10 motive pentru care cuprul contribuie la energia sustenabilă

10 motive pentru care cuprul contribuie la energia sustenabilă

Cuprul are o conductivitate electrică şi termică superioară, este foarte durabil şi poate fi reciclat 100% , fără pierderea performanţelor mecanice. Prezentăm 10 motive pentru care ar trebui ales cuprul pentru un sistem energetic sustenabil.

Cuprul este un excelent conductor electric şi termic

1. Prin adăugarea a 1 kg de cupru, emisiile de CO2 se reduc cu 100-7500 kg

Fiecare conductor dintr-un sistem electric are rezistivitate incorporată. Acest lucru înseamnă că o parte din energia electrică pe care o transportă este disipată sub formă de căldură şi se pierde ca energie utilă. Pentru un anumit diametru de conductor, aceste pierderi de energie pot fi reduse prin alegerea unui material cu o conductivitate electrică ridicată. Conductivitatea electrică al cuprului este al doilea după argint şi este cu 65% mai bună decât cel al aluminiului.

Pierderile de energie pot fi reduse în continuare prin creşterea diametrului conductorului. Deşi acest diametru nu poate fi mărit până la nesfârşit, mărimea optimă a conductorului, pentru bobinele transformatoarelor şi motoarelor, pentru cabluri electrice şi linii aeriene de transport este definită la o dimensiune  semnificativ mai mare, decât cea prevăzută de standardele actuale. Cantitatea emisiilor de carbon, pe kg-ul de cupru adăugat, se reduce cu 100-7500 kg  pe durata de viaţă al dispozitivului, în funcţie de aplicaţie [1-7].

2. Prin adăugarea a 1 kg cupru se economiseşte între 500-50000 kWh energie primară

Reducerea pierderilor de energie prin creşterea diametrului conductorului de cupru înseamnă că mai puţină energie electrică trebuie generată, transportată şi distribuită. Pe parcursul ciclului de viaţă al sistemului sunt economisite între 500 și 50000 kWh de energie primară, pentru fiecare kg de cupru utilizat [1-7]. Mai mult decât atât, aceste economii întârzie necesitatea de a mări capacitatea reţelei şi a altor infrastructuri.

3. Prin adăugarea a 1 kg de cupru se economisesc 24-2400 euro

Economiile de energie care provin din mărirea diametrului conductorului, duc, în marea majoritate a cazurilor, la o reducere a costului total pe ciclul de viaţă al sistemului. Pentru dispozitivele electrice folosite intens, cum ar fi cablurile, transformatoarele şi motoarele electrice, costul pierderilor de energie pe durata ciclului de viaţă reprezintă multiplul preţului de achiziţie. Cele 500-50000 kWh, care sunt salvate de fiecare kg de cupru agăugat, înseamnă o economie de 60-6000 de euro pentru UE (la preţul energiei electrice industriale de 0,12 €/kWh şi un factor de energie primară de 2,5).

4. Utilizarea cuprului rezultă un transfer termic foarte efficient

Asemănător conductivităţii electrice, conductivitatea termică al cuprului este al doilea după argint. Acest lucru transformă cuprul în materialul preferat al aplicațiilor la care este implicat transferul termic, de exemplu, la sistemele de aer condiţionat şi de instalaţii solare pentru acm. Conductivitatea termică ridicată reduce pierderile de căldură şi emisiile de carbon asociate cu ele.

 Cuprul, un material ecologic performant

5. Cuprul poate fi reciclat 100% fără pierderea performanţelor

Spre deosebire de conductorii din aluminiu, care trebuie fabricaţi din metal primar, conductorii de cupru pot fi fabricaţi din materiale reciclate 100%. În 2010, 44% din cererea totală de cupru din Europa a fost asigurată din reciclare. Energia necesară pentru reciclare reprezintă aproximativ 20% din cea necesară pentru producţia primară (din minerit). Mai mult,  valoarea relativ mare al cuprului, combinat cu reciclabilitatea uşoară, este un factor cheie în recuperarea şi reciclarea produselor ajunse la sfârşitul ciclului de viaţă, care altfel s-ar pierde.

