Assessing the quality of alternative energy sources: Energy Return On the Investment (EROI), the metabolic pattern of societies and energy statistics

This paper presents an initial challenge to tackle the every so "tricky" points encountered when dealing with energy accounting, and thereafter illustrates how such a system of accounting can be used when assessing for the metabolic changes in societies. The paper is divided in four main sections. The first three, present a general discussion on the main issues encountered when conducting energy analyses. The last section, subsequently, combines this heuristic approach to the actual formalization of it, in quantitative terms, for the analysis of possible energy scenarios. Section one covers the broader issue of how to account for the relevant categories used when accounting for Joules of energy; emphasizing on the clear distinction between Primary Energy Sources (PES) (which are the physical exploited entities that are used to derive useable energy forms (energy carriers)) and Energy Carriers (EC) (the actual useful energy that is transmitted for the appropriate end uses within a society). Section two sheds light on the concept of Energy Return on Investment (EROI). Here, it is emphasized that, there must already be a certain amount of energy carriers available to be able to extract/exploit Primary Energy Sources to thereafter generate a net supply of energy carriers. It is pointed out that this current trend of intense energy supply has only been possible to the great use and dependence on fossil energy. Section three follows up on the discussion of EROI, indicating that a single numeric indicator such as an output/input ratio is not sufficient in assessing for the performance of energetic systems. Rather an integrated approach that incorporates (i) how big the net supply of Joules of EC can be, given an amount of extracted PES (the external constraints); (ii) how much EC needs to be invested to extract an amount of PES; and (iii) the power level that it takes for both processes to succeed, is underlined. Section four, ultimately, puts the theoretical concepts at play, assessing for how the metabolic performances of societies can be accounted for within this analytical framework.

Toward partial redirection of energy policy for responsible development

This paper addresses the surprising lack of quality control on the analysis and selection on energy policies observable in the last decades. As an example, we discuss the delusional idea that it is possible to replace fossil energy with large scale ethanol production from agricultural crops. But if large scale ethanol production is not practical in energetic terms, why huge amount of money has been invested in it and is it still being invested? In order to answer this question we introduce two concepts useful to frame, in general terms, the predicament of quality control in science: (i) the concept of “granfalloons” proposed by K. Vonnegut (1963) flagging the danger of the formation of “crusades to save the world” void of real meaning. These granfalloons are often used by powerful lobbies to distort policy decisions; and (ii) the concept of Post-Normal science by S. Funtowicz and J. Ravetz (1990) indicating a standard predicament faced by science when producing information for governance. When mixing together uncertainty, multiple-scale and legitimate but contrasting views it becomes impossible to deal with complex issue using the conventional scientific approach based on reductionism. We finally discuss the implications of a different approach to the assessment of alternative energy sources by introducing the concept of Promethean technology.

Influència del context geològic i hidrogeològic en l'eficiència energètica dels sistemes geotèrmics de molt baixa entalpia

L’elevat consum energètic de les societats actuals, així com la impossibilitat de sostenir-lo a llarg termini implica la cerca de noves fonts d’energia. D’aquesta manera, en el camp de la climatització residencial, l’energia geotèrmica de molt baixa entalpia es posiciona com una alternativa als recursos energètics actuals. Així, els primers metres de subsòl presenten una temperatura adequada per al seu aprofitament calorífic, mitjançant els sistemes geotèrmics de bomba de calor. Si bé a nivell energètic, són sistemes, intrínsecament, molt eficients, el seu rendiment pot patir importants variacions davant dels canvis en les condicions del medi geològic i hidrogeològic. Especialment, els col·lectors de calor verticals, treballen, amb freqüència, en el si de les formacions hidrogeològiques. En aquest sentit, els canvis del nivell hidràulic i de la temperatura de l’aigua de l’aqüífer es manifesten amb variacions de la conductivitat tèrmica equivalent i del flux subterrani d’aigua, que alhora, aquestes, es tradueixen en alteracions del flux subterrani de calor. Davant d’aquest fet, l’avaluació quantitativa de l’efecte d’aquestes fluctuacions que es presenta en aquest treball mostra petites variacions del nivell hidràulic i de la temperatura de l’aigua comporten canvis molt notables en l’eficiència dels sistemes verticals de bomba de calor geotèrmica.

