protocol d’instal·lació d’energia fotovoltaica en edificis aïllats de la xarxa elèctrica. S’ha realitzat una anàlisi de sensibilitats del dimensionat fotovoltaic davant la modificació de diversos paràmetres rellevants. Això ha permès determinar les característiques òptimes de viabilitat per als dos edificis en estudi i el cost de la instal·lació fotovoltaica (17.183€ el CLM i 164.815 € el Refugi del Fornet). Els resultats obtinguts en els dos edificis pilot han mostrat el gran cost relatiu entre l’energia fotovoltaica i l’energia elèctrica produïda a partir de combustibles fòssils.

The biophysical perspective of a middle income economy: material flows in Mexico

We analyse natural resource use dynamics in the Mexican economy during the last three decades. Despite low and uneven economic growth, the extraction and use of materials in the Mexican economy has continuously increased during the last 30 years. In this period, population growth rather than economic growth was the main driving force for biophysical growth. In addition, fundamental changes have taken place in the primary sectors, in manufacturing, and in household consumption and these are reflected in an increasing emphasis on the use of fossil fuels and construction materials. Mexico’s economy has been strongly influenced by international trade since the country commenced competing in international markets. In the 1970s, Mexico mainly exported primary resources. This pattern has changed and manufactured goods now have a much greater importance due to a boom in assembling industries. In contrast with other Latin American countries, Mexico has achieved a diversification of production, moving towards technology-intensive products and a better mix in its export portfolio. However, crude oil exports still represent the single most important export good. Mexico’s material consumption is still well below the OECD average but is growing fast and the current resource use patterns may well present serious social and environmental problems to the medium and long term sustainability of Mexico’s economy and community. Information on natural resource use and resource productivity could provide valuable guidance for economic policy planning in Mexico.

Els agrocombustibles a Catalunya : mecanismes i efectes de l'europeïtzació en la política pública

En els darrers temps els agrocombustibles s’han promocionat com una alternativa als combustibles fòssils,adquirint un pes important en les agendes polítiques internacionals. Les dues grans potències econòmiques mundials, els Estats Units i la Unió Europea, han impulsat els agrocombustibles a través de diferents estratègies; plans, legislació, però també amb excempcions fiscals i obligacions de barreja amb combustibles fòssils. En aquest marc, Catalunya va ser de les comunitats autònomes de l’Estat espanyol pioneres en la potenciació d’experiències de producció i consum d’agrocombustibles. A partir de l’anàlisi de la política i el debat a Catalunya es pot destacar la gran influència de l’esfera europea a través de diversos mecanismes en el procés, el que s’ha anomenat en la literatura com europeïtzació. Darrerament Europa s’ha convertit en un important centre de producció de polítiques públiques, especialment en polítiques ambientals i agrícoles a partir dels anys 80. És per aquest motiu que resulta rellevant conèixer les dinàmiques europees en una política complexa com la dels agrocombustibles a Catalunya, que presenta components energètics, però també amb altres aspectes relacionats amb el món agràri i el medi ambient.

Fabricació i anàlisi del biodièsel

La producció de biodièsel a partir d'olis de cuina utilitzats, amb l'objectiu de transformar un residu en un producte amb valor comercial i ambiental, és més net que els combustibles fòssils i contribueix a disminuir el gran consum de petroli que estem fent. En una primera part teòrica s’ha realitzat un treball de recerca d' informació del biodièsel per saber si és un bon combustible i si podria ser un possible substitut dels combustibles fòssils. En quant a la part pràctica l'objectiu principal ha estat fabricar el biodièsel . Les matèries primeres són oli de gira-sol i oli de cuina utilitzat, per tal de comparar les seves qualitats. S’ha arribat a la conclusió que presenten característiques molt semblants. Després de fer les anàlisis físico-químics de qualitat vam fer una mescla dels dos biodièsels fabricats, i el vam provar en un motor Dièsel per comprovar si funciona correctament i fer una comparació dels gasos emesos pel nostre combustible amb els emesos pel gasoil comercial. El resultat va ser molt positiu ja que el motor va funcionar correctament, i la comparació de gasos va sortir tal i com esperàvem ja que les quantitats de diòxid i monòxid de carboni emeses eren menors que en el gasoil.

