En busca del fuego (II)

«Si quieres conocer lo divino, siente el viento en tu cara y el calor del sol en tus manos» (Buda).

Las energías…¿ renovables?

El modelo energético ideal debería conjugar patrones de producción y consumo con el desarrollo social y ambiental, dando respuesta a las necesidades presentes sin comprometer las futuras. Todo ello de forma rentable y sostenible.

Ninguna de las fuentes de energía conocidas hoy en día se identifica plenamente con ese modelo ideal, y nadie tiene una idea contundente sobre lo que sucederá en el futuro, aunque no dejan de percibirse algunos indicios y también algunas pistas falsas.

Puesto que más de la mitad del petróleo se consume en automoción, parecería razonable pensar que la electricidad y el motor eléctrico son partes determinantes de la solución. La regulación anticontaminación de algunas ciudades y una opinión pública favorable han puesto de moda el coche eléctrico. Sin embargo, no nos dejemos engañar; al día de hoy el coche eléctrico es tan solo otra cara del problema. La electricidad que consumen procede mayoritariamente de fuentes convencionales, con el agravante de que en el proceso de transformación y transporte de la electricidad se pierden casi tres cuartas partes de la energía producida. En definitiva, el coche eléctrico no elimina los gases contaminantes; tan solo los cambia de lugar.

La electricidad no es más que un medio del que nos valemos para transportar la energía; lo que de verdad cuenta es la fuente de la que procede. Hay que generar energía eléctrica a partir de fuentes limpias y sostenibles.

¿En el viento está la solución?

A corto plazo, la energía eólica es una alternativa firme y bastante segura. Se trata de energía renovable, limpia y barata, de la que España cuenta ya con más de 23.000 megavatios de potencia instalados (en 2019 se prevé superar los 30.000 megavatios), aproximadamente el 4% de la producción mundial (550.000 megavatios). La planta eólica produce ya la cuarta parte de la electricidad total que consumimos, y países como China, Estados Unidos o Alemania han hecho también una apuesta común por este tipo de energía.

El elemento fundamental de las plantas eólicas es el aerogenerador. Son esas torres altas, de enormes aspas giratorias en su extremo, que vemos en el horizonte cuando viajamos en tren o por carretera. La forma del aspa se asemeja al ala de un avión, con un alabeo en una de sus caras que ofrece al aire un recorrido mayor por ella que por la superficie de la otra. Esto hace que el aire provoque una diferencia de presión entre ambas caras que favorece el giro del aspa. Se trata del conocido efecto Venturi, del que ya en su día hablamos al abordar la cuestión de «Por qué vuelan los aviones».

Don Quijote y los molinos de viento

El giro del aspa se transmite a través de un eje hasta un alternador que genera corriente eléctrica. Exactamente igual que las turbinas de vapor en las centrales termoeléctricas.

La potencia producida por estos dispositivos es de cierta consideración. Un solo aerogenerador podría satisfacer las necesidades de electricidad de una pequeña población.

El despliegue de parques eólicos no requiere grandes inversiones ni conlleva tampoco grandes gastos de mantenimiento. Desde las primeras instalaciones allá por los años ochenta, los costes de producción han caído a la mitad, caída que tiene mucho que ver con la madurez de una tecnología que ha permitido fabricar dispositivos cada vez más eficientes. También han influido factores relacionados con las economías de escala, evidentemente ligados al aumento de la planta instalada.

Molinos de viento actuales

La energía que produce un generador se incrementa en relación directa con el diámetro del área barrido por sus aspas, por lo que no es difícil adivinar cómo ha sido posible aumentar su eficiencia. Mientras que los aerogeneradores de los años ochenta tenían una altura de apenas 20 m y un diámetro de giro de 15 m, los que se instalan actualmente superan ya los 80 y 100 m respectivamente.

