Energía solar

Es una energía asociada a la radiación del Sol. Procede de la energía nuclear interna (energía de fusión). Se suele describir como energía radiante o radiación. Su aprovechamiento se suele acometer mediante transformación en energía térmica o en energía eléctrica. A su vez la transformación en energía eléctrica se puede conseguir mediante paneles fotovoltaicos o por transformación indirecta a partir de la energía térmica obtenida. La energía solar es limpia, produce o se puede aprovechar por transformación directa y, aunque muy lentamente, comienza a ser competitiva. Presenta el problema de ser difícil de almacenar.

La acumulación de calor mediante el empleo de paneles expuestos al Sol, por los que circula un fluido que se calienta, puede ser una alternativa válida para el aprovechamiento de la energía solar, ya que en los países desarrollados el 5% de la energía consumida se emplea en calentar agua. En cuanto a producción de electricidad empleando paneles fotovoltaicos (construidos con SiO₂), éstos son capaces de transformar solo el 20% de la energía recibida. La construcción de estos paneles, a pesar de lo abundante de la materia prima empleada en su construcción, resulta muy cara debido a la complicada tecnología de construcción.

ENERGÍA SOLAR             La tierra recibe enormes cantidades de energía del Sol, se podría establecer la cantidad media en 1kW por metro cuadrado.             Cada año la biomasa almacena 10 veces más energía del Sol que la que los hombres gastan en sus diferentes formas.             Un 1% de la energía recibida del Sol equivale a la energía que se obtiene de los combustibles fósiles que quema la humanidad durante un año.             Si se pudiera recuperar la energía solar que la superficie de la Tierra recibe durante cinco minutos, se podrían atender las demandas de energías del hombre en los niveles de consumo actuales.

La cantidad de energía que recibimos del  Sol es de tal envergadura, que con una pequeña porción de ella se podrían satisfacer todas las necesidades energéticas del hombre. Evidentemente, el problema estriba en que no se dispone de la tecnología adecuada para transformar la radiación recibida del Sol en otros tipos de energía. De momento, sólo la vida vegetal es capaz de utilizar esta energía de forma eficaz, de manera que el hombre aprovecha este paso intermedio para recuperar indirectamente parte de la energía solar.

Por supuesto que se han realizado intentos importantes para atrapar la energía del Sol, los más llamativos son aquellos formados por grades extensiones de espejos (cerca de una hectárea en el desierto de Mohave [California]) que concentran el calor recibido sobre un punto con la intención de aprovecharlo para generar vapor de agua que a su vez se emplea para mover una turbina y producir energía eléctrica. El aspecto de la instalación es espectacular, pero con un impacto, en cuanto a la generación de energía, completamente marginal. No obstante para una evaluación más correcta de la competitividad  de la energía solar se deberían considerar los costes medioambientales y las repercusiones sobre la salud del hombre del empleo de otras fuentes de energía, ya que bajo estas condiciones las células fotovoltaicas estarían cerca de ser competitivas.

Energías alternativas

Las energías convencionales atienden, en conjunto, a un 95% del total de la demanda de energía en el mundo. Después del análisis realizado en el que se ha concluido el agotamiento de las más utilizadas, el escaso margen de aumento de la hidráulica y la previsible disminución en el uso de la nuclear se pone de manifiesto la urgente necesidad de encontrar fuentes de energía que se puedan considerar alternativas válidas.

Generalmente al hablar de esta cuestión nos solemos referir a las denominadas energías renovables, que serían aquellas de las que no se debe esperar su agotamiento por estarse generando continuamente y por no desaparecer al aprovechar su energía en energía útil. No obstante este carácter de renovables no las hace ser ni seguras, ni constantes en cuanto a su cantidad. La mayor parte de las energías renovables están vinculadas a la energía solar y a los fenómenos meteorológicos y ni la una ni los otros tienen un comportamiento constante y completamente predecible.

