Cuando miramos el panorama energético actual, la primera impresión es que hay, no pocos, esfuerzos puestos en la investigación y desarrollo de nuevos vectores y fuentes de energía. Y a pesar de que los científicos están de acuerdo en la necesidad de reducir las emisiones de co2
las tecnologías renovables más avanzadas están demasiado a menudo basadas en recursos no renovables. Y no hay que olvidar que el otro gran problema de las energías no renovables es que son finitas, algo que, en principio, deberíamos evitar en las renovables.
Si bien en un universo con entropía la sostenibilidad es estrictamente una quimera, podemos aprender mucho de la forma como la naturaleza capta, almacena y usa la energía de forma eficiente. Nuestros retos tienen que ver con diferentes etapas de los proceso: los sistemas de captación de energía son frecuentemente dependientes, directa o indirectamente de recursos fósiles, el almacenamiento es muy ineficiente, el uso suelen ser derrochador y la eficiencia muy pobre al compararla a los sistemas vivos (por dar un dato se calcula que el
65% de la energía se pierde en la conversión a las formas de energía que usamos habitualmente).
Sol y metales rarosLa eficiencia de las células solares se mide por el porcentaje de luz que convierten a energía eléctrica. Las celdas solares de silicio han llegado a un 25% a finales de diciembre de 2008, pero las células solares multiunión pueden conseguir eficiencias superiores al 40%. Aunque estas últimas están llamadas a ser el futuro de la energía solar, deben su eficiencia a las características de un metal raro, el indio (unas 0’25 ppm en la corteza terrestre), que es mucho menos abundante que el silicio sobre la corteza terrestre.
El indio es un metal por el que hubo escaso interés en la historia. No ha suscitado interés de la industria hasta tiempos recientes. Usado como recubrimiento de motores de alto rendimiento en la segunda guerra mundial, y posteriormente como componente en transistores, hoy día la mayor parte del indio se usa en la fabricación de pantallas de LCD, una industria que ha incrementado el precio de metal hasta los 1000$ el kilo. Y ahí está el problema: las estimaciones hechas hasta la fecha, que no contemplaban una explosión en la demanda para células solares, dicen que queda indio para unos diez años. Hay que tener en cuenta también, dado el poco valor que tenía antes de la era electrónica, que algunos científicos piensan que hay más Indio del que pensamos, incluso algunos aseguran que podemos encontrar grandes depósitos provenientes de meteoritos
Si la energía solar tiene que ser una de las principales fuentes de energía, entonces encontrar una alternativa al Indio parece buena idea, o bien deberemos aceptar la mayor superficie y menor Tasa de Retorno Energético (TRE que algunos calculan inferior a 1) de las células de silicio. La buena noticia, es que parece ser posible aumentar el rendimiento y/o la longevidad de las placas de silicio. Hay actualmente en investigación otras placas solares desarrolladas con nanotecnología, que parecen dar solución a algunos de estos problemas, pero habrá que ver que TRE pueden conseguir.
El sueño del hidrógenoEse prometedor vector energético, con esperanzadoras eficiencias en la conversión a electricidad, y de relativa facilidad para almacenaje y transporte, también afronta un reto similar dice Paul Adcock de la compañía británica Intelligent Energy.
No se ha hallado todavía una forma barata de producir hidrógeno y a las nuevas aproximaciones, como la fotoproducción biológica de hidrógeno les queda todavía tiempo para ser comercialmente viables. Pero más allá de los retos tecnológicos, que parecen depender tan solo del tiempo para ser superados, también debe afrontar la escasez de un metal raro.
Las células de combustible de hidrógeno son la forma más efectiva de convertir el gas en electricidad. Pero éstas dependen del caro platino para catalizar la reacción. El problema es que la cantidad de platino hace que el indio parezca muy abundante (el platino se encuentra en unas 0.000003 ppm en la corteza terrestre) y se cotiza en $ por gramo, no por kilo. Las estimaciones dicen que si la flota actual se convirtiera a las células de combustible todo el platino del mundo se acabaría en 15 años.
Las células de combustible libres de platino están lejos de ser una realidad. Están en desarrollo diversas células de combustible catalizadas por níquel u otros metales, pero con un rendimiento del 10% respecto al de platino. La nanotecnología se presenta como una alternativa más efectiva y barata que el platino, pero de nuevo el camino hasta la prospección comercial es todavía largo.
