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Fabricar paneles solares,
aerogeneradores, o perfeccionar un motor eléctrico competitivo para
coches, puede ser la llave para hacer grandes negocios en los próximos
años. En este artículo se ofrece un recorrido por las energías
alternativas y el estado tecnológico actual de los dispositivos para
explotarlas, así como por algunas otras iniciativas que pueden
revolucionar el transporte terrestre y ciertos sectores de la industria.
Es evidente que si el coste de fabricación, instalación y mantenimiento
de generadores eléctricos que se alimenten de la luz solar, la fuerza
del viento, o el calor interno de la Tierra, desciende lo suficiente,
podrán explotarse a gran escala fuentes energéticas que hoy se usan sólo
de manera reducida. La energía, fluido vital de toda industria, e
importante factor determinante en el coste de fabricación de los bienes
de consumo, ha tendido a encarecerse durante los últimos años, ante una
demanda cada vez mayor de las naciones industrializadas.
Por otro lado, el petróleo no durará siempre, y es momento de planificar
nuevas estrategias comerciales para el futuro, orientadas a perfeccionar
motores eléctricos o de otro tipo para coches, a buscar milagrosos
combustibles sintéticos de bajo coste, o a abordar soluciones
imaginativas hoy difíciles de prever. En cualquier caso, estar a la
delantera en este tipo de cuestiones, ya sea desarrollando tecnología
para su comercialización, ya sea adquiriéndola para lograr un mejor
rendimiento energético, será la clave para prosperar dentro del campo
industrial en el futuro que se avecina.
LA ENERGIA DEL SOL
La solar es quizá la más conocida de las energías alternativas. En
países como por ejemplo España, constituye un recurso energético con un
extraordinario potencial.
Las instalaciones de este tipo son cada vez más frecuentes. Los precios
tenderán a bajar de manera sistemática, al mejorarse las células
fotoeléctricas y la constitución global de los sistemas. Ello hace que
la rentabilidad de la energía solar crezca. Desde hornos solares de
dimensiones industriales, hasta suministro eléctrico de casas o
urbanizaciones aisladas, sus aplicaciones comerciales aumentan.
Diversas firmas y organizaciones trabajan en el perfeccionamiento de
tecnología solar o en el desarrollo de dispositivos más avanzados.
La conocida compañía Siemens crea y comercializa una variada gama de
productos, lo bastante flexibles como para permitir hacer instalaciones
a medida de las necesidades de cada cliente. Las utilizaciones de sus
paneles solares son múltiples: iluminación y electrodomésticos en
chalets aislados y yates, funcionamiento de sistemas eléctricos en
granjas, sistemas de regadío automático en zonas de cultivo, bombas
extractoras de agua, unidades móviles de medicina rural,
telecomunicaciones en lugares aislados, y un largo etcétera.
Aparte de la adaptabilidad para múltiples usos que estos dispositivos de
Siemens poseen, sus características básicas son también sumamente
interesantes, ya que se apartan de la imagen tradicional que sobre los
paneles solares aún tiene mucha gente. Las células fotoeléctricas de
Siemens reúnen dos cualidades muy importantes. Una es su resistencia,
que garantiza una larga vida útil y un bajo mantenimiento. Esto es
decisivo a la hora de calcular la rentabilidad de una instalación
eléctrica solar. No sirve de nada que la energía suministrada sea
gratuita si hay que pagar constantes reparaciones. Otra cualidad
decisiva de estas células es su eficacia en el aprovechamiento de la luz
solar. Su productividad no queda circunscrita tan sólo a buenas
condiciones de irradiación solar, sino que pueden funcionar desde el
amanecer hasta el crepúsculo, en condiciones meteorológicas bastante
adversas.
Otro rasgo destacable del diseño de los sistemas de Siemens es su
carácter modular que permite ampliar o reducir una instalación añadiendo
o quitando elementos, con lo cual se evita la engorrosa y cara solución
de reemplazar todo el sistema por otro distinto. Asimismo, los
dispositivos de Siemens están preparados para una opción que cada vez se
considera más lógica e ineludible en una instalación que de verdad
pretenda ser competitiva: su capacidad de funcionar conjuntamente con
otros generadores de energía. No sólo para permitir un sistema
convencional de reserva si así se desea, sino para combinar su
producción con la de generadores basados en otras energías alternativas.