6. Compactitatea cuprului economisește alte tipuri de materiale

Pentru eficienţă şi putere similară conductorul de cupru va avea o secţiune transversală cu aproximativ 40% mai mică decât cea a unui conductor de aluminiu asemănător. Această compactitate economiseşte, printre altele, materiale magnetice, materiale pentru carcasa motoarelor sau transformatoarelor, materiale de izolaţie pentru sârme şi cabluri, şi conductele de cablare în mediul urban. Toate acestea înseamnă avantaje economice (costuri mai reduse) şi ecologice (mai puţin material) evidente.

Un avantaj asemănător reprezintă utilizarea ţevilor de cupru pentru sistemele de aer condiţionat. Conductivitatea termică excelentă al cuprului, combinat cu rezistenţa mecanică mare, permite utilizarea unor ţevi cu diametre reduse care pot rezista la presiuni mari, necesare pentru refrigeranţi mai ecologici. În afară de îmbunătăţirea directă a eficienţei energetice, instalaţiile mai compacte economisesc material şi sunt mai ecologice.

Beneficii pe ciclul de viață cu utilizarea cuprului

7. Cuprul şi proprietăţile sale sunt durabile

Cuprul este un material durabil care continuă să funcţioneze pe parcursul ciclului de viaţă al unui produs, fără pierderea semnificativă a performanţelor. Este foarte puţin probabil ca motivul pentru care o aparatură ajunge la sfârşitul ciclului util de viaţă să fie cuprul.

8. Mai mult cupru înseamnă siguranţă şi fiabilitate mai mare

Degradarea (ex. a izolaţiei cablurilor sau al bobinelor motoarelor) este des cauzată de supraîncălzirea conductorului  care trebuie să transporte curent peste capacitatea pentru care este proiectat. Prin urmare, optimizarea diametrului conductorului reduce riscul de incendii induse electric, măreşte siguranţa, prelungeşte durata de viaţă, reduce costurile de întreţinere şi reduce necesitatea unei instalaţii back-up. Conductorii de cupru asigură îmbinări de înaltă calitate (sudate sau cu şuruburi). De obicei acestea sunt punctele slabe, iar îmbinările durabile îmbunătăţesc în mod semnificativ fiabilitatea sistemului energetic.

9. Cuprul are o rezistenţă mecanică excelentă

Rezistenţa mecanică a cuprului este de mare importanţă pentru aparatele electrice, care trebuie să reziste la forţa curenţilor de scurtcircuit şi pentru aplicaţii termice care trebuie să reziste la presiuni ridicate. Combinată cu conductivitatea sa electrică şi termică excelentă, rezistenţa mecanică mare a cuprului şi aliajelor sale, asigură utilizarea eficientă a resurselor, prin miniaturizare.

10. Cuprul este rezistent la coroziune

Deoarece cuprul dezvoltă propriul înveliş protector aderent,  are o rezistenţă excelentă la coroziune în toate tipurile de medii comune, inclusiv aerul atmosferic, apa potabilă, solul, în apa mării şi într-o mare varietate de produse chimice. Deoarece cuprul este la extrema catodică a seriei metalelor, este pasiv la coroziunea galvanică. Ca rezultat, cuprul îşi păstrează conductivitatea electrică şi termică excelentă de-a lungul anilor. Nici coroziunea nu influenţează rezistenţa mecanică al cuprului, unul dintre motivele pentru care materialul este extrem de durabil.

Referinţe

[1] EPD, May 2000, Product Specific Requirements for Rotating Electrical Machines, available from www.environdec.com
[2] European Commission – DG TREN, 1999, Save: Technical, economical and cost-benefit analyses of energy efficiency improvements in industrial three-phase induction motors
[3] THERMIE, December 1999, THERMIE STR-1678-98-UK: the Scope for Energy Saving in the EU through the Use of Energy-Efficient Distribution Transformers, available from www.leonardo-energy.org
[4] Leonardo ENERGY, R. Targosz (ed) et al, February 2005, Global energy savings potential from high efficiency distribution transformers, available from www.leonardo-energy.org
[5] Egemin Automation, 2011, consultancy note: Modified Cable Sizing Strategies/Potential Savings vs. Copper Usage
[6] Frederik Groeman, July 2000, Optimal reduction of energy losses in catenary wires for DC railway systems, ref 98430138-TDP 00-12709, available from www.leonardo-energy.org
[7] Frederik Groeman, November 2001, Benefits of upgrading the overhead line of a DC railway line in the Netherlands – a simulation case study, available from www.leonardo-energy.org