Son energías renovables la hidráulica, eólica, solar, geotérmica, la biomasa y la generada por las mareas y las olas, y cada una de ellas presenta dependencias difícilmente calculables como: caudales de los ríos que a su vez son función de las precipitaciones en forma de lluvia a lo largo del año, calentamiento diferencial del aire en zonas adyacentes o lejanas entre sí, presencia o no de nubes que afecten a la energía del Sol que llega a la Tierra y la meteorología en general que mejora o estropea las cosechas agrícolas y forestales. Así pues al hablar de este tipo de energías y recursos deberemos movernos en el uso de valores medios sobre los que se podrá tener cierta seguridad.

A la hora de analizar las posibilidades de estas energías en cuanto a sus potenciales aportaciones a la demanda global, habremos de tener en cuenta los siguientes parámetros:

• Otras energías, que no siendo renovables, pueden tener interés por su aportación a las reservas sin consecuencias negativas sobre el efecto invernadero.
• Otras energías que por su aportación como nuevos recursos en mejores o similares condiciones a los actualmente utilizados (energía geotérmica, hidratos de gas, residuos, etc.).
• Métodos que incrementen la eficiencia de la energía utilizada (cogeneración, reciclaje, recuperación de energías residuales, aislamiento, etc.).

La mayor parte de los países desarrollados, después de la crisis del petróleo de los años setenta, impulsaron investigaciones en el campo del desarrollo de fuentes alternativas de energía. A pesar del impulso dado, el empleo global de energías alternativas no va más allá del 5%.

Otra cuestiones han motivado recientemente que se hagan propuestas serias para cambiar esta situación y conseguir sustituir el empleo de las energías tradicionales, especialmente los combustibles fósiles, por aportaciones más importantes de otras energías.

Energía convencional: Energía nuclear

Las transformaciones que se pueden producir en los átomos con procesos de fisión y, en su caso, de fusión para dar lugar a la formación de otros átomos, se produce con intercambio de enormes cantidades de energía que se deberá considerar como primaria, y que se pueden aprovechar para su transformación en energía eléctrica.

El inicio del uso de la fisión nuclear como fuente de energía debe situarse en la mitad del siglo XX, concretamente en el año 1958 cuando se instala, en Inglaterra, la primera central nuclear comercial para la producción de energía eléctrica.

Central nuclear francesa

El desarrollo fue tan rápido que en el año 1990 ya eran 420 los reactores que funcionaban en el mundo con esta misma finalidad. No obstante las circunstancias que rodean a este tipo de producción de energía y las moratorias y prohibiciones de los últimos años han disminuido la velocidad de implantación, de manera que el aumento durante los últimos años ha sido mucho menor, llegando al año 2003 con 440 instalaciones nucleares en funcionamiento y alguna más en construcción. Las instalaciones existentes en 1993 producían más de dos billones de kWh y, ya entonces, las previsiones apuntaban que para el año 2015 el aumento de producción no sería importante. La contribución actual de la producción de energía eléctrica de origen nuclear al consumo total de energía en el mundo es algo mayor del 15%.

Este tipo de energía ha alcanzado este relativamente alto grado de implantación solo en países desarrollados que, en conjunto, reunen del orden del 90% del total de las instalaciones.

Uranio

La energía nuclear de fisión procede de la ruptura provocada mediante bombardeo con neutrones del átomo de uranio 235 (U 235). Se trata de un elemento poco abundante en la naturaleza en la que se encuentra en proporciones de 1: 130 junto al U 238. Para su uso es preciso someter el mineral y el propio uranio a complicados procesos incluidos procesos de enriquecimiento hasta alcanzar concentraciones superiores al 3%. Las zonas del mundo en las que se encuentran las mayores reservas de U son África, Norteamérica y Australia, en este orden, entre las que acumulan casi el 85% de dichas reservas mundiales. No obstante, teniendo en cuenta que con muy poca materia prima se producen enormes cantidades de energía no parece que las reservas de U 235 representen un problema especial con esta energía.

