Todos los seres vivos, para sobrevivir, deben consumir energía. En el caso de los animales, la energía la dan las reacciones químicas de los alimentos que toman.

También las plantas usan la energía solar para producir las moléculas complejas que necesitan para la vida.

Siempre se trata de captar y consumir energía, y no se puede consumir más energía de la que se capta, a no ser que se disponga de un almacén de reservas de energía. Los animales, por ejemplo, al captar más energía de la que necesitan la almacenan en células grasas y, en las épocas de escasez pueden sobrevivir mientras esas reservas no se agoten.

El Hombre es el único animal que capta y consume mucha más energía de la que necesita su organismo, y lo hace con fines que muchas veces no tienen nada que ver con la alimentación.

Desde que por primera vez descubrió que el calor de una hoguera le ayudaba a sobrevivir durante el invierno, ha venido consumiendo cada vez más energía.

En principio aprendió a usar la energía del fuego, lo que le sirvió para aumentar sus posibilidades de supervivencia durante el invierno.

Más adelante aprendió a usar la energía de otros animales para el transporte, lo que le dio una mayor movilidad territorial aumentando, sin apenas esfuerzo, sus terrenos de caza.

Si la unidad de medida de la energía fuese la cantidad de energía que consume un hombre al cabo de un año, el hombre prehistórico consumiría una unidad energética al año, tras el descubrimiento del fuego consumiría diez o doce unidades energéticas al año y con la posesión de un caballo alcanzaría las veinte unidades energéticas al año.

Durante siglos, la Humanidad se mantuvo en un consumo más o menos estable, unas veinte o treinta unidades energéticas al año, y ya que no tenía medios para producir más energía aprendió a usarla de formas más eficientes.

Hasta que empezó a inventar máquinas. Con los primeros molinos de viento o de agua comenzó a usar otras fuentes energéticas cada vez más productivas que le hicieron dar un nuevo salto en la escala del consumo de energía.

Todos estos saltos no afectaban a todos por igual, un zapatero apenas consumiría diez o quince unidades al año, mientras que un alfarero, con su horno, podría consumir cincuenta. Un agricultor con una mula consumiría treinta unidades, un molinero, simplemente con la energía del viento que haría moler el grano, consumiría cientos.

A principios del siglo XVIII el consumo energético medio podía ser de unas sesenta u ochenta unidades.

Hasta que se inventó la máquina de vapor.

Gracias a la máquina de vapor se puede realizar mucho más trabajo, lo que redunda en beneficio de la Humanidad pero, por supuesto, para hacer funcionar las máquinas de vapor hacía falta consumir mucha más energía en forma de leña o carbón.

Nadie puede negar los beneficios de la revolución industrial, gracias a ella muchos productos se fabricaron en serie y bajaron sus precios con lo que pudieron ser adquiridos por gente que en tiempos anteriores jamás hubieran soñado con ello.

También los medios de locomoción industriales llevaron muchos productos a lugares donde antes no hubiera sido rentable.

Los países industrializados se cubrieron con una red de líneas férreas que unieron los centros de extracción del carbón con los centros de producción, y éstos con los centros de consumo. El consumo fue tan ingente que en cuestión de pocos años el aire de algunas ciudades junto a las que se construyeron fábricas llegó a hacerse irrespirable. No importaba, era el progreso.

Con el descubrimiento de la electricidad el carbón se usó también para que el vapor de agua moviera unas turbinas dentro de una dinamo produciendo energía eléctrica.

En menos de un siglo desde el inicio de la revolución industrial, el consumo energético se disparó hasta alcanzar unas quinientas o mil unidades al año por persona.

Cierto que un agricultor en su terruño podía seguir consumiendo cincuenta unidades al año, pero cuando iba a la ciudad y compraba una chaqueta de pana que había costado treinta unidades energéticas, y unos arenques traídos por tren desde la costa, con su propio costo de transporte, también él participaba del consumo global de la Humanidad.

Con el tiempo las fuentes de carbón comenzaron a dar signos de agotamiento, se buscaron otras fuentes energéticas y se descubrió el petróleo. Con él también se podía producir vapor para hacer funcionar máquinas o para mover una turbina y producir electricidad con la ventaja, además, de que al ser líquido podía transportarse por tuberías.

El petróleo también permitió el auge del automovilismo haciendo que en la actualidad cualquier persona que posea un coche sea consumidor de miles de unidades energéticas al año. Durante décadas eso no ha importado, nos hemos adaptado a consumir mucha más energía de la que necesitamos, simplemente al meter la familia en el coche y llevarla a la playa, a quinientos kilómetros de distancia, estamos consumiendo en unas horas mucha más energía que la que consumían cien hombres en un año.