Estudi energètic de les llars del barri de Haër (Senegal)

En el present estudi s’han analitzat quines són les fonts energètiques utilitzades a les llars de Haër, així com les repercussions que aquestes tenen sobre el medi natural i socioeconòmic de les famílies. Per tal de poder identificar quines són aquestes fonts i els seus efectes, s’ha realitzat un inventari i una diagnosi energètica. S’ha estudiat l’ús de l’energia en dos àmbits domèstics principals: la il·luminació i el cuinat, analitzant la freqüència d’ús i quantificant el consum energètic familiar. Les fonts energètiques detectades són: llenya, carbó, gas, querosè, piles i espelmes, de les quals, la llenya, el querosè i el carbó són les majoritàriament utilitzades. El consum energètic per càpita és de 2.100 kWh/any. Per altra banda, l’obtenció d’algunes d’aquestes fonts energètiques, suposen un cost econòmic molt elevat per les economies familiars, arribant a suposar un 60% dels ingressos. A partir de les dades obtingudes a la diagnosi, s’ha aplicat un indicador per tal de quantificar la magnitud de l’impacte sobre el medi produït pel model energètic seguit dins de les llars. L’indicador estudiat ha estat la petjada energètica, amb la qual s’ha traduït aquest consum en unitats de superfície biològicament productiva, requerida per absorbir el CO2 emès. El resultat ha estat que una persona produeix anualment 2,09·10-2 tCO2, que requereix de 7,53·10-3 gha/persona de superfície forestal per ser absorbides. S’ha comparat aquest resultat amb la petjada energètica domèstica calculada pel poble d’Araós, el qual, amb un model energètic totalment diferent, té una petjada energètica de 1,53 gha/persona. Un cop detectats els problemes o impactes causats pel model energètic actual, es proposa una alternativa energètica per tal de reemplaçar algunes fonts convencionals, principalment el querosè dels quinqués. Així doncs, mitjançant l’aprofitament de l’energia solar, es plantegen dos models fotovoltaics adaptats a dues tipologies de llars diferents, amb l’objectiu de minimitzar el cost i optimitzar els recursos energètics. Finalment es planteja una solució financera per abordar el cost inicial de la instal·lació solar.

The emergence of biofuels and the co-movement between crude oil and agricultural prices

Biofuels are becoming an alternative to non-renewable energy sources but we know little about the economic mechanisms influencing their prices. This paper studies the interrelationships between the spot prices of oil and those of agricultural commodities used as biofuel feedstocks. Using daily data since 1988, we identify a co-movement after 2005 that does not appear for other food-related commodities and is not due to general economic variables. We also find traces of the co-movement in the prices of a large biofuel stock. The results amount to the first systematic piece of empirical evidence linking spot oil and agricultural markets via the emergence of biofuels.

L'energia solar a Cerdanyola del Vallès

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Aquest treball intenta resoldre la qüestió de si l'energia solar arribarà a ser una energia alternativa que esdevingui un substitut del petroli en el futur. Aquest projecte informa de totes les característiques i propietats de les plaques solars, explicant els avantatges que fan que sigui un recurs energètic molt net, segur i, encara que en un principi es pugui veure car, finalment arriba a amortitzar el preu inicial fins aconseguir un estalvi monetari, que és el que atreu al màxim de compradors. El projecte parla de les característiques de les plaques solars fotovoltaiques explicant així tots els materials pels quals és formada, la seva estructura per capes i el procés de transformació de llum en electricitat. Conté, també, una part pràctica extensa i elaborada: s'ha demanat a diversos ciutadans, sobretot de Cerdanyola del Vallès i també de Barcelona, sobre el tipus de contacte que tenen amb aquesta energia renovable i si no és així, saber quin altre tipus de font energètica utilitzen. També conté una entrevista a un professional del món de l'energia solar. I, finalment, s'ha realitzat el disseny, muntatge i funcionament d'un cotxe elèctric solar.

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.

