Las energías renovables: ¿qué futuro?

« La electricidad no es más que un nuevo agente para las artes y las manufacturas, y, sin duda, las generaciones venideras considerarán con interés este siglo, en el que se aplicó por primera vez a los deseos de la humanidad. » — Alfred Smee

Así como nuestra generación ha mirado hacia atrás la transformación del siglo pasado por la producción de electricidad a partir de combustibles fósiles, las generaciones futuras se centrarán en la adopción de nuevos recursos renovables durante este siglo.

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El futuro debería ser aquel en el que obtengamos energía de fuentes completamente renovables. Esto conducirá a una realidad humana más limpia y menos desperdiciada. Aquí exploramos 5 de las energías renovables más prometedoras del futuro.

1. Granjas solares espaciales
2. Energía humana
3. Energía geotérmica de base
4. Celdas solares de puntos cuánticos
5. Fusión nuclear
Nuestros próximos pasos

1. Granjas solares espaciales

Lo esencial de esto:

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Puede proporcionar energía en cualquier lugar de la Tierra
Elimina las desventajas actuales de la producción tradicional de energía solar
Puede ser comercialmente viable en los próximos 30 años

Esta tecnología fue propuesta por primera vez por un ingeniero aeroespacial llamado Peter Glaser en 1968. La gente también lo considera el « padre del satélite solar ».

Desde entonces, la idea de crear granjas de energía solar en el espacio ha sido un tema de interés para la comunidad científica. Sin embargo, nunca se ha realizado plenamente.

Este modelo de aprovechamiento de la energía se basa en el hecho de que la luz solar en el espacio es en gran medida ininterrumpida. La tecnología solar actual está a merced de las condiciones meteorológicas. Solo puede producir energía durante las horas de luz.

Las

granjas solares espaciales superan estos obstáculos eliminando las interrupciones nocturnas y las inclemencias del tiempo. Además, la luz solar encontrada fuera de la atmósfera de la Tierra es 30% más intensa que la luz solar que recibimos en la superficie de la Tierra.

Para crear una granja solar funcional, las empresas enviarían módulos inflables al espacio para formar una estructura en forma de campana que contiene espejos que dirigen y concentran la luz solar sobre paneles solares. Luego podrían enviar esta energía a la Tierra.

Sin embargo, las dificultades relacionadas con la explotación espacial podrían frenar el desarrollo de esta tecnología futura.

El mayor desafío es devolver la energía extraída a la Tierra. La energía producida por estas granjas solares puede ser enviada en forma de microondas o un láser potente. El problema es que el costo de todo el proceso actualmente supera la ventaja del aumento de producción de energía que proporciona.

La transferencia de energía también puede ser nociva debido a armamento o accidentes. A pesar de estas preocupaciones, las posibilidades para esta tecnología son brillantes. Podría proporcionar energía a lugares remotos en cualquier parte de la Tierra, lo cual es de gran valor.

Con el auge de las empresas espaciales privadas, algunos han predicho que esta tecnología podría ser comercialmente viable en 30 años. China actualmente está considerando construir una granja solar espacial. Ya afirman estar probando la tecnología y tienen como objetivo tener una granja solar espacial operativa antes de 2050.

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2. Energía humana

Lo esencial de esto:

Viable para áreas urbanas muy concurridas
Puede convertir el calor y la energía cinética producidos por los humanos en energía eléctrica
Explotar la energía que, de otro modo, se desperdiciaría

Los humanos obtienen calorías a través del consumo de alimentos, que nuestro cuerpo transforma luego en energía utilizable. En muchos sentidos, nuestro cuerpo es similar a una máquina, como cualquier otra que utiliza energía para realizar un trabajo. Usamos esta energía para funciones vitales, como mantener nuestros corazones latiendo o alimentar nuestro cerebro.

Sin embargo, gran parte de la energía producida por nuestros cuerpos también se utiliza en forma de calor y energía cinética a través del movimiento. Gran parte de esto se desperdicia y permanece sin reclamar por los humanos.

Esto puede parecer una oportunidad perdida dado el número de humanos en la Tierra y la superficie de tierras utilizadas para alimentar a la vasta población.

De hecho, durante la mayor parte de la historia humana, la potencia humana ha sido la forma más importante de energía mecánica a nuestra disposición. La energía humana o animal ha creado y utilizado todas nuestras estructuras, casas, tierras agrícolas y herramientas.

La energía convertida por los cuerpos humanos se ha utilizado para empujar la pala en el suelo al excavar una presa y cuando el martillo fue balanceado por una piedra para esculpir. Solo relativamente recientemente hemos comenzado a utilizar otras formas de energía, a saber, los combustibles fósiles.

En reposo, el cuerpo de una persona promedio produce alrededor de 100 vatios de potencia. La producción es mucho más alta al realizar actividades vigorosas.