Hay quien opina que todavía queda margen para aumentar las dimensiones y la eficiencia de los aerogeneradores y, por supuesto, la planta instalada, lo que permitiría mantener la tendencia al alza en su rentabilidad. Sin embargo, tampoco faltan opiniones escépticas que manifiestan dudas acerca de si la tecnología eólica está alcanzando ya sus límites. Aumentar el tamaño de los aerogeneradores significaría también acrecentar los problemas logísticos de fabricación, transporte e instalación; en definitiva, aumentar los costes.

No es esta la única objeción que se plantea a la energía eólica: la instalación de parques es posible solo en zonas de características geográficas y climáticas muy específicas; zonas que, por otro lado, y con el fin de minimizar las pérdidas en el transporte de la energía, no pueden distar mucho de los puntos de consumo (de las ciudades). Todo esto está limitando considerablemente su proliferación.

Tampoco son desdeñables otros inconvenientes: producción de energía imprevisible, en la misma medida en que lo es el viento; impacto visual y contaminación del paisaje; alteración del suelo ocasionado por los cimientos de hormigón que sustentan las torres de los aerogeneradores; amenaza que suponen para algunas especies de animales voladores las aspas en movimiento; contaminación acústica en los alrededores de las torres, etc.

La energía eólica es limpia y rentable, lo que hace de ella una opción a tener muy en cuenta en los próximos años, aunque difícilmente será por sí sola la solución al problema energético del futuro.

Mirando al sol

En 1905, Albert Einstein publicó un controvertido artículo en el que explicaba los fundamentos del efecto fotoeléctrico (descubierto ocho años antes por Heinrich Hertz), lo que le valió el premio Nobel en 1921. El efecto fotoeléctrico consiste en la generación de una corriente eléctrica en un conductor cuando sobre él incide un rayo de luz.

Donald Trump mirando al sol directamente durante un eclipse

Las plantas solares por todos conocidas están sembradas de paneles de células fotovoltaicas que actúan como receptores de luz y, en virtud del efecto fotoeléctrico, también como generadores de corriente eléctrica.

Las células solares son dispositivos semiconductores que funcionan convirtiendo la luz del sol en electricidad, aunque lo hacen de una forma poco eficiente (su rendimiento está solo en torno al 20%). Esta es la principal razón por la que la energía fotovoltaica ha resultado tradicionalmente cara y poco competitiva; a pesar de lo cual, la necesidad de buscar alternativas a las energías convencionales contribuyó decisivamente a su crecimiento en los últimos años. El abaratamiento de las placas solares y de las baterías ha favorecido un crecimiento espectacular de la planta mundial fotovoltaica: en apenas una década se ha pasado de 15.000 megavatios instalados en todo el mundo a más de 400.000.

Siguiendo el perímetro de un círculo virtuoso, el crecimiento de la planta contribuye a su vez al abaratamiento de la tecnología: los precios bajan un 21% cada vez que se duplica la planta instalada (en los últimos diez años se ha duplicado varias veces).

Paneles solares en China

Entre los países que más han apostado por la energía fotovoltaica se encuentran China (130.000 megavatios instalados), Estados Unidos (51.000 megavatios), Japón (49.000 megavatios) y la India (18.000 megavatios). España, con sus casi 6.000 megavatios de planta instalada, se encuentra dentro de los diez primeros países productores, aunque los esfuerzos que hacen actualmente las administraciones públicas por impulsar este sector son mínimos.

Además de los relacionados con su discutida rentabilidad, las plantas fotovoltaicas tienen otros muchos inconvenientes: producen la energía solo cuando existe radiación solar (que no tiene por qué coincidir con los periodos de mayor consumo), lo que obliga a desplegar caros sistemas de baterías y acumuladores; el proceso de fabricación de los paneles solares es muy contaminante (se generan gases de efecto invernadero, como el trifloururo de nitrógeno y hexafloururo de azufre, mucho más perniciosos que el dióxido de carbono, y los materiales de las baterías producen residuos peligrosos al final de su vida útil); se ubican en lugares de fuerte radiación solar, normalmente alejados de los puntos de consumo, lo que ocasiona grandes pérdidas en el transporte; depende de factores climáticos y estacionales, etc.

