El futuro energético de la Humanidad se basa en la combinación de energías renovables y en la investigación, el abandono paulatino de los combustibles fósiles y el desarrollo de nuevas formas de energía, como la fotosíntesis artificial o la fusión nuclear. Mientras tanto, ya se puede vivir del Sol, del viento y el agua, sólo es cuestión de voluntad. Repasamos las razones para hacerlo.
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Sol, viento, mar y quizás fusión nuclear, justo lo contrario a la fisión nuclear que sí controlamos en centrales y bombas. Justo lo contrario de lo que hacemos hoy en masa. La Humanidad ha pasado por el mismo proceso de transición que vivimos hoy, varias veces. De vez en cuando una parte de nuestro mundo humano da un salto de gigante que obliga a reformularlo todo. Ocurrió con la revolución industrial, con el (re)descubrimiento de América y de las rutas de navegación planetarias, con la expansión del Islam y el cristianismo, con el desarrollo de la política, la filosofía y la protociencia en la Antigüedad, con las primeras tecnologías humanas, con el fuego… En el actual siglo una de esas fases transitorias la vivimos hoy, y afecta directamente a la energía, el maná del que depende toda nuestra civilización. En el fondo da igual de dónde venga o cómo la produzcamos, pero necesitamos energía.
Como el agua que bebemos o el aire que respiramos. La energía es la fuerza que mueve nuestro mundo a todos los niveles. Sin ella volveríamos a una suerte de Edad Media inviable. Y para conseguirla hacemos lo que sea. Por eso los métodos y técnicas de generación de energía pasan a ser un asunto primordial. Tanto más cuando sus efectos sobre el medio ambiente, el clima y la salud. Actualmente los combustibles fósiles se han convertido en la única vía para conseguir energía: los usamos para casi todo, y en todos los campos de desarrollo generan residuos y contaminación muy por encima de lo soportable. Sufre la vida, sufrimos nosotros, sufre el clima, y se están acabando. Con el precio del petróleo por los suelos parece contradictorio, pero en realidad estamos justo en el principio del fin. Existe ya una mayoría de población dispuesta a cambiar el modelo, de gobiernos medianamente sensibilizados en ese sentido, y de industrias que, al menos, han comprendido la necesidad de ese cambio. Pero el tiempo apremia. No podemos tardar mucho más, porque el petróleo ya escasea y la masa social contraria ya empieza a ser un clamor y a decidir situaciones políticas.
Frente a los que opinan que el petróleo durará un siglo más o que no se terminará, se impone la lucidez y la cordura de las energías renovables, que tienen dos grandes ventajas económicas: la primera, que como su nombre indica reducen costes ya que su principal elemento es perdurable en el tiempo y la mayoría de las veces, gratis; la segunda, que no generan contaminación ni residuos a los niveles a los que estamos acostumbrados hoy con los combustibles fósiles. Hay tres precedentes a pequeña escala: Islandia funciona con energía derivada de la fuerza termal de sus volcanes y por energía hidroeléctrica; la isla de El Hierro ya opera casi en exclusiva por sistemas renovables (eso sí para una población de menos de 30.000 habitantes) y un país entero como Portugal generó energía suficiente con estos métodos para operar sin problemas durante 107 horas seguidas. Y hablamos de un territorio europeo con más de 10 millones de personas. Lo que vamos a hacer es recordar (no hay espacio para mucho más) las principales formas de energía que protagonizarán el siglo XXI, en solitario o por combinación: tres actuales y dos futuras por separado.
Energía Solar. La luz del Sol es básicamente energía, fotones acelerados que viajan a la velocidad más alta posibles y que tienen un impacto directo en cualquier tipo de materia en el universo. Es creadora de la vida y también una fuerza con tanta capacidad energética que podría fundir cualquier planeta. Es capaz incluso de viajar miles de millones de km en el espacio. Y esa energía se puede atrapar y acumular a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética en células fotovoltaicas, colectores térmicos o heliostatos: en todos estos procesos la energía solar pasa de su estado natural a energía eléctrica. No hay que olvidar que la Tierra recibe el equivalente a 174 petavatios de radiación solar, y que sólo se pierde el 30% gracias a las diferentes capas de la atmósfera y la capacidad del suelo para atrapar ese calor.
El cálculo es que en una hora el planeta absorbía suficiente energía (con un total anual de 3,8 millones de exajulios) como para alimentar todo el consumo mundial de un año. Hagan el cálculo y sabrán por qué no necesitamos nada más. De hecho la energía solar recibida al año es el doble de toda la producida por el petróleo, el carbón, el uranio y el gas natural. El cálculo es que para el año 2100, salvo catástrofe o revolución energética por otra vía, el 70% de la energía consumida en el mundo será solar. Hay decenas de mecanismos y técnicas para aprovechar la luz, pero pueden dividirse en dos grandes grupos. Primero las tecnologías activas como paneles fotovoltaicos y colectores solares, que recolectan esa energía a través de procesos químicos o físicos. Y las pasivas se limitan a aprovechar tangencialmente la luz y el calor, como en el caso de la arquitectura (cuando se orientan los edificios hacia el Sol, el tipo de materiales de gran carga térmica o la dispersión de la luz solar…). Y aunque las aplicaciones son enormes y variadas, la energía solar fotovoltaica es la más desarrollada a nivel industrial porque es la que convierte luz solar en energía eléctrica.