Lo que se lleva el vientoHay otro recurso renovable con retos que afrontar, la energía eólica. Las turbinas crean electricidad mediante un proceso conocido como inducción electromagnética: moviendo un conductor (normalmente cable de cobre) en un campo electromagnético, lo que crea una corriente eléctrica. Es posible usar diferentes tipos de imanes o electroimanes en el generador, pero los más populares son los imanes formados por neodimio hierro y boro (tipo Nd2Fe14B) de gran intensidad de campo. Estos imanes son más baratos y potentes que los imanes de samario-cobalto, y son comunes en productos como auriculares, altavoces, discos duros de ordenadores, sensores etc.
Aunque el neodimio forma parte de las “tierras raras”, no se puede decir que esté en pequeñas cantidades (38 ppm de la corteza terrestre). El reto del neodimio es que nunca se encuentra en la naturaleza como elemento libre. Se encuentra en minerales tales como la arena de monacita ((Ce, La, Th, Nd, Y) PO4) y basanita ((Ce, La, Th, Nd, Y) (CO3) F), que presentan en su composición pequeñas cantidades de todos los metales de las tierras raras. También se puede encontrar en el metal de Misch. Pero en todos los casos es difícil separarlo de otros elementos de las tierras raras. En la actualidad se obtiene principalmente a través de un proceso de intercambio iónico y extracción con disolventes y por reducción de haluros anhidros (NdF
3, NdCl
3) con calcio. El gasto energético de estos procesos no es muy alto, pero tampoco negligible si tenemos en cuenta todo el proceso. Por otro lado el neodimio es tóxico (clasificado con una toxicidad moderada a pesar de haber muy pocos estudios sobre su seguridad) y cómo la mayoría de tierras raras debe manejarse con cuidado. En los animales acuáticos provoca daños a la membrana celular, lo que tiene varias influencias negativas en el sistema reproductivo y en las funciones del sistema nervioso. Las sales o polvos de neodimio son muy irritantes para membranas mucosas, ojos y en menor medida la piel. La inhalación de parículas puede causar trastornos pulmonares, y su acumulación puede desembocar en disfunciones hepáticas. De hecho se han intentado usar imanes de neodimio en aplicaciones biomédicas, pero hay problemas de biocompatibilidad. Por último lado no hay que olvidar que el magnetismo también sufre desgaste (calculado de un 1% de media y hasta de un 2% por año).
Del mismo modo que las celdas solares de indio y los catalizadores de platino, los generadores de neodimio no parecen cumplir, con el desarrollo actual, los estándares de sostenibilidad de las crecientes necesidades energéticas del mundo en expansión. De todos modos los aerogeneradores tienen un fácil sustituto del neodimio a mano, habrá que ver para los otros dos. A favor de los aerogeneradores está la relativamente alta tasa de retorno energético.
La energía de la biomasa y los agrocombustibles de primera generación comparten ciertas características. Los dos usan grandes cantidades de superficie terrestre, muy a menudo en forma de cultivos. No pocas veces implican la deforestación o reconversión de pastos, y aun suponiendo que no causaran problemas de competencia con el mercado alimentario (algo en lo que sí incurren actualmente) sus niveles de sostenibilidad quedan en entredicho por el sistema de producción y la ocupación de tierra.
A pesar de haber sido mencionados por algunos gobiernos (especialmente Gran Bretaña) como un pilar de un futuro sostenible, los últimos estudios relativizan tal afirmación. El informe Biomass: Carbon Sink or Carbon Sinner, de la agencia ambiental del mismo país (Environmental Agency o EA) oficializa lo que muchos científicos venían advirtiendo: para que el balance energético y de emisiones sea sostenible hace falta usar métodos de cultivo apropiados, normalmente ecológicos o de muy bajo nivel de insumos. Cabe resaltar que el mayor factor de emisiones de CO2 y gasto energético en la agricultura convencional se debe al uso de fertilizantes y pesticidas de síntesis, salvo en algunos casos en donde el manejo puede ser determinante. El problema es mayor cuando para la producción de cultivos energéticos se ocupan áreas anteriormente dedicadas a pastos o bosques, llegando incluso a ser más contaminantes, algunos casos que los combustibles fósiles. Pero el problema se extiende más allá de las emisiones y el gasto energético, los sistemas de cultivo actuales conducen a la pérdida de las capas superiores del suelo, la zona más fértil, por medio de la erosión del viento y la lluvia. En otros casos la acumulación de sales produce un daño difícilmente reversible. Y, la pérdida de fertilidad de los suelos del mundo es otro problema que no debería caer en el olvido.
