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2022-08-06Hacer que las centrales hidroeléctricas sean más sostenibles

MIT |Natel Energy, fundada por hermanos ex alumnos del MIT, está implementando sistemas de energía hidroeléctrica con turbinas seguras para peces y otras características que imitan las condiciones naturales de los ríos.

Al crecer en una granja en Texas, siempre había algo que hacer para los hermanos Gia Schneider ´99 y Abe Schneider ´02, SM ´03. Pero todos los sábados a las 2 pm, pase lo que pase, la familia bajaría a un arroyo local para pescar, construir diques de roca y columpios de cuerda, y disfrutar de la naturaleza.

Eventualmente, la familia comenzó a ir a un río remoto en Colorado cada verano. El río se bifurcaba en dos; un lado fue administrado por ganaderos que destruyeron características naturales como diques de castores, mientras que el otro lado permaneció intacto. La familia notó que la pesca era mejor en el lado preservado, lo que llevó a Abe a intentar medir la salud de los dos ecosistemas fluviales. En la escuela secundaria, fue coautor de un estudio que mostraba que había más insectos beneficiosos en el lecho del río con las presas de castores.

La experiencia les enseñó a ambos hermanos una lección que se ha quedado. Hoy son los cofundadores de Natel Energy, una empresa que intenta imitar los ecosistemas fluviales naturales con sistemas hidroeléctricos que son más sostenibles que las centrales hidroeléctricas convencionales.

“La gran lección para nosotros, y lo que hemos estado haciendo todo este tiempo, es pensar en las formas en que la infraestructura puede ayudar a mejorar la salud de nuestro medio ambiente, y las represas de castores son un buen ejemplo de infraestructura que de otro modo no existiría. apoya a otras poblaciones de animales”, dice Abe. “Es un motivador para la idea de que la energía hidroeléctrica puede ayudar a mejorar el medio ambiente en lugar de destruirlo”.

A través de nuevas turbinas seguras para los peces y otras características diseñadas para imitar las condiciones naturales de los ríos, los fundadores dicen que sus plantas pueden cerrar la brecha entre la eficiencia de la planta de energía y la sostenibilidad ambiental. Al modernizar las plantas hidroeléctricas existentes y desarrollar nuevos proyectos, los fundadores creen que pueden potenciar una industria hidroeléctrica que es, con mucho, la fuente más grande de electricidad renovable en el mundo, pero que no ha crecido en generación de energía tanto como la eólica y la solar en los últimos años.

“Las centrales hidroeléctricas se construyen hoy en día teniendo en cuenta solo la producción de energía, en contraposición a la idea de que si queremos desbloquear el crecimiento, tenemos que resolver tanto la eficiencia como la sostenibilidad del río”, dice Gia.

La misión de una vida

Los orígenes de Natel no provienen de un solo evento sino de toda una vida de eventos. El padre de Abe y Gia era un inventor y entusiasta de las energías renovables que diseñó y construyó la cabaña de troncos en la que crecieron. Sin televisión, el entretenimiento preferido de los niños era leer libros o estar al aire libre. El agua de su casa se bombeaba con energía generada mediante un molino de viento mecánico en el lado norte de la casa.

“Crecimos tendiendo ropa en un tendedero, y no porque fuéramos demasiado pobres para tener una secadora, sino porque todo sobre nuestra existencia y nuestro uso de energía estaba impulsado por la idea de que necesitábamos tomar decisiones conscientes sobre la sostenibilidad. ”, dice Abe.

Una de las cosas que fascinaba a ambos hermanos era la energía hidroeléctrica. En la escuela secundaria, Abe recuerda haber molestado a su amigo, que era bueno en matemáticas, para que lo ayudara con los diseños de nuevas turbinas hidroeléctricas.

Ambos hermanos admiten que venir al MIT fue un gran choque cultural, pero les encantó la atmósfera de resolución de problemas y espíritu empresarial que impregnaba el campus. Gia llegó al MIT en 1995 y se especializó en ingeniería química, mientras que Abe lo siguió tres años más tarde y se especializó en ingeniería mecánica para obtener su licenciatura y maestría.

Mientras tanto, nunca perdieron de vista la energía hidroeléctrica. En los Concursos de Emprendimiento de 100.000 dólares del MIT de 1998 (que eran los 50.000 dólares en ese momento), presentaron una idea para centrales hidroeléctricas basadas en un diseño de turbina lineal. Fueron nombrados finalistas en la competencia, pero aún querían más experiencia en la industria antes de comenzar una empresa. Después de graduarse, Abe trabajó como ingeniero mecánico e hizo algunos trabajos de consultoría con los operadores de pequeñas centrales hidroeléctricas, mientras que Gia trabajó en las oficinas de energía de algunas grandes compañías financieras.