Los paneles fotovoltaicos son asociaciones de células de silicio encerradas en una cápsula de etileno, vinilo y acetato por ambos lados y que por delante tienen vidrio y por detrás una capa de polímero termoplástico. Cada unidad queda luego asociada a otras en red en una estructura metálica para aumentar la eficiencia y resistencia. Cada panel completo se asocia luego a otros para crear una gran red. Cada célula produce energía gracias al efecto fotoeléctrico: la luz (radiación electromagnética) incide sobre un material semiconductor que atrapa esa luz; se produce entonces una reacción en la que los fotones golpean los átomos del semiconductor y liberan los electrones de estos átomos para crear esa corriente eléctrica aprovechable.
Energía Eólica. Tan antigua que ya era usada por las primeras civilizaciones. Esta energía, también de las más expandidas en su uso, y se basa en la capacidad de crear energía cinética a partir del movimiento de unas palas por las corrientes de aire en un molino de viento. Éste mueve las palas, la cuales crean un movimiento mecánico en un alternador que crea energía eléctrica. El mismo sistema se puede usar también en otros tipos de energía, como la hidroeléctrica. Todo se basa en palas y en un impulso natural que las mueve para crear electricidad en simples generadores. Fácil, barato y eterno. Actualmente la energía eólica utiliza sobre todo aerogeneradores conectados a las redes de distribución eólica. Cada grupo de aerogeneradores componen un parque eólico, que puede ser en tierra (sobre colinas, lomas o lugares donde haya una alta incidencia de corrientes de aire) o en el mar (clavados al fondo marino y sobresaliendo por encima de la superficie para aprovechar las fuertes corrientes de aire que se generan en el mar que, además, son más estables que sobre tierra y tienen menos impacto visual).
Sus ventajas logísticas son obvias: pueden generar electricidad en cualquier lugar donde se coloque, desde enclaves aislados a grandes ciudades. En 2014 la energía eólica representaba el 5% del total mundial, pero hay países como Dinamarca, capaces de cubrir un 25% de sus necesidades sólo con este tipo de energía. En España superó ese mismo año el 20%, apenas dos puntos por delante de la nuclear. Es el mayor ejemplo pero hay muchos otros países que ya cubren más porción de su factura eléctrica gracias a estas técnicas. Las ventajas medioambientales también son claras: es un recurso abundante, limpio y permite disminuir la dependencia de las centrales térmicas. Sus contras: los aerogeneradores son costosos de mantener, sobre todo si hay tormentas con fuerza suficiente como para arrancar palas o incluso derribar las estructuras; en el mar esas mismas tormentas y el continuo oleaje erosionan a mucha más velocidad los molinos, que en ocasiones también pueden provocar la muerte de muchas aves en migración.
Energía Maremotriz e hidroeléctrica. Tenemos el Sol, el viento, y falta el tercer gran elemento, el agua, y en dos formatos. La energía hidroeléctrica es quizás de las más explotadas en los últimos 150 años, una forma de generar gran cantidad de electricidad aprovechando el principio de la energía cinética y la fuerza del agua. Un embalse o presa acumula agua suficiente que, liberada y canalizada aprovechando la fuerza de la gravedad, hace mover palas u otros mecanismos una serie de turbinas que generan electricidad. En España hay decenas de ejemplos. Sin embargo, y ésa es su gran tara, la construcción de estas centrales asociadas a presas y embalses producen un gran impacto en el medio ambiente, normalmente negativo, ya que necesita de enormes terrenos para inundarlos que, en muchas ocasiones, ha provocado el traslado de pueblos y comarcas enteras o la destrucción de nichos ecológicos. No genera contaminación en forma de residuos, no es presa de especulaciones por combustibles, es inagotable pero sí una modelación del paisaje con unas consecuencias nada deseables a largo plazo para el entorno natural y humano. Y eso incluye la destrucción de ecosistemas de los ríos más abajo al cortar la vía natural desde la fuente a la desembocadura.
Por otro lado está la energía maremotriz, que utiliza el mismo principio pero adaptándose a la fuerza del oleaje del mar (llamada energía undimotriz, con un funcionamiento parecido al de la eólica pero con el agua) o de las corrientes marinas. El mismo mecanismo: una fuerza acuática mueve un mecanismo que genera un movimiento que a su vez se transforma en electricidad gracias a los alternadores. Se puede usar por varias vías: el efecto de las mareas, del oleaje en la costa o bien por corrientes submarinas que pueden ser usadas para generar un movimiento que se pueda transformar en electricidad. Y sin necesidad de combustibles ni produciendo ningún tipo de subproducto o residuo contaminante.
