Las energías renovables tienen tres ventajas indiscutibles: son verdes, es decir, respetuosas con el medio ambiente; son inagotables; y son autóctonas, es decir, naturales. A parte de las “tradicionales” como la fotovoltaica, la eólica o la hidráulica, existen en el mercado otras mucho menos conocidas y desarrolladas, pero potencialmente escalables y útiles para el mundo industrial.
Algunas de ellas generan poca energía, son poco rentables, testimoniales o pruebas de concepto o de laboratorio, pero otras tienen un futuro prometedor y pueden convertirse, a medio o largo plazo, en una solución global, barata, continua y eficiente.
Estas son 10 de ellas comentadas para industry TALKS por Eduardo Álvarez (pulse aquí para leer la entrevista que le realizamos), profesor del Departamento de Energía de la Universidad de Oviedo y director técnico del Foro Industria y Energía (FIE):
1.- Fotosintética
La base de este nuevo tipo de energía renovable se fundamenta en la fotosíntesis. La fotosíntesis es un proceso químico que se produce en las plantas, las algas y algunos tipos de bacterias cuando todas ellas se exponen a la luz del sol. Durante ese proceso el agua y el dióxido de carbono se combinan para formar carbohidratos o azúcares y desprenden oxígeno. Además, toda planta produce materia orgánica durante la fotosíntesis para su propio crecimiento, pero una parte de ella no se utiliza y es expulsada por las raíces hacia el suelo, donde habitan bacterias que se nutren de ella. En este proceso de degradación se liberan electrones como desecho, electrones susceptibles de generar energía.
La empresa belga Plant-e es una de las pioneras de la energía fotosintética. Ha desarrollado un sistema capaz de generar electricidad sin dañar las plantas, que funciona mediante un circuito de cubetas con agua que se instalan bajo la planta, donde unos electrodos capturan los electrones liberados por los microorganismos expulsados a tierra. El rendimiento del sistema es todavía bajo, ya que se necesita un metro cuadrado de plantas para generar 0,4 vatios de potencia. Es decir, para abastecer de energía una casa que consuma unos 2.900 kWh al año serían necesarios 100 metros cuadrados de Plant-e.
El sistema es muy interesante y tiene muchas posibilidades de futuro. Sus aplicaciones se concentran en la activación de iluminación o de sensores del Internet de las Cosas (IoT). Sin embargo, la energía fotosintética no es todavía rentable. Aunque entre sus ventajas destaca que es 100% renovable y que no depende del sol o el viento, uno de sus grandes inconvenientes es su elevado coste, respecto a su rendimiento. De hecho, instalar 100 metros cuadrados de los productos de Plant-e sale por 60.000 euros.
2.- Osmótica
Basada en la osmosis, es decir, en el fenómeno natural entre dos líquidos con diferente concentración salina que intercambian moléculas a través de una membrana semipermeable, esta energía renovable tiene mucho potencial industrial.
El proceso funciona de la siguiente manera: colocamos en dos tanques una masa de agua dulce y otra de agua salada, separados por una membrana porosa. La osmosis hará que el agua dulce pase a través de la membrana al lado del agua salada, aumentando el volumen y la presión. Esto mueve una turbina que, a continuación, genera electricidad.
El futuro de este tipo de energía verde es muy prometedor, especialmente en la desembocadura de los grandes ríos, donde el agua dulce se mezcla con el agua salada del mar de forma natural. Ya existen ejemplos de este tipo de centrales en Noruega, donde en 2009 la empresa nacional noruega Statkraft inauguró la primera planta de energía osmótica del planeta. Statkraft es el mayor generador de energía renovable de Europa.
En Francia, la startup Sweetch Energy planea inaugurar a finales de este año la primera planta osmótica del país vecino, en el delta del rio Ródano, y producir 4 TWh de energía al año, el equivalente a la cuarta parte de la electricidad consumida por Sevilla y Zaragoza en un año.
Esta energía “trata de aprovechar el gradiente salino, la diferencia de salinidad entre el mar y el agua dulce. Es un proceso químico. Pero está muy por desarrollar”, indicó el profesor Álvarez.
