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Necesitamos energía limpia y almacenable
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Adolfo Marroquín Santoña | 14-03-2017 | 17:31

Una energía limpia es un sistema de producción de energía que excluye cualquier tipo de contaminación medioambiental, es decir que no provoca daños en la atmósfera, ni en los recursos hídricos, ni en el suelo o el subsuelo, etc. Son pues aquellas que no generan ningún tipo de residuos y en cuya producción no interviene ni la combustión, ni reacción química alguna.

Dicho lo anterior, es interesante hacer notar que los recursos capaces de producir este tipo de energía provienen de la propia naturaleza (el sol, el viento, el agua). Por tanto, no es casualidad que la mayor parte de energías limpias sean, además de limpias, renovables, es decir, recursos inagotables de los que siempre podremos disponer. En efecto, durante miles de millones de años, no hay que preocuparse de que el Sol vaya a apagarse, o de que un día deje de soplar el viento, o de que desaparezca el agua del planeta.

Aunque de momento, hoy por hoy, el conjunto de todas las energías renovables (solar, eólica, geotérmica, biomasa, hidroeléctrica, mareomotriz, etc.) no constituye una verdadera alternativa que nos permita prescindir de los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, esquistos bituminosos, etc.) o de la energía nuclear (reactores de fisión nuclear); eso no significa que no podamos, y hasta debamos, contemplar la posibilidad de un futuro modelo energético limpio y renovable.

En este punto nos encontramos con algunos serios problemas; el primero de ellos es que la demanda y el consumo de energía crece de forma alarmante, y eso a pesar de que los conocidos como países del tercer mundo, o países en vías de desarrollo, no han dado todavía el paso, al que tienen todo el derecho del mundo, de pasar a ser países desarrollados, en condiciones de igualdad con los del primer mundo. ¿Podría el mundo actual enfrentarse al escenario que supondría el que esos países nos llevaran a subir ese enorme escalón de consumo energético, sin suicidarnos globalmente, desde el punto de vista climático?

La respuesta es evidentemente NO, ni ahora ni dentro de varios decenios o incluso siglos. Pero planteemos otra pregunta ¿Podría ese mundo futuro abastecer el creciente consumo esperado y previsible, SÓLO con energías limpias y renovables? Nuevamente la respuesta, vista desde nuestros conocimientos actuales, sería NO, pero en este caso está en manos de la ciencia, y de su inseparable compañera la tecnología, el que esa respuesta se convierta en SI.

Un caso, en principio muy sencillo y evidente, pero que se lleva un importante porcentaje de consumo energético, es el tema de la climatización (frío-calor) de nuestras viviendas o, más en general, de todos nuestros recintos de ocio o de trabajo, individual o colectivo; consideremos los ciclos meteorológicos (día-noche) o los climáticos (verano-invierno) ¿No sería una magnífica solución utilizar el fresco de las madrugadas estivales para hacer más llevaderos los calores de las horas centrales de esos días? O pasando del caso diario al estacional ¿No sería estupendo guardar el calor del verano para calentar nuestros inviernos o el frío de esos inviernos para resolver el problema contrario en los veranos?

Pero lo malo es que “guardar energía térmica directamente” pasa por almacenarla y esa energía guardada requiere, en principio, grandes volúmenes y además tiende a escaparse por todas partes. No debemos por tanto pensar en almacenar energía térmica, sino que se debe recurrir a los llamados “vectores energéticos”, que se pueden definir como elementos “portadores de energía”, es decir que no son en sí una fuente de energía primaria, puesto que no se encuentran libres, y por tanto aprovechables directamente, en la naturaleza, pero sí son capaces de suministrarnos la energía a voluntad.

Ejemplos típicos de vectores energéticos son las baterías, las pilas, los condensadores, el hidrógeno, el agua contenida en una represa, y multitud de variantes más, como los volantes inerciales, o incluso los depósitos de aire comprimido o un simple resorte. Entre los citados, un ejemplo claro de vector energético es el hidrógeno, que puede obtenerse a partir de energías primarias.

A partir del agua (H2O) pueden separarse el hidrógeno y el oxígeno de sus moléculas por métodos electrolíticos, que se basan en la ruptura de la molécula de agua, según la reacción (Agua + Energía => Hidrógeno + Oxígeno) y posteriormente, en la combustión del hidrógeno, que es la más limpia que podemos imaginar, se produce la reacción en sentido inverso, es decir (Hidrógeno + Oxígeno => Energía + Agua).

Es decir, renunciando un poco al rigor de una explicación más detallada, partimos de agua, separamos sus componentes, y tras utilizar el hidrógeno para obtener energía, recuperamos el agua como residuo de la combustión. Por tanto, la acumulación de hidrógeno sería ya una forma de aproximación a la solución del problema de la acumulación de energía cuando está disponible para utilizarla cuando es necesaria. Y eso es tan sencillo, y a la vez tan complicado, como resolver eficaz y eficientemente el tema de su almacenamiento.