Los biocombustibles de segunda generación, elaborados a partir de materias primas que no se destinan a la alimentación y que se cultivan en terrenos no agrícolas o marginales parecían dar solución a tal problema, todavía emiten CO2, aunque en cantidades menores que los combustibles fósiles, y están exentos de NOx y SOx. No obstante, parece que la fiebre por los biocombustibles ha ignorado en gran parte las nuevas ventajas. El caso paradigmático es el de la Jatropa. La
Jatropha curcas es un arbusto de la familia de las euphorbiaceae proveniente de India, capaz de producir considerables cantidades de aceite en sus semillas. Se puede cultivar en zonas áridas requiere poco fertilizante, agua e insumos agrícolas, combate la desertificación y no requiere replantación ya que vive entre 40 y 50 años. El único inconveniente es que sólo crece bien en climas calientes, ya que no soporta las heladas.
Esta prometedora planta ha sido causa de discordia desde que se descubrió su potencial. Su mayor ventaja, la de ocupar tierras no cultivables ha sido ignorada rápidamente. De hecho los impactos resultantes han sido considerables: de ocupación de tierras agrícolas para el cultivo, conversiones forzadas de cultivos tradicionales, desplazamiento de poblaciones rurales, biopiratería (en concreto la multinacional D1), amenaza a la diversidad biológica... Algunos científicos, como Vandana Shiva han sido muy críticos con la forma con que se extiende la tecnología. Como a menudo sucede, la aplicación científica cae en manos codiciosas, lo que limita el potencial, y repercute en la opinión pública.
Los biocombustibles de tercera generación provienen del campo de la biología sintética y la biotecnología. Van enfocados a la manipulación de cultivos para la mejora de rendimientos, mayor facilidad de conversión a biocombustibles u otras aplicaciones del estilo. La cara más conocida es de este campo es Craig Venter, involucrado en la secuenciación del genoma del árbol del aceite de palma. El inconveniente en este caso es aquél implícito en las tecnologías del ADN recombinante, cuya seguridad ha quedado en entredicho últimamente. Los organismos modificados genéticamente ya causan mucho rechazo en la sociedad europea y otros lugares, habrá que ver que paso cuando vienen en forma de biocombustibles.
Los biocombustibles de cuarta generación acoplan la tecnología de secuestro y almacenaje de carbono (o CCS en sus siglas en inglés) para producir biocombustibles con balance negativo de emisiones. También incluyen organismos transgénicos que ayuden a conseguir un balance más negativo, tanto en las cosechas como en los procesos biotecnológicos de extracción. La viabilidad y fiabilidad de las tecnologías CCS todavía está por ver, ya que hay pocos proyectos en marcha. Tendremos que esperar a que se avance en el estudio.
Cabe mencionar un tipo de fuente específica para la producción de biocombustible (a veces llamado también de tercera generación aunque no implica generalmente la manipulación genética): las algas. La primera planta en el mundo para producir industrialmente biocombustible a partir de algas se está construyendo este año en México y comenzará a operar a finales de 2010, con una oferta energética que a mediano plazo equivaldrá a la mitad de la producción actual de Brasil, vanguardia en la producción de biocombustibles a partir de la caña de azúcar. La algas son organismos con un espectacular crecimiento, de pocos requerimientos y pueden producir hasta 30 veces más por hectárea que otros cultivos energéticos como la soja. El principal problema es la extracción del biocombustible que todavía es complicada, pero los estudios recientes presentan un futuro prometedor.
En resumen, las tecnologías de biocombustibles avanzan rápido. El chasco de los biocombustibles de primera generación ha generado mala prensa, a la vez que impulsado la investigación y desarrollo de biocombustibles avanzados, de mayores rendimientos y menores emisiones. No obstante quedan preguntas por contestar e investigaciones por hacer, y la que más me preocupa es la que no depende de los científicos. ¿Serán el gobierno y la industria capaces de implantar los biocombustibles de forma sostenible? Es decir que no compitan realmente con la alimentación, que no pongan en riesgo la biodiversidad, dañen la fertilidad de los suelos, respeten la ecología, y prevean una limitación al máximo de área a ocupar para tal fin.
¿La PanaGea?Algunos entusiastas apuntan a la energía geotérmica como el futuro. Y no es extraño, tras leer el artículo del MIT (The future of geothermal energy. 2006) uno se queda sorprendido de las posibilidades de esta tecnología: hay unos 13.000 ZJ/año disponibles en la Tierra, 2.000 ZJ/año de los cuales son posibles de obtener fácilmente en un periodo corto de tiempo. Los humanos usamos 0,5 ZJ/año.
Entonces ¿Cual es el problema? Las otras fuentes de energía comercializadas, mencionadas hasta ahora no cumplen las expectativas de un o más factores: abundancia, eficiencia, sostenibilidad o fiabilidad. Pero la geotérmica no usa materiales escasos ni recursos fósiles, es muy abundante, no depende de la climatología (o negligible comparado con la solar y la eólica) y parece adecuada para satisfacer las necesidades de las economías emergentes.
