¿Conoces cuáles son las fuentes de energías renovables del futuro?
Autor: Ph.D. Yolanda Reyes, 07 febrero 2023.
Introducción
Las fuentes de energías renovables representan un vector energético con un gran potencial capaz de satisfacer la demanda mundial de electricidad. Los tipos más comunes: eólica, biomasa, solar, hidroeléctrica y la geotérmica, son una alternativa energética sostenible, apoyada en la disponibilidad de recursos disponibles; lo cual, facilitará la transición a sistemas de energía basados en energías renovables más económicas en comparación con las fuentes no renovables (petróleo, gas y el carbón).
Actualmente, los sistemas de energía solar – eólica han experimentado un rápido crecimiento de las ventas, una disminución de los costos de inversión en los procesos de generación de electricidad, y mejoras en sus características de rendimiento1.
En este contexto es importante resaltar como los precios de los combustibles fósiles, las energías renovables, y los costos nacionales y ambientales van en trayectorias opuestas, observándose como los mercados sostenibles de los sistemas de energía renovable y los mecanismos económicos y políticos necesarios para apoyar la propagación generalizada de estas fuentes de energías están evolucionando rápidamente; lo cual, vislumbra un futuro con un crecimiento en el sector energético principalmente sustentado en las energías renovables y no en las fuentes convencionales de petróleo y carbón.
Debido a estos desarrollos, existe una oportunidad de mercado tanto para innovar como para aprovechar los mercados emergentes para promover las tecnologías de energía renovable. El progreso y uso de estas fuentes puede mejorar la complejidad en los mercados de suministro de energía sostenible a largo plazo, contribuir a reducir los costos y emisiones atmosféricas globales, y ofrecer opciones productivas para satisfacer necesidades específicas de servicios de energía, particularmente en países en desarrollo.
Entre las alternativas de construcción de sistemas de energías renovable basados en paneles fotovoltaicos, molinos de viento, biomasa o pequeña energía hidroeléctrica, pueden ser “prototipos de energía” producidos en masa capaces de fabricarse a bajo costo y adaptarse para satisfacer cargas de energía específicas, y condiciones de servicio.
Estos sistemas pueden tener impactos ambientales drásticamente reducidos y ampliamente dispersos, en lugar de impactos más grandes y centralizados que, en algunos casos, contribuyen seriamente a la contaminación del aire ambiental, la lluvia ácida y el cambio climático Global.
Energías renovables
“La energía renovable es energía derivada de fuentes naturales que se reponen a un ritmo más alto de lo que se consumen. La luz del sol y el viento, por ejemplo, son fuentes que se renuevan constantemente, son abundantes y están a nuestro alrededor”2. Esta definición considera a estas fuentes de energía como una alternativa viable que sustituirá a las fuentes no sostenibles actualmente como las más utilizadas.
Los recursos no renovables, como el petróleo, carbón y gas; tardan millones de años en formarse y durante su procesamiento generan altas concentraciones de CO₂ al medio ambiente con respecto a la energía renovable, cuyo proceso de obtención produce menos emisiones de contaminación; lo cual, es un punto clave hacia la transición energética de las energías fósiles a las renovables, con el fin de controlar la crisis climática.
Tipos de energía renovable
Las fuentes de energía renovable más comunes actualmente son:
- Energía solar
- Energía eólica
- Energía hidroeléctrica
- Energía mareomotriz
- Energía geotérmica
- Energía de biomasa
A continuación, se describe cómo funcionan estos tipos de energías
Energía solar
La luz solar es uno de los recursos energéticos más abundantes y de libre acceso de nuestro planeta. La cantidad de energía solar que llega a la superficie terrestre en una hora es mayor que los requerimientos energéticos totales del planeta durante todo un año. Aunque suena como una fuente de energía renovable perfecta, la cantidad de energía solar que podemos usar varía según la hora del día y la estación del año, así como la ubicación geográfica. En el Reino Unido, la energía solar es una forma cada vez más popular de complementar su consumo de energía.
