El reto de transitar a las energías renovables

Aunque los expertos no se ponen de acuerdo con las fechas, podemos consensuar que el ser humano dominó el uso del fuego hace alrededor de 200.000 años. Esto supuso una revolución que lo cambió todo, quizás la más importante de la prehistoria. Por primera vez podíamos cocinar, defendernos de los depredadores y, no menos importante, explorar zonas ocultas de la luz del sol, como grutas y cuevas. La noche ya nunca más volvería a ser un territorio de oscuridad. Desde entonces la sociedad se gestó alrededor de una hoguera y hoy somos como somos, en parte, gracias al dominio de las llamas. Pero esta ventaja tecnológica necesitaba de un combustible, esa “magia” que seguramente llegó del cielo en forma de rayo, necesitaba quemar algo. Al principio era la madera del bosque, luego aceites animales y más recientemente carbón, petróleo y gas. 

Aunque teníamos a nuestro alcance una nueva forma de energía, no supimos utilizarla para realizar trabajos hasta finales del siglo XVIII. Llegó la máquina de vapor. Ahora disponíamos de una máquina poderosa, más fuerte que todos los animales que pudiéramos utilizar e incansable. Eso sí, tenía un apetito insaciable por el carbón. Las máquinas de vapor propiciaron la revolución industrial, de la que hemos heredado las clases sociales, las ciudades y parte de nuestra actual organización laboral. Para sacar más carbón las máquinas de vapor se introdujeron en las minas, estás, a su vez, eran capaces de extraer mucho más mineral. Pero para extraer más, se necesitaba consumir más. Con el aumento y popularización de las fábricas creció el número de máquinas que se alimentaban de carbón y este círculo vicioso generaba, además de riqueza para unos pocos, ingentes cantidades de Dióxido de Carbono (CO2). 

Un siglo más tarde, en Pensilvania (EE.UU) encontraron petróleo y la vida volvió a cambiar. Poco a poco el líquido negro fue sustituyendo al sucio carbón, iluminando las calles, calentando casas y cocinas con el barato y abundante queroseno. Con la llegada de los motores de explosión surgió otra máquina poderosa, más que su antecesora vaporosa, pero heredera de su mismo apetito, en este caso, por el abundante y económico petróleo.  Con la combustión del carbón primero y el petróleo y gas después, estamos devolviendo a la atmósfera en apenas 200 años el CO2 que la naturaleza sepultó bajo tierra durante millones de años, estamos liberando la caja de Pandora. 

Hace mucho tiempo que sabemos esto, somos conscientes de que la quema de combustibles fósiles genera un gas contaminante que cambia el clima de la Tierra. La alternativa también es veterana, se llama energías renovables o limpias. Tan importantes son que tienen su propio día. La Asamblea General de la ONU declaró el Día Internacional de la Energía Limpia el 26 de enero “con el fin de concienciar y movilizar hacia una transición justa e inclusiva hacia la energía limpia en beneficio de las personas y el planeta”. También es el día que se creó la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA). 

Ricardo Guerrero Lemus, catedrático e investigador del grupo Energías Renovables y Óptica de la Universidad de La Laguna y responsable de la spin-off EnergyRIS (Energy Research & Intelligence Solutions) y Jorge Méndez Ramos, profesor titular e investigador del Instituto Universitario de Materiales y Nanotecnología. trabajan desde frentes diferentes para lograr un objetivo común: mejorar el uso, la eficiencia y la penetración de las energías renovables.  

Tierras raras, el Santo Grial de las renovables

En poco tiempo hemos pasado de no saber para qué servían esas dos filas de elementos que estaban separados de la Tabla Periódica a entender que las Tierras Raras son fundamentales en nuestro día a día. Son, como le gusta decir a Jorge Méndez, “las vitaminas de la industria”, ya que la hacen funcionar. Quizás nunca hayas reparado en el Neodimio (Nd), un elemento de las Tierras Raras que, aunque no es tan famoso como su vecino radiactivo Uranio (U), es mucho más importante en nuestras vidas. “Con este elemento químico se fabrican los imanes que utilizan desde las máquinas de resonancia magnética hasta los que hacen funcionar los motores de los coches eléctricos o los molinos de viento”.  

Cada molino eólico necesita unos 200 kilos de este y otros elementos de las Tierras Raras, minerales que son indispensables para la transición ecológica y que solo se extraen en un lugar del mundo: China. En manos de estos escasos elementos también está Internet, ya que las indispensables fibras ópticas que propagan la información por todo el planeta se apoyan en otro desconocido elemento, el Erbio (ER). “Sin Erbio no habría Internet”, afirma rotundamente Jorge Méndez. El Erbio se utiliza para amplificar la señal de la luz de las fibras ópticas, sin él, aún navegaríamos enchufando el router a los cables de cobre.

