Energía para futuros presidentes

La ciencia detrás de lo que dicen las noticias

Richard A. Muller, Juan José Utrilla

• Editorial: Grano de Sal
• Año: 2020
• ISBN:
  9786079870522
• Edición: 1
• Categoría: Tecnología e ingeniería
• Categoría: Construcción e ingeniería arquitectónica

Nuestro futuro presidente debe comprender la energía: qué es, qué opciones enfrenta hoy la humanidad para conseguirla, cuál es la eficiencia de cada una, cuáles son las consecuencias ambientales de esas alternativas, qué industrias las explotan. Si por un momento dejamos de lado la política y consideramos la energía de manera objetiva, llegaremos a unas conclusiones que a menudo van en contra de la intuición y por ello resultan inesperadas.En este libro, Richard A. Muller no se propone dar consejos o levantar un dedo flamígero, sino educar; su meta es que todo ciudadano tenga un conocimiento básico, fundamentado en la física, de la compleja relación de los hombres con la energía. Un buen presidente tiene que ser un líder, y eso significa no sólo tomar las decisiones adecuadas: para Muller, el presidente también debe ser el instructor de la nación. Ningún asesor científico o secretario de energía podrá convencer al público de que las percepciones comunes no son necesariamente ciertas. Y esto sólo puede lograrlo la persona en quien confían más que en ninguna otra: la persona a la que eligieron.Con datos, explicaciones convincentes, valoraciones del presente y el futuro inminente de la generación de energía, esta obra ayudará al lector a mirar el trasfondo científico detrás de lo que dicen las noticias."Muller ofrece una hoja de ruta a través del campo minado en que se enfrentan los analistas de seguridad, los ambientalistas y los posible inversores. Es un planteamiento informativo e integral de importantes asuntos económicos y ambientales."Kirkus Review"El lector no estará de acuerdo con todo lo que dice Muller —¡yo no lo estoy!—, pero aquí encontrará una introducción estimulante a algunos asuntos sobre los que estaremos discutiendo durante mucho tiempo."John L. Hubisz, The Physics Teacher

III. Energías alternativas

En las últimas décadas, Estados Unidos ha pasado por diversas crisis de energía, relacionadas básicamente con la energía para el transporte. Ahora nos preocupa una nueva: el cambio climático que podría ser causado por el continuo uso de combustibles fósiles. ¿Qué podemos hacer? ¿Cómo podemos contenerlo? ¿Qué nuevas fuentes de energía podemos descubrir?

Como en otros campos en rápido desarrollo, también se están planteando nuevos términos. Probablemente has oído hablar de energía verde, energía limpia, energía renovable y energía sostenible. Los partidarios de la energía nuclear la llaman “verde” y “limpia” porque no produce dióxido de carbono. Sus adversarios replican que no es limpia porque produce residuos radioactivos y que no es sostenible porque algún día se agotará también la energía disponible. Prefiero no entrar en discusiones por los meros nombres; consideremos todas estas fuentes y analicemos sus ventajas y desventajas. A esta sección la he titulado “energías alternativas” para tratar de incluirlas a todas.

El campo de la energía alternativa es vasto, técnicamente complejo y lleno de incertidumbres. Cuando contemplamos estas posibilidades, muchas personas consideran difícil tratar tan grandes números y, en cambio, fundamentan sus juicios en sus percepciones. Si no estás de acuerdo con ciertas personas, responderán con indignación o condescendencia a tu supuesta ignorancia. La política energética está quedando dominada por dogmas y da señales de estarse convirtiendo en una religión, de modo que ten cuidado. El campo de la energía alternativa es un terreno peligroso para cualquier futuro presidente. Pero no sólo necesitas conocer ese campo; tienes que comprenderlo lo bastante bien como para que puedas guiarnos.

Atención con la tendencia escéptica, ejemplificada por quienes se muestran demasiado pesimistas acerca del potencial de las fuentes energéticas que no les gustan, pero extraordinariamente optimistas acerca de sus soluciones preferidas. Hay partidarios de todo tipo de alternativas —energía solar, eólica, nuclear—, aun cuando cada una tenga sus dificultades técnicas. ¡Viva!: somos creativos y podemos hacer cualquier cosa. Pero si muestras optimismo por el asunto equivocado (equivocado según otros), tendrás que soportar la queja de que esa alternativa “no está probada”. Como presidente tendrás que evaluar cuantitativamente las alternativas y tomar decisiones con base en los mejores datos disponibles.

Pero también, cuidado con la tendencia optimista. “Sí, podemos” puede ser un lema inspirador, pero no siempre aplicable a la tecnología. A menudo se cita como modelo el rápido avance de las computadoras —pero algunas otras tecnologías aún no se han desarrollado—. Echemos una ojeada a viejos números de las revistas de ciencia y tecnología, como la que aparece en la figura III.1, y veremos que los automóviles voladores para el ciudadano común ya estaban “a la vuelta de la esquina”… desde hace más de 70 años.

