Opciones renovables: La transición global de las tecnologías limpias

Los combustibles fósiles proporcionan alrededor del 80% del total de la energía primaria consumida en el mundo, y esta cifra no ha variado sustancialmente en los últimos 30 años. PI Energy se fundó para desarrollar una tecnología solar fotovoltaica de nueva generación, que fuera competitiva en costes y escalable a nivel mundial, con el fin de crear una vía pragmática para mitigar el cambio climático y pasar a una tecnología limpia.

Opciones renovables: La transición global de las tecnologías limpias

Hay muchas fuentes potenciales de energía renovable, como la eólica, la solar, la geotérmica, la de las olas, la mareomotriz, la hidroeléctrica y la de la biomasa, entre otras, cada una de ellas con tecnologías en diferentes fases de madurez y desarrollo comercial. ¿Qué tipo de energía renovable tiene el potencial de proporcionar la mayor parte de la energía limpia en las próximas décadas?

A veces, el exceso de opciones dificulta la decisión1. La transición a la energía limpia es, por definición, un problema complejo, una tarea que nunca se ha realizado antes. Con tantas opciones, ¿cómo elegir la tecnología adecuada para liderar una transición energética limpia? No todas las fuentes de energía renovable funcionan bien en todas partes o todo el tiempo, ya que algunas tecnologías sólo son prácticas en unos pocos lugares (por dar un ejemplo, la energía mareomotriz en Escocia2), mientras que otras fuentes pueden funcionar bien en muchas partes del mundo.

En los últimos años, los nuevos descubrimientos de la ciencia del clima3 señalan que el aumento de los gases de efecto invernadero amplifica los fenómenos meteorológicos extremos en todo el mundo. Aunque las energías renovables y las tecnologías limpias han hecho algunos progresos, durante el período 1999-2019, el consumo mundial de combustibles fósiles ha crecido en realidad más del 32%, y durante las dos últimas décadas, los combustibles fósiles siguen proporcionando alrededor del 80% de la energía primaria total. Todavía estamos en la era de los combustibles fósiles.

Opciones renovables: La transición global de las tecnologías limpias

Imagen por cortesía de Pacific Integrated Energy, Inc.

En octubre de 2021, las fuertes lluvias en Shanxi provocaron la inundación generalizada de muchas minas de carbón en China, lo que dio lugar a una escasez de carbón, que provocó un estancamiento en la fabricación de paneles solares4, lo que provocó un aumento de los precios a nivel mundial. Esta irónica relación entre los combustibles fósiles y las energías renovables actuales pone de manifiesto que el carbón, y sus primos fósiles (gas y petróleo), siguen siendo relativamente baratos, y que las energías renovables aún tienen que ser mucho más sostenibles y competitivas en costes para poder expandirse realmente a nivel mundial. Todas las fuentes de energía, incluidas las renovables actuales, tienen huellas de carbono que deben minimizarse. Las elecciones energéticas perduran durante décadas, por lo que las malas elecciones pueden resultar caras y, de hecho, pueden eliminar nuestra capacidad de responder adecuadamente al cambio climático.

En el reto de seleccionar una prioridad de energía renovable y tecnología limpia, ¿cuáles podrían ser los criterios para seleccionar las mejores opciones de energía limpia para mitigar de forma realista el cambio climático? Esta pregunta está en el centro de la crisis climática, una selección racional debe ser pragmática, y probablemente incluiría los siguientes requisitos para una transición energética limpia exitosa y global, donde las tecnologías actuales y en desarrollo deberían ser consideradas si tienen el potencial para:

  1. Emisiones de GEI casi nulas.
  2. Disponible en todo el mundo.
  3. Alto potencial energético y densidad de potencia para satisfacer prácticamente la mayor parte de la demanda.
  4. Fabricado con elementos no tóxicos abundantes en la tierra para una escalabilidad global.
  5. Bajo coste, incluyendo la fabricación e instalación para una escalabilidad global.

Estos criterios orientados a los objetivos deberían identificar los tipos de energía renovable que se pueden priorizar, pero no significa que la elección resultante vaya a ser la mejor para todas las personas en todas partes. También vamos a suponer que el almacenamiento de energía, ya sean grandes baterías, hidrógeno u otras soluciones escalables, se está resolviendo, por lo que la variabilidad en la generación de energía es un problema menor. Apliquemos la lista de criterios a las diferentes formas de energía renovable.

Lista inicial de categorías de energías renovables candidatas:

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1. Casi sin emisiones de gases de efecto invernadero. La fuente de energía debe tener el potencial de tener una huella neta de carbono muy baja. La biomasa y los biocombustibles implican la combustión y suelen tener importantes aportes de combustibles fósiles. Las centrales termosolares suelen necesitar mucha agua para mover las turbinas en lugares áridos (alta huella de carbono). Las grandes presas hidroeléctricas pueden tener impactos significativos, incluyendo la huella de carbono, pero las micro hidroeléctricas tienen potencial para ser mucho más limpias.

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2. Disponible a nivel regional en todo el mundo. Aunque la energía hidráulica, la geotérmica, la de las olas y la de las mareas pueden ser buenas fuentes de energía, la mayoría de las veces están restringidas geográficamente. Para evitar los enormes costes del transporte de energía a través de grandes distancias, las fuentes de energía deben abastecer potencialmente a la totalidad de las regiones del mundo.