Las tecnologías solares pueden proporcionar calor, refrigeración, iluminación natural, electricidad y combustibles para una gran cantidad de aplicaciones. Las tecnologías solares convierten la luz solar en energía eléctrica ya sea a través de paneles fotovoltaicos o mediante espejos que concentran la radiación solar (Figura1). El costo de fabricación de los paneles solares se ha desplomado drásticamente en la última década, lo que los convierte no solo en asequibles sino también en la forma más barata de electricidad. Los paneles solares tienen una vida útil de aproximadamente 30 años y vienen en una variedad de tonos según el tipo de material utilizado en la fabricación.
Energía Eólica
La energía eólica aprovecha la energía cinética del aire en movimiento mediante el uso de grandes turbinas eólicas ubicadas en tierra (en tierra) o en el mar o en agua dulce (en alta mar). La energía eólica se ha utilizado durante milenios, pero las tecnologías de energía eólica terrestre y marina han evolucionado en los últimos años para maximizar la electricidad producida, con turbinas más altas y diámetros de rotor más grandes (Figura 2).
Aunque la velocidad promedio del viento varía considerablemente según la ubicación, el potencial técnico mundial para la energía eólica supera la producción mundial de electricidad, y existe un amplio potencial en la mayoría de las regiones del mundo para permitir un despliegue significativo de energía eólica.
Muchas partes del mundo tienen fuertes velocidades de viento, pero las mejores ubicaciones para generar energía eólica a veces son remotas. La energía eólica marina ofrece un enorme potencial, adecuada para comunidades en lugares remotos.
Energía hidroeléctrica
La energía hidroeléctrica aprovecha la energía cinética del agua moviéndose desde elevaciones más altas a más bajas. Como recurso de energía renovable, la energía hidroeléctrica es una de las más desarrolladas comercialmente. Al construir una presa o barrera, se puede usar un gran depósito para crear un flujo controlado de agua que impulsará una turbina y generará electricidad (Figura 3). Los embalses de energía hidroeléctrica a menudo tienen múltiples usos: suministro de agua potable, agua para riego, control de inundaciones y sequías, servicios de navegación y suministro de energía.
La energía hidroeléctrica actualmente es la mayor fuente de energía renovable en el sector eléctrico y puede ser más confiable que la solar o la eólica.
Energía del océano
La energía oceánica se deriva de tecnologías que utilizan la energía cinética y térmica del agua de mar (olas o corrientes) para producir electricidad o calor (Figura 4).
Los sistemas de energía oceánica aún se encuentran en una etapa temprana de desarrollo, y se están explorando varios prototipos de dispositivos de olas y corrientes de marea. Aunque el flujo de las mareas, a diferencia de otras fuentes de energía hidroeléctrica, no es constante, es altamente predecible y, por lo tanto, puede compensar los períodos en los que la corriente de la marea es baja.
Energía geotérmica
Esta fuente de energía utiliza la energía térmica accesible desde el interior de la Tierra. El calor se extrae de los depósitos geotérmicos mediante pozos u otros medios.
Los embalses que son suficientemente calientes y permeables de forma natural se denominan embalses hidrotermales, mientras que los embalses que son suficientemente calientes pero que se mejoran con la estimulación hidráulica se denominan sistemas geotérmicos mejorados (figura 5). Una vez en la superficie, los fluidos de varias temperaturas pueden usarse para generar electricidad. La tecnología para la generación de electricidad a partir de reservorios hidrotermales es madura y confiable, y ha estado operando por más de 100 años.
Bioenergía
La bioenergía se produce a partir de una variedad de materiales orgánicos, llamados biomasa, como madera, carbón vegetal, estiércol y otros abonos para la producción de calor y energía, y cultivos agrícolas para biocombustibles líquidos (Figura 6).
La energía creada por la quema de biomasa crea emisiones de gases de efecto invernadero, pero a niveles más bajos que la quema de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo o el gas. Sin embargo, la bioenergía solo debe usarse en aplicaciones limitadas, dados los posibles impactos ambientales negativos relacionados con el aumento a gran escala de los bosques y las plantaciones de bioenergía.