Por ejemplo, tal como detallaré más adelante, el viento suele ser una
fuerza importante en bastantes zonas, de modo que si a unos paneles
solares se les añade un sistema eólico, el rendimiento conjunto crece,
al tiempo que abarca un espectro mayor de condiciones meteorológicas
válidas para la producción eléctrica, desde un día tórrido sin una pizca
de viento, a una noche invernal con tempestad.
La energía solar no sólo es útil para pequeñas instalaciones, sino que
también puede dar lugar a centrales eléctricas; uno de los primeros
ejemplos incuestionables llegó ya en 1993 con la instalación de una
central de 500 kilovatios de potencia cerca de Kerman, California,
dirigida a proporcionar electricidad adicional a la red de distribución
en periodos de alto consumo.
La fabricación de células fotoeléctricas ya no es un trabajo casi
artesanal de laboratorio, sino que se realiza con automatismo creciente.
Las cadenas de montaje permiten disminuir el tiempo y el coste de
fabricación, y además aumentar la calidad.
USANDO TAMBIEN EL CALOR DEL SOL
Los Laboratorios Nacionales de Sandia (SNL), en Estados Unidos, también
mantienen una fructífera actividad diseñando y perfeccionando sistemas
fotoeléctricos. Una de sus líneas de desarrollo que más han ayudado a
abrir camino en el progreso tecnológico del sector energético es la de
los paneles de alto rendimiento cuyo funcionamiento se basa no sólo en
aprovechar la luz del Sol, sino también su calor.
Toda España es una zona idónea para la energía solar, en especial
Andalucía y otras áreas. Es por ello que diversas empresas se están
especializando en el tema, o bien éste constituye una parte
representativa de su actividad comercial. Firmas como por ejemplo la
barcelonesa Elektron han jugado un papel decisivo en la introducción de
la energía solar como nuevo negocio.
EL VIENTO COMO FUENTE DE ENERGIA
La energía del viento se perfila cada vez más como una propuesta
atractiva. Los avances que se están produciendo en la tecnología de
aerogeneradores hacen que el coste de esta energía sea competitivo, bajo
ciertas circunstancias, frente a las tradicionalmente más baratas. Esto
permite augurar un importante crecimiento de ella en muchas áreas
geográficas, ya sea como fuente energética principal, o como auxiliar.
En España, empresas como Ecotecnia, están desarrollando y
comercializando con éxito tecnología eólica.
Un aerogenerador, al igual que sus ancestros los molinos, basa su
funcionamiento en recibir sobre sus aspas la fuerza del viento, lo que
ocasiona el giro de las mismas. Este movimiento mecánico logrado,
permite alimentar una dinamo que genera electricidad.
Resulta bastante fácil determinar la ubicación de una central eólica en
función del régimen de vientos local.
CONSOLIDACION DE LA TECNOLOGIA EOLICA
Las innovaciones que se han introducido en los nuevos aerogeneradores
han permitido un mejor aprovechamiento de la fuerza del viento, elevando
la cantidad de electricidad creada. De este modo, se han reducido costes
y se ha incrementado el rendimiento. En consecuencia, el uso de energía
eólica en áreas propicias ha visto aumentada su competitividad,
desbancando a otras energías que ostentaban allí la supremacía, al mismo
tiempo que ha pasado a resultar factible en zonas donde no se
consideraba que pudiera serlo. En España, que posee buenos recursos
eólicos, varias empresas españolas han desarrollado aerogeneradores de
última generación que logran rendimientos superiores a los de parques en
funcionamiento.
Este acelerado progreso ha hecho que en cuestión de años se haya
disparado el número de ingenios eólicos instalados en todo el mundo. Tan
sólo en California se cuentan por miles los instalados en una década.
Tal circunstancia habla claramente de la viabilidad tanto técnica como
comercial de la energía eólica.
Por otra parte, en las regiones del mundo donde mayor partido se saca a
la energía eólica, el promedio de potencial empleado suele ser muy
inferior al total disponible, por lo que el crecimiento seguirá.