Hay muchos tipos de instalaciones geotérmicas. Genéricamente podemos hablar de las que usan agua (hidrotérmicas), el calor de los rayos del sol a poca profundidad, las que usan el calor producido a altas profundidades que poseen mayor eficiencia y capacidad (dentro de este tipo se encuentran las EGS o Sistemas Geotérmicos Mejorados en sus siglas en inglés). En éstas últimas, el proceso de generación de electricidad en las centrales geotérmicas inyectan agua a varios kilómetros de profundidad, donde se produce un intercambio de calor con las rocas. El agua se calienta y se devuelve a la superficie donde es usada para generar electricidad, normalmente el vapor mueve un generador. El agua es reinyectada después, volviendo a empezar el ciclo.
El primer inconveniente de esta tecnología es que requiere de una tipología de terreno especial que posea reserva geotérmica (cierta temperatura a cierta profundidad), lo que normalmente las emplaza en fallas o zonas con riesgo sísmico. Requiere considerables cantidades de agua, lo que la hace no apta para zonas áridas. Los costes de perforación, construcción y mantenimiento son altos, y frenan los inversores, pero según MIT usando la energía geotérmica mejorada (EGS en sus siglas en inglés) podrían disminuir los costes considerablemente. Por otro lado si es usada a escala mundial, y más allá de impacto ambiental local (que suele ser menor que el de las demás formas de energía renovable), debemos preguntamos sobre el hecho de estar sacando calor continuamente del interior del planeta y extrayéndolo hasta la atmosfera. Algo que no parece muy adecuado (aunque el análisis de impacto del MIT no lo ve como un peligro por las pequeñas magnitudes), se ha especulado sobre generadores subterráneos, pero todavía queda mucho camino por recorrer.
A menudo olvidada, no se dedicó ningún espacio en la última Financial Times Energy Conference en Londres, la energía geotérmica parece ser la única renovable en satisfacer los criterios mínimos para ser considerada sostenible. Una energía al parecer sin emisiones durante el funcionamiento (incluido el CO2), de bajo impacto ambiental, inagotable (a escala humana claro) y no fluctuante. Quedan algunos retos que superar, como los depósitos de silicio que se forman cuando se enfría el agua, mejorar la tecnología de extracción y perforación y controlar el riesgo de seísmos, pero sin duda parece encajar en un futuro basado en la sostenibilidad. Comparte dos de los mayores retos con otras renovables, por eso la distribución y almacenaje de energía.
El agujero negro: almacenando energíaEl mayor problema al que se enfrentan las renovables es la poca capacidad de regulación que tenemos sobre las mismas. Para poder aprovechar los picos de producción de algunas de las tecnologías renovables, la opción más lógica sería almacenar la energía no consumida en baterías para poder usarla en los momentos de mayor demanda. Las baterías son también la herramienta básica para la construcción de coches híbridos, cuya demanda crecerá exponencialmente en los próximos años. El litio es la materia prima principal para la construcción de estas baterías y afortunadamente es mucho más abundante que los metales anteriormente citados. Pero desde luego es conveniente encontrar alternativas que pudieran evitar una dependencia del litio en la economía y tuvieran una toxicidad menor.
Hasta ahora hemos hablado de algunos de los sistemas de captación, que como el lector habrá notado, más que afrontarse a problemas unívocos presenta retos de muy diversa índole. La conclusión que se puede extraer es que no hay una solución única. La diversidad debe ser una característica intrínseca de nuestro futuro escenario energético. Y otro imperativo debería ser la descentralización de las redes energéticas. Como argumenta Jeremy Rifkin, mejora su autonomía, estabilidad y resiliencia, el claro ejemplo lo tenemos con Internet; pero parece que la descentralización choca con muchos intereses de gobiernos y grandes lobbies empresariales.
Del mismo modo que las emisiones de CO2 son una prioridad, también deberían serlo la disponibilidad de materiales en los productos para comercializar a gran escala, y sobretodo el diseño de una red energética diversa y descentralizada, que sea fiable, sostenible, de uso local, con poca distribución, poco almacenamiento y muchos lugares de producción. Aunque el tema de la descentralización se merece un post íntegro. Ya hablaremos más adelante.
Como hemos visto, las energías renovables son la esperanza para un desarrollo sostenible, pero será necesaria la superación de retos tecnológicos, e incluso económico-sociales, para que las energías que hoy conocemos como renovables puedan ser realmente sostenibles. Una advertencia que nos recuerda que la energía más sostenible es aquella que no se consume.
Uno de los mejores documentales que he visto últimamente. Imágenes impresionantes, tomas sin precedentes y un hilo argumental de exquisita delicadeza. No se me ocurre mejor introducción para presentar este excelente documetal que la carta de presentación del propio autor.