Cap a l'autosuficiència energètica: barri La Plana, Sitges

En el present estudi s’ha analitzat si és possible l’autosuficiència energètica al barri projectat de La Plana de Sitges a partir de fonts renovables d’energia. S’ha realitzat un anàlisi de l’oferta potencial del barri de La Plana, format per habitatges unifamiliars i plurifamiliars, serveis i equipaments i s’ha comparat el potencial de producció energètica dels recursos renovables locals a cada subsistema i pel sistema de La Plana. Diferenciant si són una Oferta estàndard (4.000 MWh/a) seguint la Normativa d’ecoeficiència de Sitges o bé una Oferta renovable (19.000 MWh/a) segons un Ecobarri proposat en aquest projecte a partir d’energia solar fotovoltaica i tèrmica. En l’estudi de la demanda, diferenciant entre una Demanda estàndard (39.000 MWh/a), respon al total de La Plana seguint el consum d’un habitatge tipus de la mitjana catalana (ICAEN, 2002) i una Demanda eficient (20.800 MWh/a) seguint un model de baix consum projectat en un Ecobarri de Barcelona. (Vallbona, 2009). Per analitzar de forma detallada les variables d’oferta i demanda, s’han proposat quatre escenaris diferents on es valoren l’autosuficiència energètica del sistema de la Plana i aspectes ambientals d’emissions derivades de la utilització de l’energia. El primer escenari és l’estàndard i és el resultat d’analitzar conjuntament una oferta i una demanda estàndard. Al segon escenari conflueixen una Oferta Estàndard i una Demanda Eficient. En el tercer escenari coincideixen una Oferta Renovable i una Demanda Estàndard. El quart i últim escenari respon a la proposta d’Ecobarri on l’Oferta és renovable i la Demanda eficient. Tanmateix, s’ha realitzat un estudi sobre els aspectes econòmics de La Plana que s’estimen en uns beneficis per la venda de l’energia d’uns 5 milions d’euros anuals i uns costos d’instal·lació de 80 milions d’euros. Finalment s’ha constatat que és possible assolir una autosuficiència del 90% a l’escenari Ecobarri (oferta renovable - demanda eficient). Mitjançant la instal·lació de sistemes de captació solar a les cobertes, cobrint el 100% de la demanda d’ACS, i captadors solars FV, ambdues estratègies són viables i representen beneficis econòmics i una reducció d’emissions de l’ordre de 13.700 Tn CO2 equivalents anuals que suposen un estalvi del 88% respecte un escenari d’oferta i demanda estàndard.

Casa eficient energèticament

El present projecte té com objecte realitzar una casa que sigui eficient energèticament a partir d’una casa ja construïda, modificant així tot el que sigui necessari per poder aconseguir una millora del comportament bioclimàtic de la casa i una major independència dels subministraments de la xarxa pública (electricitat i gas). El projecte es divideix en tres fases clarament diferenciades: una primera consistent en realitzar una recerca dels sistemes constructius que fan que una casa funcioni millor i sigui més eficient a nivell energètic (façana ventilada, forjat sanitari, coberta enjardinada ,etc) i també consistent en realitzar un estudi dels sistemes o mètodes de producció d’energia més ecològics (energia solar, geotèrmia, energia eòlica, etc), que facin la casa més autònoma en quan a les energies i subministraments de la xarxa pública de distribució (electricitat i gas); una segona fase consistient en triar els sistemes constructius i de producció d’energia tenint en compte la informació obtinguda de la recerca inicial i aplicar aquests sobre una casa unifamiliar amb sistemes constructius i de producció d’energia tradicional (façana amb obra vista, calefacció amb caldera a gas i radiadors,etc) elegida a l’atzar; i una tercera i última fase consistent en fer un comparatiu econòmic entre el cost de construcció de la casa amb sistemes tradicionals i de la casa eficient. Després és farà una estimació de l’estalvi energètic d’una i de l’altra casa, i amb tot això es valorarà si són amortitzables les despeses que s’han realitzat per aconseguir aquests estalvis energètics

Estudio de tecnologías eficientes para el ahorro económico en el hogar

L’objectiu del projecte no és un altre que el de col·laborar enl’organització d’un esdeveniment que tasca final la d’informar, sensibilitzar ipromocionar productes innovadors i energèticament eficients per la llar. Peraixò, es realitzarà un estudi d’algunes tecnologies d’ús domèstic, perintentar trobar les més adequades, eficients, ecològiques i que donin mésfacilitats a l’hora d’estalviar econòmicament en el seu ús habitual.L’activitat es desenvoluparà durant la Setmana Europea de l’Energia, ambel suport de l’Institut Català de l’Energia (ICAEN), en centres comercials dela província de Barcelona, per tal de donar a conèixer i fer més accessiblesuna diversitat de productes ecològics que facilitin l’estalvi econòmic a nivelldomèstic.

Optimal management of microgrids

Desenvolupament dels models matemàtics necessaris per a controlar de forma òptima la microxarxa existent als laboratoris del Institut de Recerca en Energia de Catalunya. Els algoritmes s'implementaran per tal de simular el comportament i posteriorment es programaran directament sobre els elements de la microxarxa per verificar el seu correcte funcionament.. Desenvolupament dels models matemàtics necessaris per a controlar de forma òptima la microxarxa existent als laboratoris del Institut de Recerca en Energia de Catalunya. Els algoritmes s'implementaran per tal de simular el comportament i posteriorment es programaran directament sobre els elements de la microxarxa per verificar el seu correcte funcionament.