Las plantas de producción de energía solar no siempre son fotovoltaicas. También puede aprovecharse de forma directa el calor de la radiación solar para producir electricidad.

En este caso no existe ningún tipo de combustión ni efecto fotovoltaico. El calor se capta mediante un sistema de espejos móviles (heliostatos) o captadores solares que concentran la radiación y el calor del sol sobre un punto o receptor solar.

En la figura se puede contemplar el despliegue de los captadores enfocando la luz del sol sobre un receptor situado en el extremo de una torre. El receptor solar consta de una serie de paneles de tubos que alcanzan una alta temperatura y por los que circula agua a presión. El vapor que se produce en ellos se envía a una turbina de vapor para generar electricidad.

La primera central térmica solar instalada en el mundo se encuentra en Sanlúcar la Mayor (Sevilla) y consta de una torre central rodeada por 624 heliostatos. Su capacidad de producción de energía es de 11 megavatios.

El sector de la energía solar está experimentando una fuerte transformación y no faltan voces autorizadas que manifiestan su confianza en que este tipo de energía se convierta en alternativa rentable y competitiva a  los combustibles fósiles. La realidad es que, al día de hoy, lo objetivo sería pensar que su contribución al modelo energético del futuro será importante, pero probablemente tampoco va a ser la solución definitiva.

Viajando al centro de la Tierra

La energía geotérmica es una energía renovable que se obtiene aprovechando el calor natural del subsuelo terrestre.

La presión en el interior de la Tierra es millones de veces la de su superficie, debido a la fuerza gravitatoria del propio planeta. Un aumento de presión conlleva siempre un aumento de temperatura (lo que es fácil de comprobar al hinchar la rueda de la bicicleta con una bomba de aire), razón por la cual en el interior de la Tierra se alcanzan temperaturas de casi 7.000 grados.

Este calor se transmite a veces hacia la superficie a través de conductos naturales, y lo percibimos en forma de termas, géiseres o erupciones volcánicas.

Géiser

El aprovechamiento de la energía geotérmica se consigue explotando yacimientos de agua caliente o de vapor de agua situados en el subsuelo terrestre.

Para acceder a estos yacimientos se realizan normalmente dos perforaciones; a través de la primera se extrae el agua caliente y por la otra se reabastece el acuífero reinyectando agua fría del exterior. Dependiendo de la temperatura del agua extraída, se habla de energía geotérmica de alta, media, baja o muy baja temperatura. La forma en que se aprovecha el calor es distinta en cada caso; desde generación de electricidad mediante turbinas movidas por vapor a la utilización del agua caliente sanitaria directamente en el hogar.

España tiene una producción total de energía geotérmica de 170 megavatios, aprovechados fundamentalmente para calefacción y suministro de agua caliente en hogares e invernaderos, siendo Galicia la comunidad pionera en la explotación de estos recursos.

A diferencia de las otras energías renovables, la geotérmica no depende de factores climáticos ni de la radiación del sol y está disponible a cualquier hora. Por sí sola sería además más que suficiente para solucionar todas nuestras necesidades presentes y futuras, pero desgraciadamente se trata de una energía dispersa y muy difícil de aprovechar. Por otro lado, aunque las instalaciones geotérmicas se caracterizan por bajos costes de mantenimiento, las inversiones iniciales necesarias son altas y generalmente consideradas por los inversores como poco seguras, debido al elevado riesgo geológico asociado a la perforación del subsuelo durante las primeras etapas de exploración. Este es uno de los principales frenos al desarrollo del sector.

¿Cultivamos energía?

Lo que habitualmente conocemos como biomasa en el contexto energético se refiere a un conjunto de recursos orgánicos que se utilizan para producir energía. Estos recursos pueden ser vegetales (madera, hojarasca, huesos de aceituna prensada, residuos forestales, desechos de agricultura…), estiércol, materiales orgánicos procedentes de aguas fecales y lodos de depuradoras o residuos orgánicos recuperados de las basuras domésticas.

