01 enero 2021
Ha sido un año marcado por la pandemia del Covid-19. El virus ha trastrocado nuestras vidas, arrasado con los sistemas sanitarios del mundo y puesto en jaque la economía mundial. Y provocado millones de víctimas entre contagiados y muertos. Naciones Unidas ha señalado que es “una advertencia de la naturaleza”, atacada por nuestro sistema de producción y consumo.
Muchas personas a lo largo y ancho del Planeta lo perciben y se preguntan si hay alguna salida para evitar el colapso climático. Y si la ciencia y la tecnología podrán ayudarnos…
Quizás ningún problema humano tenga soluciones mágicas, pero resolver el cambio climático podría ser la excepción si nos atreviéramos a considerar que los combustibles fósiles deben retornar al subsuelo, de donde los extrajimos.
Pero son muy pocos los audaces que se animan a plantearlo. Corporaciones y gobiernos tienen en ellos enormes fuentes de ingresos y postergan enfrentar el momento de “enterrar” la principal causa de contaminación global. Terminar con los combustibles fósiles (gas, petróleo y carbón) junto a los plásticos que generan, es la fórmula mágica para proteger el clima.
Mientras los líderes mundiales se resisten a ello, las temperaturas promedio han superado 1°C desde que los países se industrializaron por primera vez. Las previsiones –si no se termina con esas fuentes de energía– superaran los 3° para fines de este siglo, lo que asegura una respuesta catastrófica del clima.
Las temperaturas medias fluctúan de año en año, pero muestran una clara tendencia al calentamiento global en el último siglo (1°C desde 1861-1880 a 2017) con una trayectoria prevista de 2,9°C (2,1 a 3,9°) para final del siglo.
Ese calentamiento global de 1°C proviene esencialmente de emisiones humanas (95% entre 0,87 y 1,22°C). La organización CarbonBrief analizó 355 estudios que confirmaron una marcada influencia humana en los fenómenos meteorológicos extremos.
Si bien sería posible limitar el calentamiento a menos de 1,5°C, parece poco probable dada la infraestructura fósil existente, la insensatez de las corporaciones que la manejan y la complicidad de la mayoría de los gobiernos que rehúyen tomar acciones decisivas, sin una presión ciudadana consistente.
Los controles sobre el carbón han limitado en parte su uso, pero el gas natural y el petróleo nos siguen empujando hacia el precipicio climático. La creciente demanda de energía asentada en la quema de combustibles fósiles ha colocado en niveles récord las emisiones de dióxido de carbono, al menos hasta el freno de la pandemia.
UNA LUZ AL FINAL DEL TUNEL
Los ciudadanos se preguntan: ¿quién puede salvarnos del calentamiento global, si gobiernos y políticos siguen aceptando la presión y lobby (cuando no los sobornos) de las corporaciones que manejan el negocio global de los combustibles?
La esperanza está en la ciencia y la tecnología. Alrededor de todo el mundo, en miles de universidades y laboratorios, científicos e innovadores trabajan para encontrar soluciones esperanzadoras.
Debido a la pandemia, éste ha sido un año de transición para las energías renovables a nivel global. Pero IHS Markit, una de las consultoras más importantes del mundo, en su Informe sobre clima y tecnologías limpias anticipa que las renovables van a desarrollarse con mucha fuerza en los próximos cinco años (2021-2025).
En su Informe destaca en especial, que la energía solar fotovoltaica será el destino de la mitad de los 1,3 billones de dólares que se van a invertir hasta 2025. Roger Diwan, vicepresidente de IHS Markit, adelanta que las inversiones en renovables alcanzarán los 255.000 millones en 2021 y mantendrán niveles similares hasta el 2025, completando un acumulado de u$ 1,3 billones.
En agosto pasado, se conoció que Japón invertirá en ese período más de 100.000 millones de dólares en plantas de energía eólica y solar para aumentar al 27% la participación de las energías renovables en matriz para 2030, superando el objetivo de su 5º Plan Estratégico de Energía.
La energía solar fotovoltaica (PV) será la estrella de los próximos años, representando la mayor parte de las nuevas inversiones globales. IHS Markit calcula que representará un 54% de la inversión acumulada global en el sector de las energías renovables.
También la inversión global en energía eólica marina se incrementará entre 2021 y 2025, con un crecimiento de casi tres veces (hasta los u$s 170.000 millones) sobre los niveles de 2015-2019. Sólo se limitará la inversión en eólica terrestre (unos u$s 320.000 millones para el mismo período) solo debido al extraordinario gasto de capital del ciclo 2015-2019 cuando se invirtieron casi 365.000 millones de dólares.