Si a eso sumamos toda la energía que se ha consumido en fabricar el vehículo, tejer nuestras ropas, asfaltar las carreteras y construir el hotel, el consumo energético de una persona actual puede ascender a cincuenta mil unidades energéticas al año, es decir, tanto como consumían cincuenta mil hombres prehistóricos antes de descubrir el fuego.

Si tenemos en cuenta que en épocas prehistóricas habría unos pocos millones de personas y hoy en día somos más de cinco mil millones, llegamos a la conclusión de que el consumo energético de la Humanidad es hoy cincuenta millones de veces mayor que hace diez mil años.

Y conforme progresamos, cada vez requerimos más energía, en una escalada que no parece mostrar indicios de detenerse.

 

Tipos de energía

La energía se presenta en muchas formas, aunque por regla general las energías que más consumimos son de dos tipos, la química y la eléctrica.

La energía química es la que hace funcionar nuestros coches, motos, camiones, barcos y aviones, y la extraemos de combustibles fósiles como el petróleo, el gas o el carbón, o bien fabricando combustibles a partir de otras energías.

La energía eléctrica es la que consumimos en casa y nos llega a través de una red eléctrica que cubre casi todo el planeta. Para producir esa energía existen centrales que la fabrican a partir de combustibles fósiles, energía solar, hidráulica, eólica, térmica, atómica, etc.

Vemos pues que si bien la Naturaleza crea muchos tipos distintos de energía, nosotros las usamos todas de unas pocas formas distintas, y si al encender una bombilla durante una hora consumimos 100 watios, nadie nos puede asegurar de dónde han salido esos watios, si de un generador termosolar, una central nuclear, un generador eólico o una central hidroeléctrica.

Aunque en último término, todos esos tipos de energía han tenido un mismo origen: El Sol.

El Sol calienta grandes masas de aire produciendo vientos que generan energía eólica.

Evapora el agua de los mares para formar nubes que, al condensarse en las montañas generan ríos que son embalsados para producir energía hidroeléctrica.

Hace que las plantas conviertan materia mineral extraída del suelo por las raíces en materia viva, capaz de formar leña, carbón y petróleos.

Incluso la energía atómica tiene su origen en el Sol, si pensamos que todos los elementos existentes más pesados que el hidrógeno, el uranio entre ellos, han tenido su origen en el interior de una estrella, no nuestro Sol precisamente, pero quizás un abuelo del Sol que nació, brilló durante mucho tiempo y explotó para que de sus cenizas, y de otros muchos soles destruidos, se formasen nuevos soles, pero esta vez con planetas sólidos que pudiesen albergar vida.

Pero aunque todas las energías tengan el mismo origen, no todas se usan ni actúan de la misma forma. Las energías fósiles, por ejemplo, contaminan el medio ambiente con humos, cenizas y desechos industriales que destruyen la vida allí donde son vertidos accidental o intencionadamente.

Es la contaminación química, que en los dos últimos siglos ha provocado la extinción de muchas especies animales y vegetales debido a las emisiones de gases contaminantes como el CO2 y que contribuyen al cambio climático que parece estar produciéndose en la Tierra.

También la energía atómica utiliza un combustible que es peligroso para la vida y deja unos residuos que son mortales.

Es la contaminación radiactiva, capaz de provocar mutaciones en los genes de las personas y que puede amenazar la supervivencia de muchas especies.

Por último, hay muchas energías que no se pueden usar directamente, sino que debemos transformarlas para que nos sean útiles.

Así, la velocidad del viento o el cauce de los ríos se convierten en energía eléctrica que en esa forma sí pueden llegar a nuestros hogares.

Pero en todas las transformaciones de un tipo de energía en otro se producen pérdidas de eficiencia. Esas pérdidas provocan una disipación de calor, es decir si la eficiencia de una transformación es del 90%, significa que el diez por ciento de la energía original se pierde, convertida en calor.

Es la contaminación térmica que, junto con la contaminación química, contribuye al cambio climático.

Puesto que el origen de todas las energías es el Sol, y su destino en casi todos los casos es acabar en nuestros enchufes, da la impresión de que lo mejor y más eficiente debería ser transformar la energía solar directamente en electricidad.

En realidad no es así.

 

Fuentes de Energía Alternativa

Más del noventa por ciento de la energía mundial se produce a partir del carbón, el petróleo y el gas natural, precisamente las tres fuentes de energía que están a punto de agotarse.