El éxito comercial de los aerogeneradores se ha producido en dos
vertientes de suministro: la de gran escala y la de pequeña. En el
primer grupo, el principal uso corre a cargo de compañías de
distribución eléctrica, y, en menor medida, instalaciones industriales
aisladas con importantes requerimientos energéticos. El segundo grupo
está integrado por viviendas o instalaciones reducidas, como puedan ser
granjas alejadas de zonas urbanizadas. Para la primera clase de
aplicaciones, existen grandes aerogeneradores, con torres de varias
decenas de metros de altura y aspas con envergaduras de bastantes
metros, a menudo agrupados en parques con numerosas unidades. Para el
segundo tipo de aplicaciones, existe una variada gama de aerogeneradores
con dimensiones de uno o varios metros, cuyos precios resultan
asequibles a usuarios individuales. Dentro de esta clase de
aerogeneradores, es posible escoger entre modelos de variadas
prestaciones y precios. Por ejemplo, de la marca Bornay los hay de 200
vatios, 600, 1000, 2500. Por supuesto, cuando mayor es la potencia, más
se abarata el precio de instalación por vatio. A ese recorte de costes
hay que añadirle el logrado por el perfeccionamiento de la tecnología,
que por sí solo se calcula que promoverá un descenso notable en los
próximos diez años. La potencia de estos aerogeneradores suele ir desde
varias decenas de kilovatios a varios centenares.
Hay que aclarar al respecto que los valores de esas potencias eléctricas
corresponden a determinados promedios de velocidad del viento. Es obvio
que si éste cesa o circula más despacio de lo habitual, el suministro
eléctrico decrece. En general se considera válido un promedio de 60
kilómetros por hora. El límite inferior aceptable está en los 20
kilómetros por hora, por debajo de los cuales la producción energética
resulta poco viable. El superior, alrededor de los 100, más allá de los
cuales la marcha de los aerogeneradores debe ser frenada por motivos de
seguridad. En cuanto al tiempo anual de funcionamiento, se considera
comercialmente aceptable un mínimo de tres meses a pleno rendimiento, o
un valor equivalente.
Un aspecto interesante de los sistemas eólicos es su creciente capacidad
de combinación con paneles solares. En efecto, es posible un suministro
mixto, con las ventajas obvias que ofrece tal cosa, al permitir obtener
energía en una variada gama de condiciones meteorológicas. Esta
fructífera asociación potencia el grado de aprovechamiento de ambas
fuentes.
A las innovaciones ya introducidas en los nuevos aerogeneradores
comercializados, hay que añadir las que ahora se están probando en fase
experimental.
Mediante software especializado, se ha evaluado cómo la tensión
estructural causada por la fuerza del viento afecta a la duración de la
vida operativa de los aerogeneradores. Basándose en estos estudios, se
han ideado nuevos diseños estructurales para los componentes mecánicos
de tales aparatos, así como técnicas no dañinas para inspeccionar a
fondo las aspas en servicio. Gracias a ello, es posible construir
turbinas con expectativas de vida mucho mayores, y reducir costes tanto
de fabricación como de mantenimiento.
El concepto convencional de aerogenerador, que más abunda en los modelos
construidos, y que sin duda es el que mejor conocemos, se basa en aspas
rotando sobre un eje horizontal. No obstante, ya se han desarrollado y
fabricado modelos con eje vertical. Para comprender de un modo gráfico
en qué consiste exactamente esta diferencia de diseños, puede tomarse
como punto de referencia la desigualdad entre las hélices de los aviones
y las de los helicópteros. Las primeras giran sobre un eje horizontal,
mientras que las segundas lo hacen sobre uno vertical.
Aunque la idea de molinos con eje vertical tiene antecedentes históricos
que se remontan a los persas en el año 200 aC, y fue objeto de profundos
estudios por parte del científico francés Georges Darrieus en los años
veinte, sólo a fines del siglo XX fue abordada de manera definitiva. Una
de las aportaciones principales es la tarea de desarrollo llevada a cabo
por los Laboratorios Nacionales de Sandia desde los años 70. En
concreto, como resultado a su creación de varios prototipos que
demostraron ser competitivos frente a los modelos tradicionales de eje
horizontal, las compañías norteamericanas Vawtpower y FloWind empezaron
a comercializar unidades de dicho diseño. A mediados de los años 80,
eran nada menos que 500 las que FloWind ya tenía instaladas.