Junto a esta consideración, la energía nuclear presenta como ventajas considerables la no producción de CO2, el disponer la tecnología suficiente desarrollada y el resultar barata a pesar del alto coste de las instalaciones. Los mayores problemas vinculados se derivan de la generación de residuos radiactivos de alta intensidad y de la falta de alternativas válidas o de tecnologías adecuadas para su gestión. Evidentemente junto a esta desventaja, y directamente vinculado a ella está el problema de la radiación cuyos terribles efectos quedaron de manifiesto tras el lanzamiento de las bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki durante la Segunda Guerra Mundial, y la posibilidad, poco probable, de que se produzca algún accidente que libere cantidades importantes de radiación.

ENERGÍA NUCLEAR Aunque no todos los países, la mayoría ha optado por no instalar o no aumentar la instalación de centrales nucleares. +Producción no contaminante y no emite CO2. +Tecnología perfectamente desarrollada. +Con poca materia prima produce mucha energía. +Energía barata y grandes reservas de uranio. -Instalaciones caras. -Residuos peligrosos y de larga duración. -Peligro de accidentes muy graves. Algunos países tienen un considerable grado de dependencia.

Central nuclear de Fukushima

A lo largo de la historia de las centrales nucleares se han producido tres accidentes que pudieran tener consecuencias de escape de radiación nuclear. En el caso de Tree Mile Island (1979) las adecuadas condiciones de seguridad impidieron, a pesar de algunos errores cometidos, que el accidente tuviera repercusión alguna hacia el exterior. El accidente de Chernobil (1986) con un reactor muy inestable a baja potencia (tipo de reactor muy poco usado aunque hay alguno instalado en Inglaterra), sin edificio protector, con un cúmulo de circunstancias imputables en diversa medida a errores técnicos y equivocadas decisiones políticas y una tremenda irresponsabilidad al no informar a los países vecinos de los acontecimientos que se estaban produciendo, tuvo las consecuencias ya conocidas de muertos y afectados (más de 350.000) y las que se derivarán de la larga permanencia  de la radiación en buena parte de las zonas cercanas al accidente. Y el más reciente, el accidente de la central nuclear de Fukushima en 2011, provocado por un tsunami en la costa nororiental de Japón que destrozó dicha central fundiendo los reactores y generando fugas radiactivas. A día de hoy, los técnicos siguen trabajando en la contención de fugas de agua radiactivas. El terremoto y el tsunami mataron a 15.884 personas y 2.636 continúan desparecidas. Unas 267.000 personas siguen evacuadas, de las cuales muchas de ellas posiblemente nunca puedan regresar a sus hogares. Aunque nadie murió directamente como consecuencia del accidente nuclear, más de 1600 vecinos de la zona han fallecido de stress y otras enfermedades relacionadas con la catástrofe.

La gestión que en la actualidad se está dando a los residuos radiactivos se limita a encontrar las mejores condiciones posibles para su almacenamiento, evitando el escape de radiaciones. Los procedimientos utilizados están mostrando ser eficaces pero la verdadera esperanza está puesta en recuperar la parte útil de estos residuos para su reutilización, separándolos de las partes no activas que podrían ser gestionadas de formas más sencillas.

No obstante la solución del problema de la energía podría venir desde la energía nuclear, si se llega a conseguir superar los problemas tecnológicos que hasta ahora no han permitido aplicar la fusión nuclear como una fuente de energía alternativa. La fusión fría anunciada a bombo y platillo hace unos 30 años fue un pufo, solo la fusión convencional parece presentar ciertas perspectivas a largo plazo. El proceso consistiría en conseguir las condiciones que permitieran la unión de dos núcleos de H, cargados positivamente, para dar lugar a un átomo de He. Este fenómeno que se produce continuamente en el Sol a temperaturas de varios millones de grados, genera la liberación de grandes cantidades de energía y, en principio, no parece tener ninguno de los problemas asociados a la fisión. Por otra parte sería una fuente no productora de CO2 y los recursos disponibles, H2, serían prácticamente ilimitados.