La mayor parte de estas fuentes energéticas se usan como combustible para el transporte y la calefacción, el resto se usa para convertir agua en vapor, que se hace pasar por una turbina, que hace girar una dinamo para producir electricidad.

Del resto de la energía que se consume en el mundo, la mitad se produce a partir de plantas nucleares, (que calientan agua para convertirla en vapor que... etc) que tras demostrar en varias ocasiones lo peligrosas que pueden resultar para la humanidad, hoy en día se están desmantelando en muchos países del mundo.

Otra cantidad importante es producida a partir de presas hidroeléctricas, y sorprendentemente esta resulta ser una de las fuentes de energía más eficientes, ya que más del noventa y cinco por ciento de la energía cinética del agua durante su caída se convierte en electricidad. (Es lógico, porque mueven una turbina sin necesidad de calentar el agua ni convertirla en vapor).

Por desgracia hay muy pocos países que tengan ríos suficientes para autoabastecerse de energía, y aunque una presa no contamina, requiere unas instalaciones costosas y destruye el ecosistema del río allí donde se instala. (Simplemente pensemos en los peces marinos que desovan en los ríos. Con una presa en su camino no podrían ir a desovar a donde sus antepasados han desovado desde hace millones de años).

Vista la situación, es lógico que cada vez haya más investigaciones acerca de fuentes de energía alternativa.

Y estas investigaciones se extienden como una rosa de los vientos en todas direcciones, buscando una fuente abundante que pueda abastecer de energía barata a toda la humanidad antes de que se agoten las actuales.

Las centrales geotérmicas intentan aprovechar las altas temperaturas del interior de la Tierra para convertir agua en vapor.

Una central eólica instala molinos de viento en la cima de montañas o en extensas llanuras, no para moler trigo ni para sacar agua de un pozo, sino para mover directamente una turbina, con lo que resulta ser otra fuente energética bastante limpia.

Se han ensayado centrales que separarían una extensa laguna del mar, para que al subir o al bajar la marea la laguna se alimente o desagüe por un estrecho canal moviendo una turbina.

Hemos dejado para el final dos formas de energía basadas en el Sol.

La energía termosolar consiste en reflejar la luz solar mediante espejos hacia un horno donde se hace hervir el agua en una tubería. El gas al expandirse hace mover una turbina produciendo electricidad.

En una versión doméstica se hace circular agua por el interior de un radiador plano pintado de negro y cubierto con un cristal. El agua del interior de la tubería puede calentarse hasta más de sesenta grados, tal como un coche en el hipermercado, y es almacenada en un termo para disponer de agua caliente sin consumir energía.

La energía fotovoltaica consiste en convertir directamente la luz del Sol en corriente eléctrica. Para ello se usan capas superpuestas de silicio con distintas concentraciones de impurezas que, al capturar fotones de luz solar producen cargas eléctricas que hacen circular los electrones.

Todos estas centrales han dado un resultado más o menos desigual. Todas son caras, requieren un mantenimiento caro y gran extensión de terreno.

La eficiencia de cada tipo de central es muy variable, ya hemos dicho que la más eficiente es la hidroeléctrica. La nuclear en cambio apenas llega a un cinco por ciento de eficiencia. Por cada kW que envía a la red eléctrica, veinte se pierden convertidos en calor.

Más eficientes resultan la energía eólica, la termosolar y la fotovoltaica, pero con dos inconvenientes: En los tres casos hacen falta instalaciones muy extensas y en los tres casos se depende de los caprichos del clima.

 

Energía para las Ciudades

Para las ciudades, en cambio, no hay esa solución, las aglomeraciones urbanas impedirían el uso particular de esas fuentes energéticas, por lo que se tendrá que recurrir a grandes centrales fotovoltaicas y eólicas que suministren electricidad a la población.

Y estas centrales no pueden recurrir a fuentes alternativas si las condiciones climáticas se vuelven demasiado adversas, por lo que deben estar preparadas para los mayores rigores del invierno, y eso significa prever unos veinte metros cuadrados de paneles fotovoltaicos por familia.

Una ciudad de un millón de habitantes tendrá unas trescientas mil familias por lo que necesitará 6.000.000 m², es decir seis Km².

Pero una ciudad también tiene tiendas, escaparates, oficinas, semáforos, servicios que también consumen energía eléctrica.

Todo este consumo sería equivalente al de otras ciento cincuenta mil familias (seguro que es mucho más, pero seamos modestos) así que aumentemos la superficie necesaria hasta nueve Km².