En 2009, los hermanos, junto con su difunto padre, Daniel, recibieron una subvención de $200,000 para pequeñas empresas y lanzaron formalmente Natel Energy.

Entre 2009 y 2019, los fundadores trabajaron en un diseño de turbina lineal que Abe describe como turbinas en una cinta transportadora. Patentaron e implementaron el sistema en unos pocos sitios, pero el problema de garantizar el paso seguro de los peces permaneció.

Luego, los fundadores estaban haciendo algunos modelos que sugerían que podían lograr una alta eficiencia de la planta de energía utilizando un borde extremadamente redondeado en una pala de turbina, a diferencia de las palas afiladas que se usan típicamente para las turbinas hidroeléctricas. La idea les hizo darse cuenta de que si no necesitaban palas afiladas, tal vez no necesitaban una turbina nueva y compleja.

“Es tan contraintuitivo, pero dijimos que tal vez podamos lograr los mismos resultados con una turbina de hélice, que es el tipo más común”, dice Abe. “Comenzó como una broma, o un desafío, e hice algunos modelos y rápidamente me di cuenta: "¡Dios mío, esto realmente podría funcionar!" En lugar de tener un tren motriz con la complejidad de una década, tiene un tren motriz que tiene una parte móvil y casi ningún cambio en la carga, en un factor de forma al que está acostumbrada toda la industria”.

La turbina desarrollada por Natel presenta aspas gruesas que permiten que más del 99 por ciento de los peces pasen de manera segura, según pruebas de terceros. Las turbinas de Natel también permiten el paso de importantes sedimentos de ríos y pueden combinarse con estructuras que imitan las características naturales de los ríos, como atascos de troncos, presas de castores y arcos de roca.

“Queremos la máquina más eficiente posible, pero también queremos la máquina más segura posible para los peces, y esa intersección ha llevado a nuestra propiedad intelectual única”, dice Gia.

Energía hidroeléctrica de sobrealimentación

Natel ya instaló dos versiones de su última turbina, lo que llama Restoration Hydro Turbine, en plantas existentes en Maine y Oregón. La compañía espera que para fines de este año se desplieguen dos más, incluido uno en Europa, un mercado clave para Natel debido a sus regulaciones ambientales más estrictas para las centrales hidroeléctricas.

Desde su instalación, los fundadores dicen que las dos primeras turbinas han convertido más del 90 por ciento de la energía disponible en el agua en energía en la turbina, una eficiencia comparable a las turbinas convencionales.

De cara al futuro, Natel cree que sus sistemas tienen un papel importante que desempeñar en el impulso de la industria hidroeléctrica, que enfrenta un escrutinio cada vez mayor y una regulación ambiental que, de lo contrario, podría cerrar muchas plantas existentes. Por ejemplo, los fundadores dicen que las plantas hidroeléctricas que la compañía podría potencialmente modernizar en los EE. UU. y Europa tienen una capacidad total de alrededor de 30 gigavatios, suficiente para alimentar a millones de hogares.

Natel también tiene la ambición de construir plantas completamente nuevas en las muchas represas sin energía eléctrica en los EE. UU. y Europa. (Actualmente, solo el 3 por ciento de las 80,000 represas de los Estados Unidos están alimentadas). Los fundadores estiman que sus sistemas podrían generar alrededor de 48 gigavatios de electricidad nueva en los EE. UU. y Europa, el equivalente a más de 100 millones de paneles solares.

“Estamos buscando números que sean bastante significativos”, dice Gia. “Podríamos agregar sustancialmente a la base instalada existente y al mismo tiempo modernizar la base existente para continuar siendo productivos y cumplir con los requisitos ambientales modernos”.

En general, los fundadores ven la energía hidroeléctrica como una tecnología clave en nuestra transición hacia la energía sostenible, un sentimiento que se repite en una investigación reciente del MIT 

“Hoy en día, Hydro suministra la mayor parte de los servicios de confiabilidad de electricidad en muchas de estas áreas, como regulación de voltaje, regulación de frecuencia, almacenamiento”, dice Gia. “Eso es clave para entender: a medida que hacemos la transición a una red de carbono cero, necesitamos una red confiable, y la energía hidroeléctrica tiene un papel muy importante para apoyar eso. Particularmente cuando pensamos en hacer esta transición lo más rápido posible, vamos a necesitar todos los recursos de cero emisiones que podamos obtener”.

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