Ello implicará que la capacidad instalada de las renovables (eólica y solar combinadas) superará en 2023 la del gas natural y en 2024 la del carbón.
AVANCES EXTRAORDINARIOS
En el campo de la energía, los avances para frenar el cambio climático son notales y pueden sintetizarse en tres grandes adelantos en materia de energías solar y eólica; baterías de almacenamiento (en especial, las utilizadas para vehículos eléctricos); y desarrollo de hidrógeno verde.
Energía solar y eólica:
El primero de los adelantos que se están proviene del campo de estas energías renovables. Durante décadas supimos que convertir el sol y el viento en electricidad a través de paneles solares y turbinas eólicas, permitiría no contaminar y lograr una fuente inagotable.
Pero quedaban muchos problemas por solucionar. Su costo era alto, la tecnología no era eficiente y había problemas para almacenar la energía lograda.
La buena noticia es que el avance de esas tecnologías ha logrado que hoy la generación de esas “energías limpias” sea eficiente y se haya logrado bajar sus costes a nivel mundial, hasta ser en la actualidad más baratas que los combustibles fósiles.
Además se está avanzando rápidamente en mejorar las tecnologías de almacenamiento para permitir y facilitar su distribución, ya que las energías renovables de lo contrario dependerían de las condiciones naturales de sol o viento para su provisión.
Las buenas nuevas son de tal magnitud que constituyen un soplo vivificador para la economía pos-pandemia. Por primera vez en la historia, las inversiones en energía solar y eólica superarán en 2021 a las de la energía fósil.
Ello significa que de manera irreversible ha comenzado la era de las renovables, con un mercado de más de un billón por año. La energía renovable ya representó más del 40% del crecimiento global en consumo de energía primaria en el 2019, mayor que cualquier otro combustible.
Los informes especializados dan cuenta que las renovables se convierten en 2040 en la mayor fuente de generación eléctrica a nivel mundial. Y que el ritmo al que la energía renovable penetra en el sistema energético global es más rápido que el de cualquier otro combustible en la historia.
A ello debe agregarse que será capaz de crear 20 millones de nuevos empleos en el mundo.
Los avances se han producido tanto los paneles fotovoltaicos, colectores solares térmicos y turbinas eólicas y minieólicas. Las que hoy se fabrican resultan mucho más limpias, flexibles y baratas que las que se producían hasta hace pocos años.
Los actuales paneles solares fotovoltaicos se basan en el silicio, pero están desarrollándose nuevos en base de carbono como materia prima, que si bien no alcanzan todavía el rendimiento de los de silicio, se caracterizan por sus menores costos de mantenimiento, menor consumo de energía en su fabricación y mayor flexibilidad estructural, además del reciclaje completo de los materiales que utiliza.
Las turbinas eólicas también han tenido importantes avances en su tecnología: han multiplicado por diez su potencia, lo que permite reducir el número de aerogeneradores de cada parque, con la consiguiente reducción del impacto sonoro y visual.
Vestas lanzó el pasado mes de septiembre, su turbina V164, de 10 MW de potencia, cuya instalación comercial será a partir de este año. Unos meses antes, General Electric había presentado la Haliade-X, la turbina eólica offshore más grande y potente de la actualidad, de 12 MW de potencia. El nuevo coloso tiene una altura tres veces superior a la Estatua de la Libertad.
Siemens Gamesa ya había anunciado a comienzos de año su nuevo aerogenerador marino (offshore) SG 10.0-193 DD, de 10 MW de potencia, con un rotor de palas de 193 metros de diámetro (más largas que un Airbus 380), cuya llegada al mercado está prevista para 2022. La nueva turbina incrementará en un 30% la producción anual de energía respecto de modelos anteriores. Un parque offshore de 20 aerogeneradores permitirá cubrir el consumo anual de electricidad de una ciudad del tamaño de Liverpool, según la empresa.
Para conseguir esos diámetros de rotor, fue imprescindible lograr avances en los diseños aerodinámicos y en la reducción del peso de las palas. Ello se logró por el desarrollo de materiales complejos y sofisticados, como fibras de vidrio y carbono y diferentes tipos y mezclas de resinas y otros materiales.
Lograr un aumento del diámetro del rotor de los aerogeneradores permite aumentar el área de captación de viento y optimizar la producción de energía, reduciendo costos.