Recuerda que hay dos puntos impulsores de la energía: la seguridad energética y el cambio climático. Algunas energías alternativas enfocan uno u otro; algunas tienen que ver con ambas. Trata de que no se confundan. En Estados Unidos, en el pasado, los liberales solían subrayar los aspectos del cambio climático y los conservadores el aspecto de la seguridad energética. Pero eso puede cambiar.

Resulta instructivo empezar echando una ojeada a los costos actuales de nuestras diversas fuentes de energía y ver cómo pueden compararse con las fuentes alternativas. El cuadro iii.1 se basa en cifras publicadas por la Energy Information Administration [Administración de Información Energética] (EIA) de Estados Unidos. Verás agrupadas muchas cifras, pero ésta es la fuente que, a mi parecer, hace el trabajo más honesto; evita las hipérboles y los sesgos que tan frecuentemente se encuentran en el análisis de los partidarios de cada tipo de energía.

En el cuadro iii.1, los costos calculados de producir energía para cada una de estas tecnologías presuponían que las nuevas plantas estarían construidas y listas para entrar en acción en 2016. El cuadro contiene mucha información que tendrás que evaluar pensando en la economía de las diversas opciones. Los números del cuadro son realistas y los emplearé durante el resto de esta sección para comparar las diversas tecnologías energéticas. Dos advertencias: primera, en este cuadro se presupone que el costo del capital es de 7.4 por ciento anual —mientras escribo esto, la tasa de rendimiento es mucho menor y esto reduce el costo de las tecnologías intensivas en capital, como la tecnología nuclear—; segunda, el cuadro presupone un costo de las emisiones de carbono para el carbón y el gas natural de cerca de 15 dólares por tonelada, que no era precio del carbón en Estados Unidos al momento de preparar el cuadro.

Las columnas más interesantes son las dos últimas, las que muestran el costo de producir un kilovatio-hora de electricidad con una planta nueva. La última columna muestra el costo si la planta se ha construido en el lugar óptimo (por ejemplo, una turbina de viento en un área muy ventosa) y la columna precedente muestra el costo si la planta se ha construido en cualquier lugar (por ejemplo, cerca de un lugar poblado). En las próximas páginas volveré varias veces a estos números, pero te sugiero que les eches una rápida ojeada ahora mismo. Nota que el gas natural es la fuente de energía nueva más barata, tan barata como 6.3 centavos por kilovatio-hora (en la penúltima columna). El carbón (9.5 centavos) es más barato que la energía nuclear (11.4 centavos), pero tal vez no tan barato como pensarías; la energía nuclear es costosa (el costo del capital es alto) pero es barato abastecer las plantas y administrarlas. El costo de la energía del carbón y la nuclear es menor cuando son bajas las tasas de interés. El viento es barato (9.7 centavos), a menos que esté lejos de la costa (24 centavos). La energía solar sigue siendo costosa (21-31 centavos), en parte por su bajo factor de capacidad, consecuencia del poco abastecimiento en días nublados y absolutamente nada por la noche.

FIGURA III.1. Portada de Moderm Mechanix de julio de 1935. El automóvil volador reaparece en las cubiertas de revistas de ciencia y mecánica popular más o menos cada década, lo que muestra que las predicciones fallidas no desaniman a los optimistas.

CUADRO III.1. Análisis del costo, en centavos de dólar, de producir un kilovatio-hora de electricidad, para diferentes tipos de plantas de energía.

Al elaborar el cuadro, la EIA presupuso un costo del gas natural de cerca de 4.50 dólares por millón de pies cúbicos, pero a comienzos de 2012 el precio se había reducido a 2.50. Si se sostiene este precio, el costo total por kilovatio-hora de gas natural se reducirá de 6.3 centavos a 4.3 centavos de dólar. Compara esto con el costo del carbón: 8.5 centavos de dólar por kilovatio-hora en plantas nuevas en los lugares menos costosos. El carbón barato ya no parece tan barato.

Además de ser barato y abundante, el gas natural tiene otra gran ventaja: para la misma cantidad de energía entregada, produce la mitad del dióxido de carbono que el carbón. La explicación es química: el gas natural consiste sobre todo en metano, cuya fórmula química es CH₄. Cuando se quema, la mitad de la energía proviene de la combustión del carbono para formar CO₂, pero una cantidad igual de energía proviene de quemar los cuatro hidrógenos para formar agua, H₂O. Así, la mitad de la energía se produce sin CO₂. Actualmente el mundo en desarrollo depende en gran medida del carbón; en la medida en que logre pasarse al gas natural, sus emisiones de gases de efecto invernadero se reducirán a la mitad. En la parte v, “Consejos para futuros presidentes”, recomendaré una medida concreta para ayudar a que se logre esto, con base en compartir con el mundo en desarrollo la tecnología del gas de lutitas.

8. Sol

El precio de las celdas solares va cayendo y, como resultado, va aumentando el interés en la energía solar. Me atrevo a predecir que dentro de una década, poco más o menos, el costo de las celdas solares será virtualmente insignificante; es decir, ya no se le tomará en cuenta cuando se construya una planta de energía solar o cuando se vayan a instalar unos paneles en el techo. Esto no significa que el costo total de la energía solar será nulo; aún habrá que pagar por instalación y mantenimiento. Y habrá que tener una reserva para los días lluviosos.

