El potencial y las limitaciones de las energías renovables

Ignacio Mártil

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

Cada vez cobra más fuerza la opinión que propugna la sustitución de las combustibles fósiles por fuentes de energía renovables. Las energías renovables se utilizaron históricamente para proporcionar energía durante la fase inicial de la revolución industrial (la madera que alimentó las primeras calderas). ¿Por qué queremos volver a utilizarlas ahora? Hay varias razones esenciales para propiciar su uso masivo:

- No es posible seguir utilizando los combustibles fósiles sin alterar de manera irreversible el clima. La combustión del carbón, gas y petróleo producen elevadas emisiones de CO2, principal responsable del conocido como efecto invernadero.

- La sustitución de los combustibles fósiles por la fisión nuclear plantea infinidad de problemas: el coste, la seguridad y la disponibilidad a largo plazo del combustible. No es verosímil que la fisión nuclear vaya a representar una alternativa energética digna de mención.

- Los combustibles fósiles no van a durar siempre. He analizado las perspectivas de agotamiento de los combustibles fósiles en un reciente artículo. Ese hecho obliga necesariamente a repensar como mantener nuestro modo de vida, tan dependiente de la energía, de una manera sostenible y respetuosa con el planeta en su conjunto. En este artículo analizaré las alternativas energéticas de las que disponemos en la actualidad, sus potencialidades y sus limitaciones.

1. Potencialidad de los principales recursos renovables

Los flujos naturales de energía del planeta, impulsados principalmente por la energía proveniente del sol, así como el clima y el sistema hidrológico dan lugar a las que conocemos como fuentes de energía renovables. Se reponen continuamente de manera natural y son intrínsecamente inagotables. Son la única opción a largo plazo para un suministro de energía continuado, seguro y sostenible. Además algunos de ellos (la energía solar y la eólica) son sostenibles en el sentido de que no impactan significativamente en el medio ambiente de una forma que impediría su uso continuado en el tiempo. Este no es el caso de la energía hidráulica, como analizaré en los siguientes párrafos.

La magnitud de los principales recursos renovables se puede entender mejor con unos datos y una imagen, que muestra en términos comparativos el potencial de los principales recursos:

Potencial de utilización de los recursos renovables al cabo de un año. El tamaño de cada círculo es aproximadamente proporcional al potencial de cada recurso. También se muestra a escala el consumo de energía del planeta en 2014

La radiación solar que incide en la superficie de la tierra durante un año es equivalente a 85.000 TW (1 TW es un billón de vatios). La gran mayoría se invierte en calentamiento del aire, la tierra y los océanos. Otra parte la convierte la naturaleza en biomasa mediante el lento proceso de la fotosíntesis; una parte de ese proceso lo aprovechamos en forma de alimentos. Así pues, gran parte de esa energía no puede aprovecharse directamente, pero cerca de 1.000 TW de radiación directa son accesibles para su aprovechamiento en forma de calor o de conversión en energía eléctrica.

El viento es una forma de energía solar transformada. Su potencial es enorme (370 TW) aunque su utilización práctica también se reduce sustancialmente a 40-70 TW.

El ciclo del agua debido a los ríos con caudales que se renuevan mediante la lluvia proporciona 34.000 TW, pero sólo una muy pequeña fracción de entre 3-4 TW puede aprovecharse en embalses y presas hidráulicas.

Por comparación, como indique en otro artículo, el consumo de energía mundial total es en la actualidad 18 TW [1]. Hay otras fuentes de energía renovables (biomasa, geotermia, energía mareomotriz, etc.), pero dado su menor potencial en comparación con los tres principales no serán analizadas aquí.

2. Limitaciones de las tecnologías renovables

i) Variabilidad de los recursos

Por su propia naturaleza, las fuentes renovables son variables. Esta es la principal razón que se invoca en contra de su utilización masiva. Las redes actuales de distribución de energía eléctrica que utilizan fuentes renovables compensan esa variabilidad con plantas alimentadas por combustibles fósiles o uranio para asegurar el suministro.