Uno de los puntos débiles de las Tierras Raras es nuestra dependencia del exterior. Se necesitan estos aditivos minerales para toda nuestra tecnología, desde la más común, como los teléfonos móviles, hasta la más avanzada como aceleradores lineales. Según la Comisión Europea la demanda de estos minerales críticos se duplicará en 2030. La mala noticia es que estas “vitaminas industriales” proceden en su mayoría de un único país asiático. En palabras de la presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen, “de las 30 materias primas que son críticas hoy en día, 10 se obtienen mayoritariamente en China. Y China controla básicamente la industria mundial de su procesado. Casi el 90% de las tierras raras, el 90%, y el 60% del litio se procesan en China. Tenemos que evitar caer en la misma trampa y dependencia en la que caímos con el petróleo y el gas”.

Méndez y su equipo quieren dar una respuesta a esta problemática y hace unos años se preguntaron ¿hay Tierras Raras en Canarias? Para ello, junto con la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, crearon el proyecto ‘Materiales para una Avanzada Generación de Energía en Canarias’ cuyo acrónimo, no casual, es MAGEC, deidad guanche del Sol. Después de indagar en todas las islas encontraron importantes indicios mineros de estos elementos en zonas emergidas de Fuerteventura, con concentraciones de hasta 10 kilogramos por tonelada. 

Energías renovables contra la pobreza

Aunque tengamos integrada en nuestras vidas el uso de la electricidad, aunque ya apretar un botón y que se encienda una luz es algo en lo que ni reparamos, a millones de personas le sigue pareciendo un milagro. Según la ONU, 675 millones de personas viven sin poder acceder a la electricidad y en la más absoluta oscuridad. Como siempre, el continente más castigado por la pobreza energética es nuestro vecino, África. Cuatro de cada cinco personas sin electricidad se encuentran en el África subsahariana. Casi 700 millones de personas continúan quemando madera y estiércol para alumbrarse, cocinar o calentarse, como hacían nuestros antepasados hace 200.000 años.  Las energías renovables son la solución. Ricardo Guerrero trabaja para facilitar el acceso a estas energías y solucionar uno de sus principales problemas, el almacenaje. 

Las energías renovables son limpias pero discontinuas, ni siempre luce la luz del sol ni sopla el viento constantemente. Lo lógico es guardarla cuando tenemos estos elementos para gastarla cuando cesan, aquí está la dificultad, aunque está cambiando. “La fabricación de baterías hasta no hace mucho era un proceso caro y artesanal, ahora la generación de baterías está cogiendo una gran velocidad y los precios están bajando”. En estos momentos la industria está centrada en las baterías de Litio, un mineral escaso, sucio de extraer y caro. 

Sin embargo, últimamente la idea, inicialmente loca, de hacer baterías de Sodio cada vez gana más peso y son más los científicos que ven en el átomo de la Sal la solución al impacto de las minas de Litio. No podemos permitirnos el lujo de desperdiciar esta energía limpia y barata: no emite CO2, es económica, pero no exenta de impacto. Ante el creciente debate sobre el impacto visual y consumo de suelo de las energías renovables, el catedrático de Física cree que estamos ante un cambio inevitable, pero minimiza sus efectos, porque la actividad humana, por definición, es transformadora. “No ha habido actividad humana con mayor impacto que la agricultura, ha modificado el medio ambiente como ninguna otra cosa, y sin embargo, es fundamental. Lo habitual es que las energías renovables se instalen en zonas ya modificadas por el ser humano, lo que tenemos que conseguir es que esa transformación impacte lo menos posible en el entorno”. 

Exprimir la luz

Aunque convertir la luz solar en energía eléctrica no es nada nuevo, se inventó a finales del siglo XIX, su eficiencia ha ido aumentando con los años. Jorge Méndez y su equipo trabajan para exprimir la luz desde la nanotecnología y generar el máximo de energía posible. De toda la energía que nos manda el Sol, las placas solares sólo pueden aprovechar una parte de ella, en torno al 20 %. Esta banda se encuentra principalmente en la región de longitudes de onda entre los 400 y los 700 nanómetros, que corresponde a la luz visible. Es en esta región donde los semiconductores pueden liberar electrones con mayor facilidad y generar electricidad. En este proceso se desaprovecha mucha luz sobre todo la radiación infrarroja. ¿Qué pasaría si pudiéramos convertir toda la luz solar en energía eléctrica? Estaríamos ante una nueva revolución, y parece que en ella, una vez más, las tierras raras serían una de sus protagonistas. 