FÍSICA DE LA LUZ SOLAR

La luz solar entrega cerca de un kilovatio de energía por metro cuadrado en la superficie de la Tierra. Eso no es difícil de recordar; imagina el equivalente de diez lámparas de 100 vatios.¹ ¿Podemos emplear la energía solar para conducir un automóvil? Si tuviéramos dos metros cuadrados de celdas solares en el techo del auto y el sol estuviese directamente encima, dos kilovatios serían normales. Las mejores celdas solares convierten sólo 42 por ciento de esa energía en electricidad, de modo que la energía utilizable sería de 840 vatios. Esto es 1.1 caballos de fuerza, lo suficiente para competir con un caballo auténtico, pero no para satisfacer las necesidades de la mayoría de los consumidores; los automóviles normales recorren la autopista utilizando entre 10 y 20 caballos de fuerza y llegan a 40-150 cuando necesita acelerar.

Por otra parte, en una zona extensa, la luz del sol puede acumularse. Sobre un kilómetro cuadrado, el sol nos entrega cerca de un gigavatio de energía. Convierte esto en 42 por ciento de eficiencia y tendrás aproximadamente 0.42 gigavatio de electricidad —menos de la mitad que ofrece una gran planta de carbón o nuclear—. Sin embargo, en promedio no nos va tan bien. Las plantas solares rinden menos energía cuando el sol está oblicuo y absolutamente nada por la noche. Hasta en un desierto sin nubes, el promedio de la energía solar es sólo 25 por ciento del máximo,² unos 250 vatios por metro cuadrado. El cuadro III.1 muestra un factor de capacidad de 21.7 por ciento, el cual, presumiblemente, incluye cuando hay una reducción de energía, tanto por el polvo sobre las celdas como por el tiempo fuera de uso por mantenimiento. Por otra parte, si tú necesitas la energía básicamente por las tardes, cuando están trabajando el aire acondicionado y las fábricas, la energía solar puede ser un excelente complemento.

El truco está en unir, a precio bajo, toda esta energía. Una manera de hacerlo es enfocarla del mismo modo en que puede utilizarse una lupa para encender fuego. La idea se remonta a Arquímedes, quien, según la leyenda, se valió de unos espejos para, con la luz del sol, atacar una nave romana durante el sitio de Siracusa. En una planta de energía solar, la alta temperatura producida por enfocar la luz del sol se utiliza para hervir agua, cuyo vapor a su vez impulsa una turbina. A este enfoque se le llama térmico-solar.

ENERGÍA TÉRMICO-SOLAR

Mi familia utiliza energía térmico-solar cuando vamos de vacaciones. En una parada, en el camino, dejamos al sol una bolsa de plástico llena de agua. La luz pasa a través de la cubierta transparente y calienta el agua; a mediodía, el agua está caliente, buena para una ducha, como aparece en la figura III.2. De manera similar, en los climas cálidos, los tubos transparentes instalados sobre un techo pueden precalentar el agua antes de que pase al calentador de la casa. Cuando se emplea la energía solar para obtener calor, su eficiencia es de cien por ciento.

Sin embargo, en gran escala, el enfoque térmico-solar tiene menos sentido. Aunque se están construyendo por todo el mundo muchas plantas térmico-solares, todas ellas dependen de subsidios. Su costo radica en gran parte en la construcción y no es probable que ese costo se reduzca en el futuro inmediato. En el cuadro III.1 puede verse que, distribuido sobre el tiempo de vida de las instalaciones, el costo de capital de la electricidad producida por una planta térmico-solar es de 25.9 centavos por kilovatiohora. Compara esto con el ciclo combinado natural-gas, de 1.8 centavos por kilovatio-hora. ¿Se reducirá este costo? No creo que se reduzca mucho; el costo está en la estructura —ladrillos y cemento—, que es de muy baja tecnología y no es probable que reduzca su precio.

La más espectacular planta térmico-solar es la torre solar. La figura III.3 muestra una instalación de torre solar de cinco megavatios en California. Cada uno de sus 24 mil espejos tiene que ajustarse continuamente para reflejar la luz del sol, que avanza³ hacia lo alto de la torre, donde la luz concentrada calienta un depósito de sal; éste a su vez produce vapor que es utilizado para impulsar una turbina, produciendo electricidad. Para concentrar la luz con eficiencia, la torre ha de ser bastante alta (entre 50 y 100 metros, tan alta como un edificio de 17 a 34 pisos), para usar todos los reflectores sin que se oscurezcan unos a otros. Los ci...

Índice

• Cubierta
• Portadilla
• Portada
• Créditos
• Índice
• Presentación
• Agradecimientos
• Prólogo a la edición en español
• Prólogo
• Introducción
• PARTE I. Catástrofes energéticas
• PARTE II. El panorama de la energía
• III. Energías alternativas
• PARTE IV. ¿Qué es la energóa?
• PARTE V. Consejos para futuros presidentes
• Notas
• Créditos de ilustraciones