Su mayor problema, sin embargo, es parecido al de la hidroeléctrica: tienen que ser instalados en la costa o en los puertos, y salvo que se localicen puntos concretos donde la fuerza del mar sea especialmente dominante, no consigue generar a corto plazo una gran cantidad de energía utilizable. Las “presas de marea” son quizás las más voluminosas, que aprovechan toda la fuerza de la marea en la subida y la bajada y tienen forma de dique, con un gran impacto ambiental. Los generadores adaptados para aprovechar la corriente de marea son los más populares, por su bajo coste, su similitud con los aerogeneradores y por el pequeño impacto ecológico que producen.
Esquema de plantas maremotrices
Fotosíntesis artificial, la energía definitiva
Imaginen que el ser humano tuviera una forma de generar energía que dependiera sólo de la luz solar y que, además, generara combustibles derivados que pudieran ser usados en múltiples aplicaciones. Eso es la fotosíntesis, y cada vez estamos más cerca de reproducirla en laboratorio y a gran escala. Se trataría de la emulación de la fotosíntesis, quizás el proceso químico más perfecto que existe en el Universo para producir fuentes de energía inagotables. Si las plantas pueden, nosotros también. En 2015 los ingenieros del Caltech (EEUU) han logrado una película de óxido de níquel capaz de procesar la luz solar y usarla para separar el agua y producir combustible de hidrógeno. Si esta película se aplica sobre silicio (un semiconductor) evita la acumulación de óxido y facilita la producción de combustibles derivados de la energía solar tales como el metano o el hidrógeno. Este material, en complicidad con otros, podria acelerar el proceso hacia una transición energética futura. Sobre todo porque evita las reacciones químicas explosivas del hidrógeno y permite diseñar nuevos sistemas que realizan la fotosíntesis artificialmente seguros. Este proceso, con paneles que harían las veces de “hojas”, replican el proceso natural de la fotosíntesis que convierte la luz del sol, el agua y el dióxido de carbono en oxígeno y combustible en forma de hidratos de carbono o azúcares.
La “fotosíntesis artificial híbrida bioinorgánica” se convierte así en una posibilidad cada vez más real. El proceso de la fotosíntesis natural implica que la luz solar se transforma en energía que usan las plantas para sintetizar carbohidratos utilizando CO2 y agua en el proceso. Esos carbohidratos almacenan la energía química que usan las células de las plantas para vivir. Por el contrario, la fotosíntesis artificial híbrida utiliza una vía diferente. La energía solar se usa para dividir la molécula de agua en oxígeno e hiddrógeno, el cual se transporta a esos microbios que lo usarán para reducir el CO2 en metano. Esto se consigue con ayuda logística de una matriz de nanocables de silicio y óxido de titanio para capturar la energía solar que luego transmite a los microbios. El uso del hidrógeno para “fijar” el CO2 es toda una revolución que abre el proceso de la fotosíntesis a todo tipo de aplicaciones industriales.
Fusión nuclear, la energía eterna
Seguramente la habrán oído nombrar como “fusión fría”, el método inverso a la fisión nuclear que es el mecanismo por el cual las centrales nucleares genera energía y las cabezas atómicas explotan. En este caso se trata de bombardear una masa concreta con átomos a gran velocidad para producir una destrucción de las uniones atómicas, lo que produce una reacción en cadena que a su vez genera una inmensa cantidad de energía. Ahora bien, ¿y si se pudiera invertir el proceso, unir átomos para generar energía en lugar de destruirlos? Es decir, la fusión que se produce en el corazón del Sol y de todas las estrellas: la unión de núcleos de hidrógeno genera una reacción en cadena que hace brillar a los astros durante miles de millones de años. Muchos creen que es perfectamente viable emular esa reacción y aprovecharla controlando sus condiciones físicas. La idea es construir un reactor inverso que sea capaz de generar temperaturas decenas de veces más altas que en el Sol y producir como mínimo diez veces más energía de la que puede llegar a consumir.
Ese reactor todavía no existe, pero en Europa quieren construir el primer banco de pruebas de materiales y mecanismos de esa nueva forma de energía que, presumiblemente, sería infinita a escala humana. Se llamará IFMIF-Dones (por el que puja España como sede) y es un proyecto de la Unión Europea y Japón. Su futuro tiene dos pasos: primero, ser capaz de generar más energía de la que consume. Y segundo: convertir esa energía en electricidad de distribución útil por la red. Quieren que empiece a funcionar en 2025 con los primeros tests de materiales capaces de aguantar ese nivel de radiación y calor. Además funcionaría como un acelerador de partículas todavía más potente que el LHC de Ginebra.