Transformando las olas en energía

La energía se obtiene mediante la combustión directa de la biomasa en calderas o sintetizando a partir de ella combustibles como el biodiésel. Generalmente se utiliza directamente en calefacción (últimamente se han puesto muy de moda las calderas de pellets) y en ocasiones también para generar electricidad de forma industrial (aunque no es este un escenario muy común).

La biomasa es una fuente de energía renovable, aunque no limpia, ya que la combustión produce CO₂; sus defensores argumentan, no obstante, que el material vegetal quemado tan solo devuelve a la atmósfera el mismo dióxido de carbono que consumió durante la fotosíntesis a lo largo de su vida.

Por otro lado, es relativamente frecuente (sobre todo en algunos países de Latinoamérica) encontrar estaciones de servicio que dispensan alcohol como combustible para vehículos. Este alcohol se obtiene a partir de la fermentación de vegetales de alto contenido en hidratos de carbono (la caña de azúcar, por ejemplo), mediante un proceso de destilación que produce un etanol utilizable como combustible. También puede obtenerse este alcohol mediante un proceso de síntesis químico. El producto final se usa como combustible puro o mezclado con gasolina (alconafta).

El etanol es un combustible poco contaminante que puede producirse en cualquier parte de mundo, aunque sus costes de producción son elevados y se requieren además grandes extensiones de terreno para cultivar la materia prima. No falta quien señala con el dedo al bioetanol como culpable de la deforestación de muchas hectáreas de selva y de la invasión de grandes superficies agrícolas antes dedicadas a la producción de alimentos.

Energía hidráulica

La energía hidráulica es en realidad energía gravitatoria de agua embalsada en altura. Los grandes saltos de agua alimentan turbinas que hacen girar alternadores, generándose, como ya conocemos, corriente eléctrica.

Su aprovechamiento requiere construir grandes pantanos, circuitos hidráulicos para conducir el agua y la instalación de turbinas y equipos con los que generar electricidad. Todo ello implica inversiones millonarias y gastos de mantenimiento a lo largo de su vida útil.

En España, la energía hidráulica representa alrededor del 10% de la producción total (dependiendo de la pluviosidad estacional).

Existen centrales hidráulicas llamadas de bombeo que permiten ajustar la producción a la demanda. Cuando se registra un menor consumo de energía se utilizan bombas eléctricas hidráulicas (que pueden ser las mismas turbinas reversibles) para elevar agua desde un embalse inferior hasta el superior. Una vez efectuada esta operación, el agua almacenada en altura puede dejarse caer de nuevo sobre las turbinas cuando la demanda lo exija, repitiendo el ciclo de generación eléctrica.

La presa de Itaipú, una de las más grandes del mundo

Las principales plantas de generación de energía hidráulica en España están ubicadas en Aldeávila (Duero), Alcántara y Valdecañas (Tajo), Mequinenza y Ribarroja (Ebro), Vilarino (Tormes), San Esteban (Sil) y Belesar y Peares (Miño).

Ahora buscamos la energía en el mar

La fuerza gravitatoria del sol y la luna es la principal causa de las mareas. El agua sube de nivel y ocupa temporalmente espacios más altos que los que corresponden a su nivel de reposo en el mar.

El aprovechamiento de la energía de las mareas se realiza en las centrales mareomotrices. En ellas se embalsa el agua hasta el nivel máximo que puede alcanzar, dándole entrada a través de unas compuertas que se abren al subir la marea. Se cierran a continuación a la espera de que el mar recupere su altura normal, lo que deja al agua en un gran desnivel. Esta altura es aprovechada para lanzarla a través de turbinas y generar electricidad.

También se explota la energía mareomotriz dinámica, que aprovecha la energía cinética del movimiento de las aguas en las distintas fases de las mareas.