Los adelantos son de tal magnitud y velocidad que los expertos aseguran que en los próximos dos años pasaremos de la actual capacidad de 360 MW a unos 14.000 MW para fines del 2023.
El extraordinario desarrollo ha sido acompañado de avances enormes en materia de hibridación de tecnologías renovables, lo que permite aprovechar varias fuentes de energía renovable a la vez y en la misma instalación (eólica, solar fotovoltaica, solar térmica, biomasa térmica, etc.)
La hibridación permite limitar el desacople del sol y el viento y obtener un mayor aprovechamiento de esas energías para el suministro eléctrico, lo que incrementa el rendimiento medio de cualquier planta generadora.
Almacenamiento de la energía:
Otro de los avances tecnológicos producidos está relacionado con el almacenamiento de la energía. Era clave poder lograr un eficiente almacenamiento para acumular energía en fases de alta generación, que permita atender el suministro en los momentos de mayor demanda de la red.
Esto nos conecta con un segundo campo de avances: el de las baterías de almacenamiento y en especial, las utilizadas para vehículos eléctricos, clave para alcanzar las metas de descarbonización total. Lograr que un 70% de la energía provenga para el 2050 de la energía eólica y solar requiere perfeccionar los sistemas de almacenamiento en baterías. Ello es crítico ya que permitirá la integración de las distintas tecnologías renovables.
La Real Academia de Ciencias de Suecia señaló esa importancia para fundamentar su decisión al otorgar el Nobel de Química 2019 a los científicos Stanley Whittingham, John B. Goodenough y Akira Yoshino, por el desarrollo de las baterías de iones de litio: “Las baterías de litio han revolucionado nuestras vidas y se usan desde los teléfonos móviles a los ordenadores portátiles y los vehículos eléctricos… el trabajo de estos tres científicos sentó las bases para una sociedad inalámbrica y libre de combustibles fósiles”.
La realidad es que, desde que ingresaron al mercado en 1991, las baterías de litio han revolucionado nuestras vidas. Se trata de un esfuerzo científico realizado desde diversas universidades y centros de investigación. A comienzos de la década de los setenta, a partir de la crisis del petróleo, el británico Stanley Whittingham, profesor de Oxford y Stanford, estableció las bases para la creación de las baterías de ion-litio, con el propósito de desarrollar tecnologías energéticas que no implicaran el uso de combustibles fósiles. Utilizó sulfuro de titanio y metal de litio como electrodos. Logró liberar el electrón más exterior del litio y fabricar la primera batería de litio funcional, que no resultó viable debido al carácter reactivo del litio metálico que la hacía peligrosamente explosiva.
A principios de los ’80, el físico alemán estadounidense John Goodenough, profesor de la Universidad de Texas, realizó avances importantes para potenciar este tipo de baterías, al incorporar óxido de cobalto, lo que las volvió más seguras. Su contribución consistió en duplicar el potencial de esa batería de litio, creando las condiciones adecuadas para hacerla más potente y útil.
Por su parte, los decisivos aportes del químico japonés Akira Yoshino, profesor de la Universidad de Meijo permiten considerarlo el inventor de la primera batería de iones de litio segura y viable, tras 40 años dedicado a explorar el campo de las baterías eléctricas. El propio Yoshino recuerda que “en los 80, (cuando) los dispositivos móviles se pusieron de moda, las pilas eran pesadas y limitadas a 1,5 voltios”.
En 1983 patentó la primera batería recargable de ion-litio, que cambió el mundo y posibilitó la expansión de los smartphones actuales: “Las baterías recargables han cambiado el mundo, alimentan a nuestra sociedad moderna y me siento muy honrado de verlas en la palma de la mano de todos”. Yoshino se siente especialmente orgulloso de la política de licencias de patentes de su compañía Asahi Kasei, que posibilitó que pudieran ser “fabricadas por todo el mundo”.
Posteriormente Goodenough contribuyó al desarrollo de una batería de iones de litio de estado sólido que supera a las baterías de iones de litio en densidad energética, rango de temperatura operativa y seguridad.
Ahora Yoshino se encuentra avocado a lograr avances en la batería del coche eléctrico, donde se enfrentan tres desafíos simultáneos: abaratar su coste, hacerlas más pequeñas y livianas e incrementar su capacidad de recorrido con una sola carga.
Para lograrlo el científico japonés apuesta a combinar los desarrollos de la industria de las baterías con los aportes de la inteligencia artificial y el internet de las cosas. “Cuando se combinen adecuadamente ofrecerán la solución natural… Esperamos cambiar el mundo otra vez”, promete Yoshino.