A fines de 1987, los Laboratorios Nacionales de Sandia iniciaron un
programa de investigación con un prototipo de eje vertical, que demostró
en 1993 varias ventajas de este concepto frente al convencional. La
principal baza de las turbinas eólicas de eje vertical es que no
precisan ser orientadas hacia la dirección (norte, sur, este, oeste) de
la que venga el viento.
Ya sea con el diseño vertical o con el horizontal, los planes de
desarrollo de energías limpias renovables trazados por bastantes
naciones prevén la instalación de una gran cantidad de aerogeneradores
durante los próximos diez años.
APROVECHANDO EL CALOR DEL SUBSUELO
El aprovechamiento del calor interno de la Tierra para propuestas
energéticas es una perspectiva prometedora dentro del abanico de las
energías alternativas, como demuestra el funcionamiento de las centrales
de este tipo que hay en algunas partes del mundo. La energía geotérmica
es la tercera de las tres energías alternativas más importantes.
Islandia posee en gran abundancia depósitos termales, a causa de su
peculiar topografía volcánica, lo que permite que la energía geotérmica
suponga en torno al 50 por ciento de toda su energía natural
directamente consumida. Su uso directo se refiere por regla general a
aprovechar el calor para balnearios, redes de calefacción, invernaderos
y demás. En algunos casos, las tuberías que transportan vapor para
calefacción alcanzan los 50 kilómetros de longitud.
Islandia es un caso especial, ya que la mayor parte de las naciones con
recursos termales está por debajo del uno por ciento en cuanto a uso
directo del calor. La conversión de ese calor en electricidad ofrece
para cada país porcentajes a veces mayores y a veces menores que el del
uso directo. En Islandia es muchísimo menor, siendo tan solo una pequeña
parte. En cambio, en Filipinas representa un porcentaje importante de su
producción eléctrica total. Ello es fruto de un desarrollo realizado en
las dos últimas décadas, iniciado a principios de los años 70, cuando
técnicos de Nueva Zelanda, nación bastante rica en recursos geotérmicos,
realizaron allí las primeras experiencias piloto en el marco de acuerdos
gubernamentales. Indonesia también se benefició en la misma época de un
acuerdo parecido, y su producción eléctrica geotérmica ha aumentado de
manera significativa.
Entre la treintena de naciones que cuentan con recursos geotérmicos lo
bastante aprovechables, algunas en las que también se ha trabajado de
forma significativa en los últimos años son: España, Japón, Francia,
Canadá, Estados Unidos, Grecia, Chile, México, Italia, Kenia, China,
Turquía y la India.
La energía geotérmica es un recurso abundante en bastantes países en
vías de desarrollo, y de hecho la única energía autóctona significativa
que puede explotarse en algunos de ellos.
Nueva Zelanda es quizá el país más experto del mundo en materia de
centrales geotérmicas, debido a su topografía volcánica que hace idóneo
el uso de la energía geotérmica. Puso en funcionamiento la segunda
central geotérmica del mundo (la primera se instaló en Italia).
El Instituto Geotérmico de Nueva Zelanda, dependiente de la Universidad
de Auckland, es pionero en la investigación geotérmica y en el
desarrollo de tecnología para aprovechar esa energía. Fue creado en
1978, a petición de las Naciones Unidas en el marco de su Programa de
Desarrollo, ante la necesidad de un centro que pudiese formar a nuevos
expertos en energía geotérmica procedentes de otros países. Otros
centros similares se encuentran en Islandia, Italia y Japón.
Las centrales geotérmicas son parecidas a las térmicas. En éstas, se
quema gas natural, carbón, u otro combustible, para calentar vapor y
hacer que salga a chorro accionando la turbina de un generador. En las
geotérmicas, el mecanismo es similar, excepto porque el vapor es
suministrado por las calderas naturales volcánicas.
El aprovechamiento de depósitos termales con temperaturas poco elevadas,
también es viable, como han mostrado los desarrollos técnicos en Francia
relativos a distribución de calor procedente de tales depósitos.