3.- Geotérmica
Nadie duda del poder energético de la Tierra. Los volcanes son la demostración de que el interior del planeta representa una reserva inagotable de recursos. Los geólogos distinguen dos clases de energía geotérmica: la somera o de baja temperatura y la crítica, de muy alta temperatura. La temperatura va a aumentando en el interior medida que profundizamos, en un porcentaje conocido como gradiente geotérmico y que varía según la zona, aunque el promedio es de 25/30º por kilómetro. Eso significa que es preciso profundizar considerablemente dentro de la corteza terrestre. Hasta ahora el sondeo más profundo jamás hecho ha alcanzado los 12 kilómetros. Aunque ya se ha conseguido generar electricidad mediante energía geotérmica, sólo se ha logrado en ciertas zonas donde el subsuelo presenta temperaturas anormalmente más altas a menores profundidades como, por ejemplo, Islandia.
Según Geoplat, la Plataforma Española Tecnológica y de Innovación en Geotermia, esta forma de energía limpia tiene buenas posibilidades de uso en Canarias, cuyo Gobierno autonómico convocó concursos públicos para seleccionar programas de investigación de recursos geotérmicos. El interés, de hecho, ha escalado a nivel nacional. El propio Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (MITECO) lanzó en junio pasado la primera convocatoria de ayudas para realizar estudios de viabilidad de energía geotérmica profunda en España. La convocatoria, vigente hasta septiembre, está dotada con 120 millones de euros, la mitad de ellos destinados íntegramente al archipiélago canario.
4.- Bioluminiscente
Otra curiosa fuentes de energía renovable es la vinculada a la bioluminiscencia, un fenómeno propio de medusas, luciérnagas, algunas bacterias y en más del 80% de los organismos marinos. Estos pequeños organismos producen luz fluorescente de forma natural, a través de una reacción química de algunas proteínas. Las posibilidades de aplicación de este proceso en la iluminación de espacios son extraordinarias y ya se han probado con éxito en algunas iniciativas novedosas, como la organizada en enero en Rambouillet, a las afueras de París, para iluminar algunas calles mediante puntos bioluminiscentes.
Así, la empresa francesa Glowee es pionera en el desarrollo y aplicación de este tipo de energía renovable. Desde hace años, investiga con la bacteria marina Aliivibrio fischeri para iluminar espacios sin electricidad y de forma 100% sostenible.
La bioluminiscencia podría aplicarse para iluminar mobiliario urbano, pasos de peatones, paradas de transporte, señales de tráfico, carteles, escaparates, fuentes y muchos otros elementos. Si se aplicara a gran escala en la iluminación de las ciudades, el gasto de energía podría reducirse en un 20%, según el blog de la compañía eléctrica Escandinava de Electricidad.
5.- Pluvial
La energía de la lluvia podría ser la próxima gran fuente de renovables del futuro. Científicos chinos han diseñado un innovador generador eléctrico, bautizado como Electrec, que consigue transformar la energía pluvial en electricidad. Los primeros ensayos han demostrado que el impacto de una sola gota de lluvia puede generar energía suficiente para encender 100 bombillas..-
En concreto, según una investigación de la City University of Hong Kong (CityU), una gota de 100 microlitros de agua caída desde una altura de 15 centímetros puede generar un voltaje de 140 voltios, y esa energía generada puede encender hasta 100 bombillas pequeñas tipo LED.
El quid de la cuestión es que la tecnología sea eficiente para capturar miles de gotas de agua. Los científicos están trabajando en un generador de electricidad basado en gotas de agua (DEG), una suerte de condensador permanente con una película de politetrafluoroetileno o PTFE, que puede acumular una carga superficial a medida que las gotas de agua la golpean continuamente, hasta que alcanza gradualmente la saturación. El dispositivo consiste en un electrodo de aluminio (Al) y un electrodo de óxido de indio y estaño (ITO) con la película de PTFE sobre él.
6.- Higromotriz
Investigadores de la Universidad de Massachussetts Amherst han desarrollado un minúsculo dispositivo, al que bautizaron Air-Gen, que genera electricidad de la humedad del aire. Esta revolucionaria tecnología utiliza la bacteria Geobacter sulfurreducens, que absorbe el vapor de agua del aire, incluso en zonas muy secas, y es capaz de producir una corriente eléctrica entre dos electrodos a través de nanohilos de proteinas. El Air-gen produce un voltaje sostenido de alrededor de 0,5 voltios con una densidad de corriente de unos 17 microamperios por centímetro cuadrado. Es todavía poca energía, pero el equipo investigador cree que conectando múltiples dispositivos se podría generar suficiente energía para cargar dispositivos del tamaño de un smartphone y hacerlo sin necesidad de cables o redes inalámbricas.