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  1. Es necesario un alto potencial energético y una alta densidad de potencia para satisfacer prácticamente la mayor parte de la demanda, así como para competir de forma realista con los combustibles fósiles. La energía solar fotovoltaica tiene el mayor potencial teórico, con diferencia, entre las fuentes de energía renovables (véase el gráfico siguiente).
Opciones renovables: La transición global de las tecnologías limpias

Imagen por cortesía: Pacific Integrated Energy, Inc.

Un factor importante, y a menudo ignorado, es la densidad de potencia por área, una medida de la superficie que debe comprometerse para generar la energía (kWh por acre o MWh por km o milla cuadrada). Los combustibles fósiles son muy densos energéticamente, y la energía solar tiene las mayores densidades de potencia por área de las renovables, como se muestra en el siguiente gráfico.

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Imagen de Pacific Integrated Energy, Inc.

Teniendo en cuenta los criterios aplicados, la energía solar fotovoltaica obtiene la máxima puntuación hasta el momento:

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Si consideramos la energía solar fotovoltaica como la prioridad potencial para una transición energética limpia, debemos analizarla con detenimiento, ya que la energía fotovoltaica se presenta en muchos tipos. He aquí las diferentes generaciones de tecnologías fotovoltaicas:

  • Primera generación fotovoltaica (1941-actualidad): Esta fue la primera tecnología fotovoltaica comercial. La fotovoltaica tradicional de silicio cristalino sigue dominando, con cerca del 96% de las ventas de módulos solares en todo el mundo. Hoy en día es el estándar fiable, aunque tiene unos costes energéticos y una huella de carbono importantes para su fabricación, y está limitada a ciertos mercados debido a su peso y rigidez.
  • La segunda generación fotovoltaica (CdTe y CIGS), comercializada por primera vez en los años 90: Se trata de materiales de película fina, que contienen elementos escasos (indio, galio, telurio) y, en la mayoría de los casos, también elementos tóxicos (por ejemplo, cadmio). El arseniuro de galio es una célula solar fotovoltaica exótica, que suministra una mayor eficiencia, pero también contiene elementos escasos y tóxicos, y es prohibitivamente caro para la mayoría de las aplicaciones.
  • La tercera generación fotovoltaica incluye  Perovskitas: actualmente no son estables y contienen plomo soluble en agua.  Puntos cuánticos: están en fase de desarrollo, contienen plomo o cadmio, o no se han comercializado.
  • Perovskitas: actualmente no son estables y contienen plomo soluble en agua.
  • Puntos cuánticos: están en fase de desarrollo, contienen plomo o cadmio, o no se han comercializado.
  • Fotovoltaica de nueva generación: nueva fotovoltaica con potencial de rendimiento bueno y estable, que utiliza elementos no tóxicos abundantes en la tierra. PI Energy está desarrollando un sistema solar fotovoltaico no tóxico, delgado y flexible, que utiliza mucha menos energía para su producción que los sistemas solares fotovoltaicos de primera generación.

4. Fabricado con elementos no tóxicos abundantes en la tierra para una escalabilidad global.

La escalabilidad global de la energía limpia excluye el uso y despliegue significativo de elementos escasos y tóxicos, lo que significa que sólo el silicio c y la cuarta generación fotovoltaica cumplen este requisito.

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5. Bajo coste. Este es el último paso de los criterios, e incluye la fabricación e instalación de energía renovable. El silicio cristalino es el líder mundial en instalaciones de energía renovable en los últimos años, pero la energía solar fotovoltaica sólo proporciona menos del 0,4% de la energía mundial consumida. Al ser la tecnología dominante en la actualidad, el c-Si está limitado en cuanto a los lugares donde puede instalarse, debido a su rigidez y peso, lo que aumenta sus costes de instalación. El material solar ideal, según el MIT, es un módulo fotovoltaico ligero y flexible, fabricado con elementos que abundan en la tierra, para que pueda instalarse en nuevas aplicaciones, incluyendo la mayoría de los exteriores de los edificios e incluso los vehículos eléctricos e híbridos.

Aunque la actual c-Si parece ser la mejor solución de energía solar hoy en día, tenemos que mejorar mucho para hacer frente al cambio climático y hacer que la tecnología y la energía limpias sean una opción de mercado, basada en la competitividad de los costes y en la posibilidad de despliegue global, para que pueda aumentar rápidamente. PI Energy es una tecnología fotovoltaica de nueva generación actualmente en desarrollo. La empresa tiene previsto ofrecer una solución fotovoltaica mucho mejor que amplíe los lugares en los que se puede utilizar la energía solar en función de la economía y la funcionalidad. Para más información, visite www.pienergy.com.

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Jessica Ávila

Jessica Ávila

🎼 Me apasiona la música y todo lo relacionado a lo audiovisual desde muy joven, y crecí en esta carrera que me permite utilizar mis conocimientos sobre tecnología de consumo día a día. Puedes seguir mis artículos aquí en Elenbyte para obtener información sobre algunos de los últimos avances tecnológicos, así como los dispositivos más sofisticados y de primera categoría a medida que estén disponibles.

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