Según estimaciones del Instituto Geotérmico de Nueva Zelanda, la
cantidad de depósitos termales por localizar puede superar entre tres y
diez veces a la de los conocidos. Una vez se hayan puesto en marcha
centrales en todos esos emplazamientos, las posibilidades de expansión
de la energía geotérmica deberán basarse en desarrollos técnicos más
ambiciosos, encaminados a la excavación de pozos artificiales a
kilómetros de profundidad, para recoger el calor interno. Como es
sabido, el núcleo de nuestro planeta es una esfera de magma a
temperatura y presión elevadísimas. Por ello, el calor interno aumenta
según se desciende hacia el centro de la Tierra. No hace falta perforar
muy hondo para toparse con temperaturas elevadas. En los pozos
petrolíferos suele llegarse a 100 grados centígrados a unos cuatro
kilómetros de profundidad. A diez kilómetros, ese valor se triplica.
NUEVOS MOTORES PARA EL TRAFICO RODADO
Bastantes son los conceptos de viabilidad factible que hoy se preparan
para competir entre sí durante los próximos años con el objetivo de
robarle el monopolio a los motores convencionales basados en el petróleo
o sus derivados.
De todos ellos, el motor eléctrico aparenta ser el más firme candidato a
hacerse con una porción del mercado antes que los demás. Su uso habitual
en vehículos de carga dentro de almacenes, demuestra la solidez técnica
del diseño básico. Los primeros prototipos de coches eléctricos que ya
han sido fabricados por marcas bien conocidas, también auguran un
excelente resultado para dicha iniciativa.
El motor eléctrico no debe verse forzosamente como un competidor del de
petróleo. La idea de un coche híbrido, que reúna a ambos para utilizar
uno u otro según convenga, está ganando muchos adeptos y además parece
una opción sensata de transición o combinación. La motivación de un
automóvil híbrido es aprovechar lo mejor de cada motor en las
circunstancias que más se avengan a utilizar uno u otro. Por ejemplo,
para trayectos cortos como los efectuados dentro de una ciudad, el
eléctrico resultaría ideal, mientras que para largos viajes a través de
autopista el de petróleo ofrecería un perfil óptimo.
La locomoción mediante motores químicos no debe, a pesar de todo, ser
desestimada como futuro terreno de nuevos desarrollos competitivos. La
obtención a bajo coste de combustibles sintéticos es una meta difícil,
pero sin duda de un valor incalculable. La industria química no es la
única que puede acometer con éxito esta empresa. El nuevo campo de la
biotecnología está dando constantes sorpresas, y la obtención de un
sistema rentable para la creación de esos combustibles milagrosos
mediante el uso de microorganismos productores, no parece en modo alguno
una utopía.
Alimentar con hidrógeno el motor de un vehículo de manera directa
(combustión del hidrógeno) es más complicado que de manera indirecta
(célula de combustible que suministra electricidad a un motor
eléctrico). Aunque la meta ideal sería extraer in situ el hidrógeno del
agua, permitiendo que para poner en marcha nuestro automóvil sólo
necesitásemos llenar de agua el depósito, el estado de la tecnología
actual está aún muy lejos del grado de desarrollo requerido para hacer
realidad ese sueño.
Los paneles solares también se han revelado capaces de alimentar el
motor eléctrico de un coche. Aunque los prototipos de autos solares han
funcionado tal como se esperaba, la potencia disponible sin que la
envergadura de los paneles solares exceda las medidas aceptables suele
ser demasiado débil como para permitir que dichos vehículos posean una
capacidad superior a una plaza y sean capaces de alcanzar velocidades
muy elevadas. De todas formas, los paneles solares pueden, con el
tiempo, resultar comercializables como un dispositivo más a añadir a un
coche eléctrico o híbrido. En un mundo donde el constante crecimiento
demográfico hace que el ahorro de recursos sea cada vez más necesario,
toda iniciativa que los optimice al máximo será bienvenida.
OTRAS IDEAS INTERESANTES
El estudio de determinadas reacciones químicas o fenómenos físicos puede
brindar suficientes elementos teóricos para proceder a la explotación
energética de los mismos mediante maquinaria diseñada de modo específico
para ello.
Aún es prematuro para apostar por la viabilidad comercial a gran escala
de alguna de esas fuentes energéticas. Sin embargo, puede ser positivo
por parte de los laboratorios el mantener una cierta labor de
investigación, así como para la industria en general estar atenta a todo
avance, por insignificante que sea, en ese terreno. (Copyright 2007
JORGE M. COLOME) (Reproducido con permiso del autor). |