7.- Mareomotriz
El efecto de la Luna sobre los océanos puede tener ventajas energéticas aplicadas a la industria. Las mareas son una forma limpia e inagotable de producir energía. El profesor Alvarez está trabajando en la actualidad precisamente en la energía de las corrientes marinas y fluviales, “que más o menos es lo mismo”. “Cambia el fluido por la salinidad, pero es la misma idea”, agregó. Ya se aprovecha en grandes ríos y canales en Estados Unidos la velocidad del agua para obtener energía. Y en Europa existen algunas instalaciones en funcionamiento y más en experimentación, dijo el profesor. Esta energía de las corrientes marinas viene a llamarse Tidal Energy (energía de las mareas, en inglés) o mareomotriz. “Está bastante desarrollada”, aseguró el director técnico de FIE.
“Ya hace muchos años, hace dos siglos, había molinos de mareas, por ejemplo, en Asturias. Y en el norte de Europa hay muchos. Es decir, se utilizaba la subida y la bajada del mar, ese salto de altura, de variación del nivel de agua para obtener energía para la molienda. Y la primera aproximación a nivel industrial que se hizo de aprovechar la energía eléctrica fueron las presas de marea.”, explicó. El concepto es similar al de una presa hidráulica, como un embalse; en este caso lo que se cierra es una ensenada, un entrante de mar y se juega con la subida y bajada de la marea que mueve unas turbinas.
La instalación más grande del mundo de este tipo se encuentra situada en el estuario del río Rance, en Bretaña, en el norte de Francia. Tiene una potencia total de 240 MW. “Pero, ¿por qué no hay más? Por los problemas de impacto ambiental. En Europa todo eso se desechó hace más de 30 años, aunque “es una aproximación energéticamente muy interesante”. Sí existen proyectos en China, donde los estándares medioambientales son más laxos.
En este apartado “tenemos la undimotriz, es decir, el aprovechamiento de la energía de las olas, donde también existen muchas tecnologías. Centenares”, puntualizó el profesor asturiano. La tecnología que se ha impuesto en los últimos años es un dispositivo denominado columna de agua oscilante (OWC, por sus siglas en inglés), que se coloca en la costa. Lleva un ventilador. Cuando llega la ola empuja el aire hacia arriba y cuando se retira hacia abajo moviendo un sistema de generación de energía. “Es como un motor de dos tiempos, pero movido por una ola que hace pasar el flujo de aire a través de una turbina”, aclaró el investigador de la Universidad de Oviedo. Hay bastantes instalaciones ya construidas con la tecnología OWC. Por ejemplo, la planta undimatriz de Mutriku, en el País Vasco, que gestiona el Ente Vasco de la Energía. Inaugurada en julio de 2011, se encuentra en el pueblo del mismo nombre.
“El problema es que son instalaciones que producen muy poca energía y requieren bastante mantenimiento”, reconoció el especialista del Foro Industria y Energía. “Porque la salinidad es muy corrosiva para los materiales”. “Lo bueno es que puede compartir costes con la obra civil de un puerto, incluyendo en el espigón este dispositivo”.
8.- Cinética
La energía cinética terrestre también puede tener aplicaciones industriales. Así, el simple movimiento de andar se transforma en electricidad. En la Estación Central de Estocolmo, por ejemplo, aprovechan los pasos de los viajeros sobre un pavimento especial para suministrar calefacción a todo el edificio. La empresa tecnológica británica Pavegen Systems desarrolla baldosas interactivas para lograr ese propósito. Y lo mismo hace la holandesa Energy Floors.
Para compatibilizar el respeto al medioambiente y el empuje de las mareas, en la actualidad se está trabajando en otro concepto: las turbinas hidrocinéticas, es decir, aquellas que aprovechan la velocidad del agua. Por ejemplo, en una zona cercana a un estuario, donde llega un río y desemboca. El Reino Unido ya tiene instalaciones funcionando. Tiene carreras de mareas altas y además costas escarpadas, donde existe mucho estrechamiento. Son hélices que se anclan al fondo, pero también hay otras tecnologías. “Es un aerogenerador metido en el agua”, explicó Álvarez. Existe un centro de experimentación en Escocia, el European Marine Energy Centre Scotland, un antiguo astillero reconvertido que alquila sus instalaciones para que las grandes empresas prueben probar este tipo de turbinas. “También prueban boyas y otros sistemas para obtener energía”, agregó.
La Comisión Europea ha publicado un mapa de parcelación del espacio marino para su utilización energética que “tiene mucha importancia debido a la presión que está haciendo la eólica offshore”, subrayó Álvarez.