A medida que su peso y precio continúen cayendo, las baterías de litio pueden desempeñar un papel relevante en la descarbonización del sector del transporte al hacer que los vehículos eléctricos sean más baratos y actúen como un sistema de almacenamiento de electricidad que se pueda incorporar a la red.
Pero mientras el mundo de la ciencia hace sus enormes aportes y contribuye a que la flota mundial de vehículos eléctricos ya supere los 5 millones de automóviles (2018), la moda de los consumidores camina en sentido contrario, favoreciendo el crecimiento de los SUV o ‘Vehículo Deportivo Utilitario’ (40% de las ventas 2018) que funcionan con combustibles fósiles y son más pesados e ineficientes. La estupidez no tiene límites…
Desarrollo del hidrógeno verde:
Un tercer campo de avance es el del hidrógeno verde, otra forma de producción y almacenamiento de energía renovable a partir de extraer hidrógeno del agua mediante electrolizadores. El proceso conocido como Power-to-X, es una manera de almacenar energía en diferentes formas.
Una corriente eléctrica a través del agua permite recoger las moléculas de hidrógeno que se desprenden. Estas pueden quemarse para obtener calor, almacenarse en celdas de combustible o convertirse en productos químicos como el metano para procesos que requieren combustibles fósiles.
Se trata todavía de una industria incipiente. Aunque hay plantas en desarrollo, la demanda aún no tiene plena expansión y las regulaciones en muchos países no están vigentes, pero tanto en la UE como en EEUU hay un fuerte impulso por avanzar en esa dirección.
El hidrógeno aparece como una herramienta poderosa para resolver los desafíos del cambio climático y algunos expertos lo ven como la “energía verde del futuro”. El papel de hidrógeno como fuente de alimentación de los requerimientos energéticos del mundo fue el tema central de la XVI° Cumbre de la Energía renovable en el 2019 en Colorado (EEUU).
Para Chip Comins, fundador y CEO del American Renewable Energy Institute (AREI) la solución “es que todas las opciones de energía renovable trabajen juntas y colaboren como asociaciones estratégicas”. David Wortmann, de Energy Watch Group considera que el hidrógeno ‘verde’ es “una excelente manera de descarbonizar el sector de calefacción, movilidad y química”, y una solución para reducir un sector altamente contaminante que en gran medida se ha pasado por alto: la industria pesada.
Las altas temperaturas para procesar materiales industriales, como hormigón, hierro, acero y productos petroquímicos, es responsable del 10% de las emisiones globales de CO2, en especial de la industria del cemento.
“Pasarse al hidrógeno puede tener un gran impacto en muchos sectores –sostiene igualmente Jeff Rissmann, de Energy Innovation– y sería una de las principales formas de descarbonizar la economía global”.
Los partidarios del hidrógeno muestran que la dependencia de los combustibles fósiles no ha variado en las últimas décadas y solo el 20% de la electricidad del mundo proviene de energías renovables. El horizonte es que la demanda de energía continuará creciendo y que en 2050 será un 30-40% más alta que la actual, aún haciéndonos más eficientes en materia energética.
En tanto, el hidrógeno es el elemento más abundante en el universo y tiene el contenido de energía más alto de todos los combustibles, es considerado el combustible del futuro.
TERMINAR CON LOS COMBUSTIBLES FOSILES
El corazón del problema climático es la contaminación proveniente del uso de los combustibles fósiles. Mientras los subsidios mundiales a las energías renovables rondan los u$s 100.000 millones/año, excluyendo conexiones de red eléctrica y gestión de suministro, los subsidios mundiales a los combustibles fósiles oscilan entre 300.000 a 500.000 millones/año. Si se le añaden los costes de los daños al medio ambiente alrededor de cinco billones.
En la actualidad las nuevas energías renovables pueden ser más baratas que la construcción de nuevas plantas de combustibles fósiles incluso sin subsidios. De hecho en algunos lugares, los costes totales de nuevas instalaciones eólicas y solares fotovoltaicas son más bajos que los marginales de centrales eléctricas convencionales.
Quedan por solucionar problemas en el almacenamiento de energía a largo plazo, en calor industrial y aviación, que requieren avances tecnológicos y de costes para ser viables. Pero en ese camino está avanzando la ciencia muy rápidamente.
Y todos los estudios demuestran que resulta más barato no emitir CO2 que encontrar métodos para retirarlo del medioambiente.