Hidrógeno verde como combustible alternativo
Entre las posibles fuentes alternativas de energía, el hidrógeno verde se considera un combustible prometedor, especialmente por su impacto ambiental. Cuando se quema, tiene cero emisiones de carbono y, dependiendo de su ruta de producción, la cantidad de dióxido de carbono que se libera a la atmósfera puede reducirse drásticamente3,4
Dependiendo de las materias primas y la ruta de producción, el hidrógeno se clasifica en gris, azul y verde 5. El hidrógeno gris se obtiene a través del reformado de combustibles fósiles. Más del 95 % del hidrógeno mundial se produce mediante el reformado de fuentes fósiles y aproximadamente la mitad de esa cantidad proviene del reformado con vapor de gas natural o de esquisto. Cuando las emisiones de carbono se capturan, almacenan o utilizan (por ejemplo, reformado en seco), el hidrógeno se designa como azul. Finalmente, el hidrógeno verde corresponde al uso de una materia prima renovable y una fuente de energía renovable para la conversión de materias primas y la operación de la planta de procesamiento.
Por otro lado, existen varias fuentes de energía renovable para producir hidrógeno verde, como la eólica, la solar, la nuclear, la hidroeléctrica, la geotérmica y la biomasa. Entre las fuentes renovables que se considera que producen hidrógeno, las energías eólica y solar son las más usadas para la producción de hidrógeno hasta la fecha. La mayoría de los métodos para la producción de hidrógeno verde consideran la obtención de hidrógeno, ya sea a través de reacciones de disociación del agua (por ejemplo, electrólisis del agua, termólisis del agua, disociación fotocatalítica del agua y disociación termoquímica del agua)6.
Es importante reflexionar sobre el uso apropiado de los recursos energéticos, tema trascendental de discusión e interés en estos días, es fundamental elegir la fuente de energía a utilizar; para lo cual, es primordial considerar los siguientes factores: los costos, la estabilidad, la eficiencia y las consecuencias ambientales.
Es lamentable que la gran mayoría de las industrias aún dependen de los combustibles fósiles para la generación de electricidad; los cuales, son muy efectivos en lo que concierne a la calidad de la producción de energía, pero a la larga no son ventajosos, las industrias deben cambiar a fuentes renovables lo antes posible debido a que estos combustibles fósiles representan una gran amenaza para el equilibrio ambiental y son la causa de diversos peligros ecológicos.
Conclusión
Es importante plantearse un cambio en el sistema energético actual para eliminar la gran dependencia que tiene de los combustibles fósiles y los problemas que ello trae consigo: desequilibrios, contaminación y agotamiento de recursos naturales. En este sentido, es necesario el desarrollo de nuevas alternativas tecnológicas disponibles que permitan la diversificación de las fuentes de energías y tratar de superar el principal inconveniente que se opone a la utilización a gran escala de estas energías renovables, como es el factor económico.
Referenias Bibligráficas
- Asociación Estadounidense de Energía Eólica “Hoja informativa sobre energía eólica: Costos comparativos del viento y otros combustibles” e “Informe del mercado mundial de energía eólica”. URL: http://www.awea.org.
- https://www.un.org/en/climatechange/what-is-renewable-energy.
- S. Brynolf et al. Evaluación ambiental de combustibles marinos: gas natural licuado, biogás licuado, metanol y biometanol Prod limpio J (2014).
- Y. Khojasteh Salkuyeh et al. Análisis tecnoeconómico y evaluación del ciclo de vida de la producción de hidrógeno a partir de gas natural utilizando tecnologías actuales y emergentes Int J Hydrogen Energy(2017).
- N. Sazali Tecnologías emergentes por hidrógeno: una revisión Int J Hydrogen Energy (2020).
- E. Cetinkaya et al. Evaluación del ciclo de vida de varios métodos de producción de hidrógeno Int J Hydrogen Energy (2012).
Sobre el autor
Ph.D, en Electroquímica y Corrosión, con más de 30 años de experiencia y un amplio y versátil conocimiento en Ciencias de la Corrosión y Tecnología Química a nivel Académico e Industrial. Investigador en el desarrollo de trabajos de investigación en Innovación y desarrollo de Recubrimientos Poliméricos Electroactivos y evaluación de recubrimientos e inhibidores de la corrosión . Asesor de planes de programas de mantenimiento en la industria en empresas petroleras, al frente de obras de servicios de limpiezas químicas y mecánicas.
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