Energía convencional: Energía hidraúlica.

Se trata de una fuente de energía primaria cuyo desarrollo ha sido paralelo al de los combustibles fósiles. Su aprovechamiento moderno se basa en la producción de energía eléctrica a partir de la construcción de embalses o pantanos. Del orden del 20% de la energía eléctrica consumida en el  mundo es de origen hidráulico, si bien para la adecuada valoración de este dato hay que añadir que la repercusión como energía final de la energía eléctrica, en el contexto del consumo total, se queda en valores algo inferiores al 5%.

Aunque es evidente que el potencial energético que se puede derivar de la energía hidráulica depende de la hidrología de los países y de la orografía de las cuencas y, además, está sujeto a incertidumbres de manera que el carácter renovable va a depender de las precipitaciones que no son susceptibles de garantía, se puede estimar que la explotación de todas las posibilidades de la energía hidráulica permitiría atender el 15% del total de la demanda energética del mundo. No obstante la realidad es que el aprovechamiento promedio de esta energía, en la actualidad, no alcanza el 20% de las posibilidades reales, aunque existen casos puntuales en que se alcanzan valores muy superiores a este valor medio, como España que aprovecha el 50% de sus reservas, e Islandia y Lituania con un aprovechamiento mucho más alto y una dependencia poco menos que exclusiva de la energía hidráulica.

Se trata de una energía potencial gravitatoria, que en otros tiempos se aprovechó para transformarla en energía mecánica para mover los molinos de agua y que en la actualidad elevándola adecuadamente mediante los embalses y conduciéndola después a través de las turbinas permite una transformación directa en energía eléctrica.

Por sí misma es una energía limpia, no contaminante y renovable en los términos que antes se han descrito. Desde el punto de vista ambiental considerando todas las consecuencias de su empleo, la construcción de los embalses tiene un buen número de repercusiones ambientales, empezando por el impacto paisajístico, siguiendo por las repercusiones sobre ecosistemas, inundación de espacios, interrupción del curso de los ríos, modificación de caudales, de la temperatura y del grado de oxigenación del agua, afectación de especies animales y vegetales y, lo que puede ser más grave, impactos sobre el hombre que en ocasiones se ha visto desplazado de sus tierras de labor y hasta de los pueblos en que habita como consecuencia de las inundaciones provocadas. También se pueden encontrar algunas repercusiones positivas para estas instalaciones que, ocasionalmente, han dado lugar a ecosistemas nuevos a los que han acudido e incluso en los que han llegado a permanecer determinadas especies de aves migratorias en cantidades muy importantes, así mismo los lagos originados por las presas, en ocasiones muy extensos, han permitido ser utilizados como zonas de recreo para el hombre y hasta como zonas con ciertos atractivos turísticos.

Como última cuestión en torno a la energía hidraúlica mencionar el alto coste de construcción de las instalaciones a las que se ha estado haciendo referencia que se ve compensado por el bajo coste de funcionamiento y la larga duración, hasta más de 200 años, solo limitada por la acumulación de los sedimentos arrastrados por el río.

Energía convencional: Combustibles fósiles

Fueron las primeras fuentes de energía primaria y, seguramente, las que en mayor medida han contribuido al alto grado de desarrollo de la humanidad. Precisamente esta circunstancia hace que todos los aspectos relacionados con su obtención o extracción, transporte, almacenamiento y uso dispongan de mecanismos y tecnologías suficientemente desarrolladas con independencia de que algunas de ellas resulten más o menos caras y dificultosas comparativamente con las de otras energías.

 Se trata de tres tipos de combustibles, el carbón, el petróleo y el gas natural que en conjunto siguen significando la mayor distribución al consumo y producción de energía en el mundo (Más del 50% en los países desarrollados). No obstante, se ha ido produciendo un intercambio en cuanto al grado de contribución de cada uno de ellos, primero con un aumento del consumo de petróleo en detrimento del carbón y en los años más recientes a favor del gas y en detrimento de los otros dos.