Por ejemplo, el ciclismo puede generar 400 vatios de potencia por hora. Sin embargo, los ciclistas más eficientes han sido registrados generando hasta 1800 vatios. Esto fue durante cortos estallidos de esfuerzo.

Si consideras la cantidad promedio de calor y energía cinética producida por los humanos en una sola ciudad (energía que no se está aprovechando), puedes comenzar a entender por qué los científicos están prestando atención a esta prometedora fuente de energía renovable.

Así que, con toda esta energía que se va a perder, debemos preguntarnos: ¿cómo podemos aprovechar esta energía? Hay dos grandes problemas con la explotación de la energía humana.

El primero es que las estrategias actuales de recolección de energía no son muy eficientes. Sin embargo, esto debería cambiar en el futuro. Los científicos están desarrollando tecnologías que utilizan esta energía para obtener ganancias de eficiencia y a menor costo.

El segundo problema que impide que la energía humana sea una fuente de energía renovable viable es el de la tecnología moderna de baterías. Los sistemas de baterías actualmente disponibles son demasiado grandes, pesados y voluminosos para hacer viable este tipo de tecnología. Sin embargo, los recientes avances en técnicas de almacenamiento de energía podrían estar a la vista.

Los científicos han imaginado ciudades capaces de aprovechar suficiente potencia humana para gestionar edificios enteros solo con nuestras acciones diarias. De hecho, una calle en Londres ha sido convertida con materiales que aprovechan la energía cinética a medida que las personas caminan por ella.

Como parte del proyecto Human Power Plant, la Universidad de Utrecht, con sede en los Países Bajos, planea crear un dormitorio. Este estará completamente alimentado por los estudiantes que viven en él.

Estos 750 estudiantes activarán el edificio de 22 pisos con energía mecánica humana. Esto incluye la iluminación y la calefacción, sin el uso de combustibles fósiles.

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3. Energía geotérmica de núcleo

Lo esencial de esto:

Es accesible en cualquier lugar de la Tierra
Proporciona un suministro ilimitado de energía sin contaminación
Podría producir energía equivalente a la de las centrales nucleares

Aunque ya poseemos tecnología para aprovechar la energía geotérmica en algunos lugares donde la actividad volcánica está cerca de la superficie de la Tierra, esta no está disponible en la mayoría de las regiones del mundo.

Sin embargo, profundamente debajo de la superficie de la Tierra se encuentra su núcleo fundido, que contiene suficiente energía para satisfacer las necesidades de la humanidad en un suministro ilimitado. Si pudiéramos perforar hasta el núcleo, podríamos acceder a cantidades increíbles de energía limpia y sin contaminación que las personas en cualquier parte de la Tierra podrían aprovechar.

El núcleo de la Tierra es increíblemente caliente, alrededor de la marca de 6.000 grados Celsius, que es tan caliente como la superficie del sol. Este calor es una combinación del calor residual de la formación de la Tierra, el calor proveniente de la descomposición de materiales radiactivos y el calor generado por la fricción cuando el núcleo denso se hunde hacia el centro de la Tierra.

Entonces, con esta increíble cantidad de energía a nuestra disposición, ¿por qué no hemos aprovechado más? Para acceder a esta energía, necesitaríamos perforar hasta una profundidad de 10.000 kilómetros o más para llegar al calor geotérmico profundo. El calor encontrado a estas profundidades es comparable a la energía producida por un reactor nuclear.

Sin embargo, esta increíble profundidad complica el proceso de perforación debido a las temperaturas extremas. Otro problema paralizante es devolver esta energía a la superficie con los materiales que tenemos. El cobre se funde a estas temperaturas, al igual que la mayoría de los otros materiales viables.

Los científicos pueden haber encontrado la respuesta gracias a un reciente desarrollo de la tecnología del grafito. Es el descubrimiento del grafeno.

grafeno es un material asombroso, que es 200 veces más fuerte que el acero, y es un excelente conductor térmico y eléctrico. Este material es 100 veces más conductor que el cobre y no comienza a fundirse hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 4.000 grados Celsius.

El uso de varillas de grafeno que descienden hacia regiones cercanas al núcleo de la Tierra podría proporcionarnos energía ilimitada que es 100% libre de contaminación, transformando sin duda la industria energética.

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4. Celdas solares de puntos cuánticos

Lo esencial de esto:

Revolucionará la tecnología solar actual a través de ventanas solares
Convierte considerablemente más energía solar
La tecnología puede aplicarse a muchos materiales

No solo el futuro contendrá nuevas formas de aprovechar las energías renovables, sino que también contendrá versiones muy avanzadas de las tecnologías que utilizamos actualmente. Hemos logrado aprovechar la energía solar desde hace un tiempo y esta tecnología no ha dejado de avanzar.

Más recientemente, el científico ha creado la tecnología de celdas solares de puntos cuánticos.