Plan de gestión de energías renovables en el Monasterio Sakya Tashi Ling del Garraf

En el presente estudio se han analizado las posibilidades de reducción del impacto ambiental que genera el consumo de energía en el Monasterio budista Sakya Tashi Ling del Parque del Garraf, mediante la mejora de la eficiencia energética de los edificios y la producción de la energía consumida a partir de fuentes de energía renovables. Se ha realizado un inventario exhaustivo de los flujos energéticos de entrada del Monasterio: electricidad y combustibles fósiles, y el análisis de estos datos ha permitido observar que la mayor parte del consumo energético del Monasterio tiene como uso final la iluminación. El consumo total de energía se ha cuantificado en 138 kWh/m2/año y la emisiones de CO2 en 177 kg CO2/m2/año. A partir de estos datos se ha estudiado la posibilidad de reducir el consumo y abastecer la demanda energética del Monasterio a través de fuentes de energía renovable como las placas solares fotovoltaicas o las calderas de biomasa. Para alcanzar este objetivo se han propuesto tres escenarios posibles con costes económicos y resultados muy distintos. A diferencia de los escenarios “Edificio Energía Plus” y “Edificio Energía 0”, el tercer escenario propuesto, que trataba de alcanzar el triple objetivo del Plan 20/20/20 (producir a partir de fuentes renovables el 20% de la energía consumida, aumentar en una 20% la eficiencia energética y reducir en un 20% las emisiones de CO2 derivadas del uso de la energía) ha resultado ser muy viable económicamente: la inversión necesaria se amortizaría en tan sólo 5 años.

Assessing the viability of power-supply systems: a tentative protocol

This Technical Report presents a tentative protocol used to assess the viability of powersupply systems. The viability of power-supply systems can be assessed by looking at the production factors (e.g. paid labor, power capacity, fossil-fuels) – needed for the system to operate and maintain itself – in relation to the internal constraints set by the energetic metabolism of societies. In fact, by using this protocol it becomes possible to link assessments of technical coefficients performed at the level of the power-supply systems with assessments of benchmark values performed at the societal level throughout the relevant different sectors. In particular, the example provided here in the case of France for the year 2009 makes it possible to see that in fact nuclear energy is not viable in terms of labor requirements (both direct and indirect inputs) as well as in terms of requirements of power capacity, especially when including reprocessing operations.

Avaluació de l'aplicació de la biomassa produïda a la Vall d'Alinyà per la producció d'energia calorífica

L’estudi analitza detalladament les energies que s’utilitzen actualment a la població d’Alinyà (Lleida, Catalunya, Espanya). Les energies més utilitzades amb fins calorífics provenen d’energies fòssils (95,3%). Aquest tipus d’energia, des de un punt de vista econòmic, és inviable donat l’augment continuat dels preus d’aquest tipus de combustibles. A més a més el petroli ha arribat al peak oil. Tenint en compte la delicada situació que viuen actualment els combustibles fòssils, en particular el petroli, fa pensar que el futur està encaminat a produir energia a partir d’altres fonts. Una bona opció és començar a utilitzar biomassa com a font energètica. La zona d’estudi presenta un stock de biomassa 8,4 vegades superior a la que es necessitaria a Alinyà per produir calor i ACS a totes les llars. Per això, en aquest estudi, s’estimen possibles escenaris on es podria aplicar la biomassa que es produeix a la Vall d’Alinyà. S’estima que les calderes individuals serien l’escenari més viable, ja que tècnicament són eficients i s’adeqüen a les característiques de les llars d’aquesta població. Posteriorment, es realitza un estudi de les emissions de CO2 i s’observa que, si s’utilitzés biomassa com a font energètica a Alinyà ,es reduirien 11,3 vegades (91,11%) les emissions de CO2.

Autosuficiència energètica. Estudi pilot a Alinyà (Alt Urgell)

A aquest estudi s'ha analitzat si és viable l'autosuficiència energètica en base a un estudi pilot al nucli rural d'Alinyà aprofitant els recursos naturals de la zona. S'ha realitzat un estudi del consum energètic de la població i s'ha comparat amb el potencial de producció energètica dels recursos renovables locals incloent energia provinent de la biomassa i aprofitada en calderes individuals per a cada habitatge, energia solar en teulades i energia hidroelèctrica a partir de centrals minihidràuliques restaurades ja existents. També s’ha realitzat un anàlisi per detectar possibles factors d’ineficiència energètica i a partir d’aquí, proposar una sèrie de mesures per corregir aquesta. S'han comptabilitzat les emissions de CO2 derivades del consum energètic i les proporcions que representa cada tipus de font energètica sobre el total del nucli. També s'ha establert una comparativa del consum mitjà per habitant i any entre la població i Catalunya; el consum a Alinyà és d'1,46 Tep's, mentre que el de Catalunya és d'1,7 Tep's, el nostre estudi no contempla la mobilitat, si se li resta aquest vector a la mitjana de Catalunya veiem que és de 0,9 Tep's, per tant, hi observem un major consum energètic. El 76% del consum d'Alinyà prové dels combustibles fòssils, concretament del gasoil, el nucli té una forta dependència respecte a aquesta energia, que a més a més representa el 86% (56T CO2 eq.) de les emissions totals de CO2. Per finalitzar, s'ha demostrat que és possible assolir l'autosuficiència energètica mitjançant l'implantació d'una combinació d'estratègies, viables en tots els aspectes; tant tècnics com socioeconòmics. Abastint el poble d'energia a un menor cost econòmic i amb un estil de vida més respectuós amb el medi ambient.