Empirics of the international inequality in CO2 emissions intensity: explanatory factors according to complementary decomposition methodologies

This paper analyses the international inequalities in CO2 emissions intensity for the period 1971–2009 and assesses explanatory factors. Multiplicative, group and additive methodologies of inequality decomposition are employed. The first allows us to clarify the separated role of the carbonisation index and the energy intensity in the pattern observed for inequalities in CO2 intensities; the second allows us to understand the role of regional groups; and the third allows us to investigate the role of different fossil energy sources (coal, oil and gas). The results show that, first, the reduction in global emissions intensity has coincided with a significant reduction in international inequality. Second, the bulk of this inequality and its reduction are attributed to differences between the groups of countries considered. Third, coal is the main energy source explaining these inequalities, although the growth in the relative contribution of gas is also remarkable. Fourth, the bulk of inequalities between countries and its decline are explained by differences in energy intensities, although there are significant differences in the patterns demonstrated by different groups of countries. JEL codes: D39; Q43; Q56. Key words: CO2 international distribution, inequality decomposition, CO2 emissions intensity

Equilibrium of the simultaneous etherification ofisobutene and isoamylenes with ethanol inliquid-phase

The simultaneous etherification of isobutene and isoamylenes with ethanol has been studied using macroreticu-lar acid ion-exchange resins as catalyst. Most of the experiments were carried out over Amberlyst-35. In addition,Amberlyst-15 and Purolite CT-275 were also tested. Chemical equilibrium of four chemical reactions was studied:ethyl tert-butyl ether formation, tert-amyl ethyl ether formation from isoamylenes (2-methyl-1-butene and 2-methyl-2-butene) and isomerization reaction between both isoamylenes. Equilibrium data were obtained in a batchwisestirred tank reactor operated at 2.0 MPa and within the temperature range from 323 to 353 K. Experimental molarstandard enthalpy and entropy changes of reaction were determined for each reaction. From these data, the molarenthalpy change of formation of ethyl tert-butyl ether and tert-amyl ethyl ether were estimated. Besides, the chemical equilibrium between both diisobutene dimers, 2,4,4-trimethyl-1-pentene and 2,4,4-trimethyl-2-pentene, wasevaluated. A good agreement between thermodynamic results for the simultaneous etherification carried out in thiswork and those obtained for the isolated ethyl tert-butyl ether and tert-amyl ethyl ether systems was obtained.

Análisis de la Garantía de Origen como mecanismo de cambio hacia un sector eléctrico más sostenible

La Garantía de Origen, como sistema de certificación de electricidad en función de su origen, fue introducida en España en 2007 y abrió la posibilidad de comercializar y consumir electricidad procedente únicamente de fuentes renovables. Resulta interesante abordar la evolución y el estado actual de este instrumento desde distintas aproximaciones para entender que potencial tiene para provocar cambios en los mecanismos de producción, comercialización y consumo de la electricidad encaminados a hacer el sector más sostenible. Este proyecto muestra como la Garantía incide sobre los patrones de la comercialización y el consumo de la electricidad y, a partir de ahí, es capaz de inducir cambios importantes en la estructura del sector eléctrico haciendo depender más de las fuentes renovables y menos de los combustibles fósiles.

Deep GMRT radio observations and a multi-wavelength study of the region around HESS J1858+020

Context. There are a number of very high energy sources in the Galaxy that remain unidentified. Multi-wavelength and variability studies, and catalogue searches, are powerful tools to identify the physical counterpart, given the uncertainty in the source location and extension. Aims. This work carries out a thorough multi-wavelength study of the unidentified, very high energy source HESS J1858+020 and its environs. Methods. We have performed Giant Metrewave Radio Telescope observations at 610 MHz and 1.4 GHz to obtain a deep, low-frequency radio image of the region surrounding HESS J1858+020. We analysed archival radio, infrared, and X-ray data as well. This observational information, combined with molecular data, catalogue sources, and a nearby Fermi gamma-ray detection of unidentified origin, are combined to explore possible counterparts to the very high energy source. Results. We provide with a deep radio image of a supernova remnant that might be related to the GeV and TeV emission in the region. We confirm the presence of an H ii region next to the supernova remnant and coincident with molecular emission. A potential region of star formation is also identified. We identify several radio and X-ray sources in the surroundings. Some of these sources are known planetary nebulae, whereas others may be non-thermal extended emitters and embedded young stellar objects. Three old, background Galactic pulsars also neighbour HESS J1858+020 along the line of sight. Conclusions. The region surrounding HESS J1858+020 is rich in molecular structures and non-thermal objects that may potentially be linked to this unidentified very high energy source. In particular, a supernova remnant interacting with nearby molecular clouds may be a good candidate, but a star forming region, or a non-thermal radio source of yet unclear nature, may also be behind the gamma-ray source. The neighbouring pulsars, despite being old and distant, cannot be discarded as candidates. Further observational studies are needed, however, to narrow the search for a counterpart to the HESS source.