Los puntos cuánticos son nanocristales construidos con materiales semiconductores. Un delgado recubrimiento de estas celdas puede aplicarse sobre una celda solar. Los puntos cuánticos absorben la luz solar para excitar las partículas nanocristales.

La banda prohibida de estos puntos cuánticos corresponde a la frecuencia de la luz solar que reciben, lo que les permite convertir más del 65% de la luz solar en energía.

Esto es mucho más que cualquier tecnología solar que tenemos hoy en día, siendo la celda solar promedio utilizada hoy en día de aproximadamente 15% de eficiencia.

Esto, sumado al hecho de que las celdas solares de puntos cuánticos son mucho más ligeras, versátiles y duraderas que nuestras celdas solares actuales, significa que esta tecnología tiene el potencial de transformar muchas superficies materiales.

Una aplicación prometedora para esta tecnología son las ventanas solares. Estas ventanas podrían producir electricidad mientras aseguran aislamiento y sombra al mismo tiempo. Las ventanas son increíblemente eficientes porque la capa frontal absorbe la luz azul mientras que la segunda capa absorbe el resto del espectro.

Los

puntos cuánticos de la segunda capa de una ventana solar reemiten fotones a una longitud de onda más larga, permitiendo que las celdas solares integradas en el marco de la ventana conviertan la energía en electricidad. Esta tecnología sería relativamente barata y podría reducir considerablemente el precio de la tecnología solar.

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5. Fusión nuclear

Lo esencial de esto:

Tiene el mayor potencial para cambiar el rostro de la producción de energía
La energía de fusión nuclear es 100% limpia, en comparación con la energía de fisión nuclear actual
Las pequeñas instalaciones de producción serían portátiles

A veces, las personas consideran la tecnología nuclear como un medio « sucio » de producir energía, ya que el método actual de fisión nuclear produce cantidades significativas de desechos radiactivos.

Sin embargo, las personas deberían hacer una clara distinción entre la fisión nuclear y la fusión nuclear. La fisión nuclear divide un gran átomo en dos más pequeños, liberando energía y neutrones, lo que provoca la división de otros átomos. Esto resulta en una posible reacción en cadena.

La fusión nuclear, en cambio, ocurre cuando dos átomos se juntan para crear un átomo más pesado que libera energía, pero exponencialmente más que la fisión. La fusión no produce desechos radiactivos de larga duración como la fisión, lo que la convierte en una fuente de energía limpia.

La fusión también puede realizarse con materiales ampliamente inagotables y ampliamente disponibles. De hecho, la energía solar es un tipo de energía de fusión porque el sol produce energía a través de un proceso de fusión en su núcleo.

Con la capacidad de la fusión nuclear para producir aproximadamente cuatro millones de veces más energía que la combustión del carbón, solo necesitaríamos una fracción del número de centrales eléctricas en la Tierra hoy para poder satisfacer las necesidades energéticas de la población humana. La cantidad de energía producida por la fusión es tan grande que podría considerarse prácticamente ilimitada.

Aunque la fusión es una fuente de energía increíblemente prometedora, no está exenta de defectos. El proceso es increíblemente difícil de lograr. Esto se debe a que la reacción solo puede ocurrir en condiciones extremas. La fusión requiere cantidades extremas de calor (100 millones de kelvins) y cantidades masivas de presión.

Estos requisitos significan que lograr la fusión nuclear en la Tierra a menudo requiere más energía de la que produce. Sin embargo, a medida que la tecnología avanza y los científicos realizan más investigaciones, nos estamos acercando a la creación de un reactor de fusión viable.

El Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) en Francia es una colaboración de 35 países. Está buscando una manera de aprovechar esta fuente de energía potencial.

Algunos predicen que el ITER podría proporcionar energía de fusión nuclear a la red tan pronto como 2045. Este es el primer camino hacia una energía limpia e ilimitada.

Las empresas privadas también se han esforzado por aprovechar al máximo el potencial de la fusión nuclear. Esto incluye a Lockheed Martin y Tokamak, una empresa en el Reino Unido.

Lockheed Martin afirma que podrían producir un reactor de fusión lo suficientemente pequeño como para caber en un remolque de camión que tendría la capacidad de alimentar 100,000 hogares. Tokamak podría producir energía de fusión nuclear tan pronto como en 2030.

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Nuestros próximos pasos

La tecnología humana ha avanzado a un ritmo exponencial, y el sector energético no es diferente. Los científicos casi unánimemente coinciden en que haremos la transición hacia un mundo que dependa únicamente de la energía renovable durante la vida de alguien nacido en los últimos 20 años.

Esta transición es una necesidad absoluta dada la amenaza que el cambio climático representa para nosotros como especie. Aunque las personas no siempre ven el futuro con optimismo, al considerar el futuro de la producción de energía, ciertamente se trata de una previsión más clara y más limpia.