Avaluació de la futura gestió i utilització de la biomassa forestal mitjançant un district heating a Bellver de Cerdanya

En aquest article es pretén explicar breument la viabilitat de la futura gestió i utilització de la biomassa forestal de Bellver de Cerdanya mitjançant un district heating al futur barri del Pla de Tomet. Les particularitats per les quals aquest poble és ideal per a aquest projecte són que l'ajuntament és propietari de gairebé un 90% dels boscos situats en aquest municipi; i que alhora ja ha realitzat diverses instal·lacions que utilitzen la biomassa forestal per a calefacció i ACS. La situació econòmica de la comarca és bastant complicada, ja que s'ha basat en el sector turístic i la construcció, però ambdós no passen pel millor moment. El projecte serviria per donar un valor a la biomassa forestal que fins ara no s'ha donat, i alhora s'intenta buscar nous inputs econòmics per a la Cerdanya. En aquest treball també s'analitza quins haurien de ser els futurs tractaments que s'haurien d'aplicar a la forest, tenint en compte les activitats que es realitzen actualment, i evitant en tot moment possibles efectes negatius, com podria ser la sobreexplotació. També es dedica una part del projecte a explicar els sistemes per obtenir i gestionar de forma correcta la biomassa. A continuació es tracta la part més tècnica, realitzant una estimació del possible futur consum energètic del barri del Pla de Tomet, encara no construït; i decidint quins sistema de calderes seria el més adequat, el tipus d’emmagatzematge més apropiat i els passos a seguir per millorar el rendiment del procés de la gestió i extracció de la biomassa. Seguint tots aquests passos s'arriba a la conclusió que aprofitar la biomassa forestal és millor solució que utilitzar combustibles fòssils. A part dels obvis beneficis medi ambientals, també és millor a nivell econòmic, tant pels futurs veïns com per l'ajuntament.

Analytical expressions for the flame front speed in the downward combustion of thin solid fuels and comparison to experiments

We derive analytical expressions for the propagation speed of downward combustion fronts of thin solid fuels with a background flow initially at rest. The classical combustion model for thin solid fuels that consists of five coupled reaction-convection-diffusion equations is here reduced into a single equation with the gas temperature as the single variable. For doing so we apply a two-zone combustion model that divides the system into a preheating region and a pyrolyzing region. The speed of the combustion front is obtained after matching the temperature and its derivative at the location that separates both regions.We also derive a simplified version of this analytical expression expected to be valid for a wide range of cases. Flame front velocities predicted by our analyticalexpressions agree well with experimental data found in the literature for a large variety of cases and substantially improve the results obtained from a previous well-known analytical expression

The fossil record and evolution of freshwater plants: A review

Palaeobotany applied to freshwater plants is an emerging field of palaeontology. Hydrophytic plants reveal evolutionary trends of their own, clearly distinct from those of the terrestrial and marine flora. During the Precambrian, two groups stand out in the fossil record of freshwater plants: the Cyanobacteria (stromatolites) in benthic environments and the prasinophytes (leiosphaeridian acritarchs) in transitional planktonic environments. During the Palaeozoic, green algae (Chlorococcales, Zygnematales, charophytes and some extinct groups) radiated and developed the widest range of morphostructural patterns known for these groups. Between the Permian and Early Cretaceous, charophytes dominated macrophytic associations, with the consequence that over tens of millions of years, freshwater flora bypassed the dominance of vascular plants on land. During the Early Cretaceous, global extension of the freshwater environments is associated with diversification of the flora, including new charophyte families and the appearance of aquatic angiosperms and ferns for the first time. Mesozoic planktonic assemblages retained their ancestral composition that was dominated by coenobial Chlorococcales, until the appearance of freshwater dinoflagellates in the Early Cretaceous. In the Late Cretaceous, freshwater angiosperms dominated almost all macrophytic communities worldwide. The Tertiary was characterised by the diversification of additional angiosperm and aquatic fern lineages, which resulted in the first differentiation of aquatic plant biogeoprovinces. Phytoplankton also diversified during the Eocene with the development of freshwater diatoms and chrysophytes. Diatoms, which were exclusively marine during tens of millions of years, were dominant over the Chlorococcales during Neogene and in later assemblages. During the Quaternary, aquatic plant communities suffered from the effects of eutrophication, paludification and acidification, which were the result of the combined impact of glaciation and anthropogenic disturbance.