 Al iniciar la década de los 90 el consumo de carbón y gas significaban conjuntamente el 50% del consumo total de energía en el mundo, con ligera ventaja para el carbón, mientras que el petróleo copaba casi otro 40%. En la actualidad a pesar de los muchos esfuerzos realizados a partir de la primera crisis del petróleo en los primeros años de los sesenta, la dependencia de los combustibles fósiles en el mundo no se ha modificado de forma importante y se encuentra entre el 80% y el 90%.

   
 La extracción de estos combustibles desde los yacimientos en que se encuentran son procesos generadores de impactos importantes, y además suelen ir acompañados de operaciones y procesos con incidencias negativas directas sobre la salud del hombre.

    Las minas de carbón a cielo abierto, y en otra medida las subterráneas, además de modificar el paisaje con un fuerte impacto visual, modifican las estructuras de los ecosistemas; y las aguas generadas en los procesos de extracción se contaminan de forma importante con metales pesados, aceites y otros contaminantes usados en la operación.

    La normativa más reciente obliga a las empresas explotadoras a la recuperación del paisaje anterior al inicio de la explotación, y por supuesto, cualquier agua contaminada originada como consecuencia de estas actividades debe ser, obligatoriamente, tratada para evitar la posible contaminación de aguas tanto superficiales como subterráneas. Además esta actividad, que suele requerir la participación directa e intensiva del hombre, ha generado a lo largo de los dos últimos siglos un gran número de afectados por enfermedades profesionales (silicosis) y de muertos como consecuencia de accidentes mineros que, aun en la actualidad, se producen con relativa frecuencia.

    Las instalaciones para la extracción del petróleo y de gas natural tienen unos efectos similares en cuanto a impactos ambientales. El transporte de carbón y petróleo y las instalaciones para su almacenaje representan repercusiones ambientales y modificaciones del paisaje. Concretamente el transporte de petróleo por vía marítima ha venido produciendo un fuerte impacto contaminante como consecuencia de accidentes (Prestige) y también sin ellos como consecuencias de lavados de barcos, pérdidas ocasionales por vaciados de depósitos, etc. Los oleoductos y gasoductos representan por sí mismos grandes infraestructuras con fuertes impactos ambientales, más allá del visual, y la presencia de subestaciones y los accidentes que se producen amplían los problemas que las acompañan.

    Un aspecto prácticamente específico del petróleo, frente a los otros combustibles fósiles, es la necesidad de una industria de transformación que adecue el producto extraído de los yacimientos a sus diferentes usos. El crudo del petróleo, tal cual, tiene aplicaciones muy limitadas, mientras que la multitud de fracciones y sustancias que se pueden obtener de su fraccionamiento e, incluso, de su transformación encuentran un “infinito” número de aplicaciones energéticas y no energéticas.

    Desde el punto de vista del aprovechamiento energético de los combustibles fósiles, la mayoría de los problemas tecnológicos están resueltos, pero aún siguen significando un problema desde el punto de vista medioambiental como consecuencia del aumento del efecto invernadero, motivado por las cuantiosas emisiones de CO2, y de la emisión de otros contaminantes. En el caso del carbón, con mayores contenidos en azufre, la emisión de gases ácidos que a su vez provocan lluvias ácidas, la emisión de partículas sólidas y la generación de cenizas y escorias; y en el caso del petróleo y del gas natural una mayor repercusión de los gases ácidos derivados del nitrógeno.

    Como se puede deducir de lo expuesto a lo largo del texto, el hecho de que se disponga de recursos limitados, la facilidad en cuanto a su uso como fuentes de energía, la posibilidad de obtener materias primas con otros fines, la fuerte contribución al mercado de las fuentes de energía etc., hace de los combustibles fósiles unas materias primas que requieren la aplicación inmediata de los principios del desarrollo sostenible, ya que de no producirse cambios importantes en los próximos años, las generaciones futuras no llegarán a conocerlos y, menos, a disponer de ellos.