La estrategia pasa por convertir una luz en otra, en transformar la parte de la luz que las placas solares no detectan en otra que sí utilicen, en pasar, por ejemplo, luz infrarroja a visible, algo que ya hacen, por ejemplo, las gafas de visión nocturna. Estos conversores espectrales pueden convertir la luz del Sol que no detecta las placas solares en una que sí lo haga. Esto vale tanto para la generación de electricidad desde placas solares como para la generación de Hidrógeno Verde a partir de luz, como hacen las plantas, en este caso pasando toda la radiación a luz ultravioleta,

fundamental para generar este tipo de energía. Los catalizadores, capaces de hacer este proceso de salto mortal entre una energía y otra, están todas juntas en un rincón de la tabla periódica, son, una vez más, las Tierras Raras. Unos elementos que fueron estudiados por una figura que está muy presente en la vida de Jorge Mendez. Precisamente, en su despacho, podemos encontrar la gráfica de curva de los momentos magnéticos que presentó el ilustre físico Blas Cabrera en el sexto congreso de Solvay de 1930.

A pesar del camino que nos queda por transitar, Méndez ve un claro avance a favor de las energías renovables y un cambio en la percepción social de los efectos perversos de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero. “No creo que el cambio se produzca mañana pero la apuesta está clara a favor de las energías renovables”.

La transición energética en Canarias

En estos momentos, según se recoge en la Estrategia de Energía Sostenible de las Islas Canarias el 96% de la energía que se consume proviene de fuentes fósiles, lo que significa que únicamente el 4% de las necesidades de energía en Canarias se cubren mediante fuentes renovables. El mismo documento establece revertir drásticamente estas cifras, comprometiéndose a que el 58,2% de la generación eléctrica deberá ser de origen renovable en el año 2030. La pregunta es ¿es esto posible? Ricardo Guerrero es optimista ya que tecnológicamente es viable, otra cosa es lo que se esté dispuesto a invertir, teniendo en cuenta que quizás, como afirma, el último y más pequeño tramo de descarbonización pueda ser tan costoso como el resto. “El último paso puede ser un quebradero de cabeza, pero si estamos dispuestos a invertir se puede asumir”. 

Para el catedrático, en estos momentos lo urgente a corto plazo es lo que establece el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima donde indica que el sector eléctrico debe reducir un 50% las emisiones de CO2. Este es el único compromiso urgente que tenemos ante la Unión Europea. Por su parte, el Gobierno de Canarias apunta a la descarbonización total para 2040 o, si es posible, 2035. En este sentido Guerrero llama la atención sobre las contradicciones que nos podemos encontrar por el camino, ya que se habla también de “emergencia energética, sustituir grupos de generación convencionales por otros grupos”. En este sentido, no cree que los grupos de generación que funcionan en Canarias corran peligro, ya que todas las instalaciones están dentro de los tiempos de vida técnica. “Se está hablando en los últimos meses del agotamiento de la vida regulatoria de las instalaciones, que hay que diferenciarla de su vida útil técnicamente”. También le quita hierro a la posibilidad de que se repitan los ceros energéticos en la isla. “El Cabildo de Tenerife encargó un informe a la Universidad de La Laguna sobre cómo resolver los ceros energéticos en la isla. Uno de ellos ocurrió porque parece ser que hubo un error humano, una persona apagó un ciclo combinado y el otro porque se quemó una fase de un transformador y el sistema no fue capaz de reaccionar”. En este segundo caso, como recoge el informe que se remitió, una batería de 50 Megavatios/hora hubiera soportado ese problema. Y esto demuestra que el problema está, una vez más, en el almacenamiento de energía que está frenando la penetración de las energías renovables.

Comunidades y consumo energético 

Ambos expertos coinciden en aumentar la eficiencia de la producción y el consumo de la energía. Esta es, para el profesor Guerrero, la gran asignatura pendiente del sistema, la gestión de la generación y la demanda. “Hay que usar la energía cuando está más disponible”. En Canarias se da una paradoja geográfica: la energía no es más barata cuando más brilla el Sol o sopla el viento en las islas, es más barata cuando hay más viento y Sol en la península. “Esto es algo que hay que arreglar, además de mover la demanda a los momentos donde hay más generación”. Esto se resume, según Guerrero, con un entendimiento entre los que generan la electricidad y los que la consumen. Los mercados locales pueden favorecer esto, con comunidades energéticas. Las comunidades energéticas hacen referencia a un término jurídico donde se relacionan unos consumidores y generadores de energía para compartir riesgos y beneficios. 

La Universidad de la Laguna, a través del proyecto europeo de comunidades energéticas sostenibles del Atlántico (SAtComm) creará su propia comunidad energética, donde se auto abastecerá con energía fotovoltaica distribuida, de tal manera que, cuando la universidad genere energía y no la use, porque está un período de cierre, por ejemplo, mande la energía a sus comunidades vecinas, y al revés, cuando la universidad necesite más energía, ésta venga de los que menos están demandando del entorno. Esta es, además de sostenible, la forma más barata de consumir energía. 

Unidad de Cultura Científica y de la Innovación (Cienci@ULL)