Pero las energías limpias y renovables, como la solar, la eólica o la hidroeléctrica, entre otras, tienen dos serios inconvenientes, el primero su discontinuidad en el suministro, ya que no siempre luce el sol, no siempre hay viento suficiente, no siempre llueve adecuadamente, etc., y el segundo que se trata de energía poco concentrada, por lo que hemos de recurrir a su concentración previa.

La penetración de fuentes renovables en las redes de los sistemas eléctricos de potencia, se ha incrementado notablemente en los últimos años. Sin embargo, la potencia suministrada por estas fuentes de energía no es tan segura y fácil de ajustar a los cambios en la demanda, como la potencia suministrada por los sistemas energéticos tradicionales. En consecuencia, y para garantizar la fiabilidad, calidad y continuidad de estos sistemas, se están integrando ya en las redes, simultáneamente con estas fuentes, dispositivos de almacenamiento de energía.

Pero si bien es cierto que la electricidad no se puede almacenar como tal, también es cierto que se puede recurrir a algunos vectores energéticos, con lo que se puede transformar en formas de energía almacenable. Para entender la necesidad del almacenamiento de energía eléctrica debe tenerse en cuenta que, en la actualidad, la generación y el consumo de electricidad no son ni constantes ni simultáneos, sino que varían fuertemente a lo largo del día, de la semana y por supuesto a lo largo del año.

Como hemos dicho, una de las principales limitaciones de las fuentes renovables de energía, como la solar fotovoltaica, la solar térmica o la eólica, es su intermitencia. El camino para que esas fuentes puedan sustituir eficazmente a las convencionales como los combustibles fósiles es, nuevamente, disponer de formas baratas (o al menos no demasiado caras) y masivas de almacenamiento de la energía que no se consume de inmediato.

En el caso concreto de la energía solar, uno de los grandes retos es la capacidad de almacenamiento, para poder aprovechar su uso cuando no luce el sol o durante la noche. La alternativa de acumular ese calor en sales minerales fundidas es una de las opciones de futuro que se está demostrando más operativa en este campo.

La tecnología solar más madura y extendida a escala comercial, es la cilindro-parabólica, en la que se utiliza un aceite sintético como fluido portador del calor, desde el campo de colectores, en el que ese aceite se calienta hasta una temperatura máxima de 300 a 400ºC, hasta la sala de alternadores, en los que se genera la energía eléctrica. Pero esa temperatura, siendo elevada, no es suficiente para que los alternadores funcionen con un rendimiento adecuado; por ello, en los últimos años la tecnología de torre ha ganado impulso respecto a la cilindro-parabólica. Las instalaciones de torre pueden utilizar como fluido de transferencia tanto vapor como sales inorgánicas que permiten mayores temperaturas de operación, en el rango de los 500 a 600ºC, lo que permite mayores eficiencias de conversión de la energía térmica a energía eléctrica.

En estas dos tecnologías, al igual que en cualquier otra central de generación de energía, los dispositivos de almacenamiento de energía térmica ayudan a estabilizar la producción, para alargar los periodos de suministro, lo que posibilitará una mayor integración de las energías renovables, en la red eléctrica de suministro, evitando vertidos indeseados de energía limpia en periodos valle, y al mismo tiempo aportará más seguridad al sistema eléctrico.

La energía eléctrica puede ser generada, transportada y transformada con facilidad, sin embargo, resulta muy complicado almacenarla en grandes cantidades, de ahí que una opción muy esperanzadora, pensada en concreto para los parques eólicos y para las centrales fotovoltaicas, sea el uso de hidrógeno como combustible limpio, porque es un elemento abundante en el Universo y además porque puede actuar como vector energético para el almacenamiento de energía, con la ventaja de que su reconversión en energía eléctrica, a través de las pilas de combustible, respeta el medio ambiente.

La empresa alemana Siemens ha construido la instalación más grande del mundo para el aprovechamiento del exceso de las energías renovables, consiguiendo procesar hasta seis megavatios de electricidad y almacenando el hidrógeno en contenedores especiales durante largos periodos de tiempo. Con ello, se consigue evitar que se desperdicie la energía eólica y solar fotovoltaica, que no puede ser inyectada a las redes eléctricas, por no coincidir su generación con la demanda.

Se piensa que la combinación del hidrógeno con las pilas de combustible podría tener un enorme futuro en la racionalización del aberrante modelo energético actual; naturalmente siempre y cuando el hidrógeno utilizado sea totalmente limpio, para lo cual debe haber sido producido mediante energías limpias, como la solar o la eólica,

Adolfo Marroquín Santoña

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Adolfo Marroquín, Doctor en Física, Geofísico, Ingeniero Técnico Industrial, Meteorólogo, Climatólogo, y desde 1965 huésped de Extremadura, una tierra magnífica, cuna y hogar de gente fantástica, donde he enseñado y he aprendido muchas cosas, he publicado numerosos artículos, impartido conferencias y dado clases a alumnos de todo tipo y nivel, desde el bachillerato hasta el doctorado. Desde este blog, trataré de contar curiosidades científicas, sobre el clima y sus cambios, la naturaleza, el medio ambiente, etc., de la forma más fácil y clara que me sea posible.