Mientras la contribución renovable se mantenga en el entorno 20-30% del total, los sobre costes del sistema para compensar la variabilidad son asequibles en general, sobre todo si se contabilizan como beneficios los abaratamientos por las emisiones de CO2 evitadas y por las importaciones de combustible ahorradas. Sin embargo, si las energías renovables suministran una mayor proporción de la energía a la red eléctrica, son necesarias otras medidas que aseguren el suministro para cuando no sople el viento y en los días nublados. Una posible opción es el intercambio de electricidad entre países para equilibrar las variaciones locales o regionales; en el caso particular de España esta opción está muy limitada por el tamaño de las interconexiones energéticas con Francia, lo que convierten a nuestro país en una auténtica isla energética. Otra posibilidad es el bombeo de las grandes presas de almacenamiento hidroeléctrico mediante energía eólica, procedimiento que ya se utiliza en España, pero que también tiene un alcance muy limitado.

ii) Baja densidad energética e impactos en el medio ambiente

Un problema esencial es que la mayoría de los flujos de energías renovables son por naturaleza difusos, es decir, llevan aparejada una baja densidad de energía, por lo que la captura de cantidades significativas de energía implica grandes áreas de terreno, sobre todo en el caso de la energía solar fotovoltaica y de la eólica. En ambas situaciones se producen impactos visuales de las instalaciones que suelen generar rechazo en las poblaciones locales.

En relación con la energía eólica, varios de los problemas que acarrea el uso masivo de esta fuente de energía se derivan de sus principios de funcionamiento. Los terrenos elevados son ideales para instalar molinos eólicos, pero son muy sensibles desde el punto de vista del medio ambiente, puesto que los grandes aerogeneradores provocan grandes impactos visuales, además de alterar en ocasiones de manera muy apreciable la vida de la fauna local. La tecnología eólica marina evita buena parte de esos problemas, pero, al igual que en el caso de los parques terrestres, puede tener un impacto sobre la vida de la fauna del territorio.

Por último, las grandes centrales hidroeléctricas tienen impactos muy severos, piénsese en la presa de Itaipú, en la frontera entre Paraguay y Brasil o en la de las Tres Gargantas, localizada en el curso del río Yang-Tse en China.

Imagen aérea de la presa de las Tres Gargantas. La presa tiene 2.300 metros de longitud y 185 de altura. Sus 32 turbinas tienen una potencia de 22.500 MW. Su construcción desplazó de sus viviendas a más de 2 millones de personas e inundó más de 600 km² de territorio

No obstante, los impactos causados por las tecnologías renovables modernas (eólica y solar) son mucho menores que los que tiene el uso continuado de combustibles fósiles para producir energía, muy evidentes en términos de emisiones de gases de efecto invernadero y por consiguiente, de cambio climático.

iii) Coste de la energía renovable

Una última consideración es el coste de los recursos renovables. Excepción hecha de la tecnología hidráulica, la mayoría de las tecnologías renovables son relativamente nuevas, por lo que son poco maduras en términos tecnológicos y como cualquier nueva fuente de energía, requieren de largos períodos de desarrollo y maduración para producir energía a precios competitivos con las fuentes no renovables. Esto hace que el coste de la unidad de energía producida sea elevado, aunque se están reduciendo rápidamente al generalizarse el uso de dichas tecnologías, tal y como tendré ocasión de analizar en un próximo artículo. De hecho, en determinadas ubicaciones geográficas caracterizadas por altos niveles de insolación y/o muy ventosas, la tecnología solar fotovoltaica y la eólica ya son competitivas en precio con las tecnologías basadas en combustibles fósiles, y en algunos casos, son incluso más baratas que estos últimos.

Como he indicado, en un próximo artículo revisaré el estado actual y las perspectivas de futuro a corto y medio plazo de las principales tecnologías renovables.

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[1] La energía se expresa en W.h y la potencia en W, ambas se relacionan mediante la expresión Energía (W.h) = Potencia (W) x Tiempo (h). Cuando se dice que el consumo energético del planeta es de 18 TW, se esta indicando el consumo instantáneo. Estrictamente hablando, la energía consumida se obtendría multiplicando esa cifra por el número de horas de un año, 8.760.