Energía renovable, el último paso en la transición energética

Energía, todos la consumimos, muchos sabemos su origen, pero la mayoría permanecemos ignorantes ante una pregunta que no carece de importancia y que puede ser decisiva ante la lucha contra el cambio climático, ¿cómo se almacena la energía?

Este artículo tiene como fin explicar las técnicas necesarias para que las energías renovables puedan hacerse más eficientes, con el fin de dar el último paso a la transición energética.

En el siglo XXI la energía se ha convertido en algo tan fundamental en nuestras vidas como la presencia de oxígeno en el aire, nadie se imagina su vida sin electricidad al alcance de su mano en todo momento y en cualquier lugar. Hoy en día para los habitantes de los países económicamente más desarrollados, simplemente la presencia o ausencia electricidad, de cobertura o de una red wifi en un lugar, puede ser decisivo a la hora de viajar e incluso elegir un nuevo hogar.

Todavía en el año 2020 la principal fuente de energía en el mundo proviene de combustibles fósiles, y no es ninguna novedad decir que éstos son limitados, y tanto su extracción, como su utilización provocan grandes impactos en el medio ambiente. En este punto uno se puede preguntar, ¿por qué seguimos haciendo uso de combustibles fósiles si las energías renovables son más baratas y respetuosas con el medio ambiente?

Hay dos cuestiones que hay que tener en cuenta ante la pregunta que se plantea. La cantidad de energía demandada no es constante a lo largo del día o del año; y la energía renovable es intermitente, no se genera continuamente, sino que depende de ciertos factores que el hombre no puede controlar (climáticos y meteorológicos principalmente). Es decir, que puede darse la situación en la que, por la noche, cuando la demanda es menor, perdamos energía, en el caso de que se produzca más energía eólica de la demandada; o que un día poco soleado y sin viento, no se pueda satisfacer toda la demanda energética por medio solo de las renovables solar y eólica.

Con el fin de promover las energías renovables y hacerlas más eficientes, solventando los problemas que estas conllevan, como desajustes temporales entre la producción y el consumo, surge la necesidad de crear sistemas de almacenamiento de energía. En el siguiente gráfico se puede observar cuáles son las principales fuentes de energía primaria en España (2018). Seguimos dependiendo principalmente de energías no renovables (los combustibles fósiles) con un 74,6% (petróleo + GN + carbón), un 11,3% de la nuclear y solo un 13.9% de las renovables. Sin embargo, España tiene los recursos necesarios y la ubicación idónea en el planeta para convertirse en uno de los principales productores de energía renovable del mundo.

A nivel mundial, las principales técnicas de almacenamiento de energía existentes hoy en día se basan en sistemas de tipo mecánico, como los sistemas de bombeo hidráulicos. En esta técnica se utiliza energía para bombear agua a depósitos situados a cotas elevadas, con la finalidad de utilizar este volumen de agua para mover una serie de turbinas aprovechando su energía potencial cuando se demande energía.

Sin embargo, estas técnicas se están volviendo insuficientes debido a sus limitaciones de almacenamiento a gran escala y al preocupante crecimiento global de la demanda energética.

Es por ello que necesitamos técnicas de almacenamiento de energía, innovadoras y respetuosas con el medio ambiente, como complemento a las ya existentes, para dejar de perder potencial de producción de energía como si se tratase de un bien poco preciado e implantar las energías renovables a gran escala.

Una de las ideas de las que más se habla hoy en día y con mayor proyección futura son las baterías de hidrógeno. Sin embargo, la obtención del hidrógeno puede resultar costosa y problemática, ya que la mayor producción de hidrógeno a escala industrial se lleva a cabo a partir de combustibles fósiles o de la energía nuclear.

En el primer caso, el hidrógeno se obtiene a partir del reformado con vapor de agua del gas natural, el cual se lleva acabo a altas temperaturas (700–1100 °C). El vapor de agua (H2O) reacciona con el metano (CH4) produciendo syngas (gas de sínteis), así como hidrógeno libre utilizable.

En el caso del uso de energía nuclear, la producción de hidrógeno se acopla a los reactores nucleares de IV generación, que pueden generar temperaturas superiores a los 900 °C en el fluido de enfriamiento. De esta forma se produce hidrógeno utilizable a partir de ciclos termoquímicos, que consisten en un conjunto de reacciones químicas que requieren temperaturas inferiores a la necesaria para la disociación térmica del agua, pero aun así muy elevadas.

A mi parecer, no son las baterías de hidrógeno en sí mismas una solución válida para almacenar energía, pues llevan consigo procesos de producción de hidrógeno irrespetuosos con el medio ambiente.

Una alternativa para almacenar energía podría ser utilizar el excedente de producción de electricidad de las energías renovables (cuando no hay demanda suficiente), para realizar una electrólisis del agua a altas temperaturas y generar hidrógeno a escala industrial. De este modo, además de producir un combustible limpio a partir únicamente de agua, solucionaríamos el problema de almacenar energía, pues no la perderíamos, simplemente la transformaríamos en una forma de energía estable, hidrógeno. La electrólisis del agua es la descomposición del agua en oxígeno e hidrógeno por medio de una corriente eléctrica continua, por medio de una pila que se conecta mediante electrodos al agua y un electrolito fuerte como el NaOH. En una celda propiamente diseñada, el hidrógeno aparecerá en el cátodo y el oxígeno aparecerá en el ánodo.

Además, si la reacción transcurre con vapor de agua a 1000 °C se pueden producir hasta 1,36 kJ de hidrógeno por cada kJ eléctrico consumido.

Otra técnica de almacenamiento de energía respetuosa con el medio ambiente, que puede tener mucho futuro, es la fotosíntesis artificial. Esta técnica se basa en una fotólisis del agua, una ruptura de la molécula del agua en hidrógeno y oxígeno mediante luz solar y catalizadores específicos, de forma similar a la fotosíntesis natural.

Por otro lado, de manera similar al método anterior, los procesos fotobiológicos se basan en la existencia de algunos microorganismos que pueden actuar como catalizadores biológicos produciendo hidrógeno a partir de agua y enzimas como la hidrogenasa y la nitrogenasa. Estos organismos son las algas verdes, las cianobacterias, las bacterias fotosintéticas y las bacterias de fermentación oscura.

En conclusión, existen técnicas muy prometedoras para almacenar la energía, ya sea química o mecánicamente, y el alcance de la transición energética reside en la combinación de todas ellas y en la investigación de nuevos y más eficientes métodos. Cabe destacar que el éxito de las energías renovables recae en el uso de todas ellas en conjunto y no de forma independiente.

Autor del post: Guillermo Ortiz Seco

Estudiante del Grado en Ingeniería en Tecnologías Ambientales de la UPM

Asignatura: Ecología industrial – Profesor: Jorge Rodríguez Chueca

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