9.- Orgánica
Los biocombustibles, que van ya por su cuarta generación, son otra opción viable que pasa por obtener energía de una materia de origen orgánico, sea vegetal o animal, a través de procesos mecánicos, termoquímicos y biológicos.
Se puede conseguir gas a través de los residuos ganaderos, por ejemplo. Se produce biogás, es decir, una digestión anaerobia en un reactor, que se llama gasificador. “Es una forma muy antigua, pero sí que puede tener su espacio como productor de energía”, declaró el especialista de FIE a industry TALKS. Ese gas luego se puede transformar en energía eléctrica. ¿Cómo? Quemándolo, produciendo vapor y llevándolo a una turbina. O en motores alternativos de cuatro tiempos. “Hay motores de biogás, aunque son muy sucios”. De gas de vertedero como el de Valdemingómez, sita a las afueras de Madrid. Son gases pobres, con poco contenido energético y muchas impurezas. Generan problemas. Por ejemplo, AcerorMittal ha montado hace años una instalación de cogeneración aprovechando el gas pobre de la acería, pero “se pierde eficiencia energética”.
El biogás generado por purines se desarrolló mucho en Cataluña, estimó Álvarez. “Es cierto que hay granjas en Castilla y León y en Castilla-La Mancha” que emplean este residuo orgánico de los animales no solo como fertilizante natural sino como productor energético, aunque tiene el hándicap de que provoca contaminación en el subsuelo dado su alto contenido en nitratos.
La biomasa es otro elemento a tener en cuenta, ya que utiliza las talas de monte o directamente cultivos energéticos como combustible, para quemar en caldera. Pero eso implica repoblar a la misma velocidad con un tipo de árbol sustitutivo que crezca en poco tiempo. Los cultivos energéticos son de bajo coste y mantenimiento. Suelen ser de plantas leñosas o herbáceas y tienen un ciclo de producción y consumo continuo.
En España, por ejemplo, tenemos la planta de biomasa de Sangüesa, de 15 MW, que quema paja. O la biofábrica de Navia (Asturias), el centro con mayor capacidad de producción de Ence, dedicada a la transformación de madera procedente de cultivos forestales para uso industrial.
Tras la reciente ampliación y mejora de sus instalaciones, se ha posicionado entre los líderes del mercado europeo de eucalipto. La capacidad actual de producción de la biofábrica es de 685.000 toneladas al año de celulosa de eucalipto. “La industria maderera tiene mucho residuo, cortezas y demás, que se aprovecha para la generación de energía”. Al lado de una industria papelera o maderera suele haber casi seguro una de biomasa.
10.- Hidrógeno verde
El hidrógeno no genera energía, sino que la transmite, comentó el profesor Álvarez. No es una fuente de energía, sino un elemento químico, el más abundante del universo, que transporta energía, un vector. “El hidrógeno es un driver, lleva energía de un punto a otro. Por sí mismo, el hidrógeno es imposible de mover. Trasciende al material. En un tubo no puedes transportar hidrógeno. Es una barbaridad técnica. Lo que puedes hacer es llevar compuestos con alto contenido en hidrógeno: amoniaco, metanol inclusive metano o gas natural”, remarcó.
El hidrógeno es un sustitutivo muy eficaz porque penetra en la industria por dos vías: no solo en por red eléctrica sino también por la geotérmica, incluyendo a industrias gasintensivas como la cerámica o la cementera.
El combustible de hidrógeno se obtiene principalmente mediante el proceso de electrólisis, que consiste en la descomposición de las moléculas de agua para separar los átomos de hidrógeno y los de oxígeno. También existen sistemas de obtención de hidrógeno renovable mediante energía solar. Es la llamada fotoelectrocatálisis, un método que incorpora mejoras: reduce las etapas de conversión energética (generación de electricidad renovable y electrólisis); y suprime el transporte y las etapas de transformación de potencia de la electricidad renovable.
Otro método experimental de producción de hidrógeno verde aplica exclusivamente microondas de potencia (radiación electromagnética), sin cables y sin contacto con electrodos. Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universitat Politècnica de València (UPV) han observado que las microondas interactúan con materiales iónicos acelerando los electrones y dando lugar a la liberación de moléculas de oxígeno de su estructura (un fenómeno denominado reducción), lo que permite generar electricidad. Fruto de este descubrimiento ha sido la firma de un acuerdo, junto con la empresa Sener Energy, para desarrollar una planta piloto de generación de hidrógeno verde basada en esta tecnología disruptiva.