El total será una extensión cuadrada de tres kilómetros de lado.

En el lugar donde coloquemos estos paneles el terreno quedará inutilizado. No solo inutilizado sino casi inhabitable, recordemos que apenas el 15% de la energía solar se convierte en electricidad, el resto se transforma en calor por lo que en esa zona se producirá tanto calor como si nos colocásemos en el foco donde se crucen los reflejos de varios espejos. (recordad que 287 años antes de Cristo, Arquímedes defendió la ciudad de Siracusa con una batería de espejos que concentraban la luz del Sol sobre las velas de las naves romanas hasta incendiarlas).

Tanto calor provocará un calentamiento del aire que al expandirse formará corrientes ascendentes atrayendo el viento superficial y el polvo desde varios kilómetros a la redonda, con lo que la limpieza de los paneles deberá ser constante.

Y no quiero terminar sin mencionar dos puntos importantes:

1. No he hablado para nada de las zonas industriales que consumen ellas solas tanta energía como toda una ciudad.
2. Algún día se agotarán los combustibles químicos y usaremos coches eléctricos. Esto sin duda duplicará o triplicará la cantidad de energía necesaria para mantener una ciudad.

En fin, siendo realistas llegamos a la conclusión de que la fuente energética más limpia, la solar, no es tan limpia y ecológica como todos habíamos pensado al principio y, desde luego, resulta insuficiente para las necesidades de una civilización basada en la tecnología.

 

Energía Solar desde el Espacio

Pero esto es si pensamos sólo en la superficie de la Tierra. ¿Qué pasaría si instaláramos los paneles solares en el espacio?

En el espacio los paneles podrían estar siempre orientados hacia el Sol, captando la máxima potencia las veinticuatro horas del día.

No hay nubes, ni lluvia, ni viento, por lo que los paneles están siempre limpios conservando el cien por cien de su eficacia.

Cierto que habría que enviar la energía a la Tierra, y, de entre varios sistemas posibles, el más eficiente es la transmisión de energía en forma de rayo de microondas.

Mientras no avancemos en el estudio de la conversión fotovoltaica, la luz se seguirá convirtiendo en electricidad con una eficiencia del 15%. El 85% restante se convierte en calor, pero como estamos en el vacío del espacio ese calor se disipa por radiación sin provocar ningún tipo de contaminación térmica en la Tierra.

Con la electricidad se genera un rayo de microondas que se envía a la Tierra donde una antena receptora capta ese rayo y lo vuelve a convertir en electricidad.
La eficiencia de estas dos últimas conversiones, electricidad-microondas y microondas-electricidad es de más del 70%, es decir, menos del treinta por ciento de la energía se transformaría en calor.

Para asegurarnos de que el satélite solar esté siempre sobre la antena receptora, se debe colocar en una órbita geoestacionaria, a 36.000 Km de altura.

Una vez rehechos todos los cálculos teniendo en cuenta que el tiempo de exposición al sol no es de un 25% como en la Tierra, sino el 100% y que no hay nubes ni polvo ni atmósfera, llegamos a la conclusión de que un satélite solar de menos de un Km² de superficie puede generar tanta energía como una extensión de 10 Km² en la superficie de la Tierra, extensión que, como vimos antes, sería suficiente para una ciudad de un millón de habitantes, eliminando de paso todos los problemas planteados por la contaminación térmica.

Para captar la energía enviada desde el espacio, construiremos una antena que cubra una extensión de cinco Km². Esta antena no generará apenas calor residual, y el terreno bajo ella puede seguir siendo útil para la agricultura.

Para una ciudad de diez millones de habitantes se necesitarían diez kilómetros cuadrados de paneles solares en el espacio, pero la antena receptora construida en la superficie de la Tierra no tiene por qué ser más grande, la misma antena de 5 Km² puede recibir más cantidad de energía e incluso rayos de microondas de varios satélites solares al mismo tiempo.

Colocando sesenta satélites de cien kilómetros cuadrados cada uno en órbita, abasteceríamos de energía eléctrica a toda la población mundial sin que hubiera que consumir más combustibles contaminantes.

Las centrales nucleares podrían ser cerradas, las centrales hidroeléctricas recuperadas para la naturaleza, las minas de carbón cerradas.

La energía será mucho más barata, tanto que se podrá llevar con muy poco costo a los lugares más recónditos del planeta para ponerla al servicio de todas las personas, en cualquier parte del mundo.

Mientras más se estudia el tema, más evidente resulta que las placas de energía solar en el espacio podrían resolver con gran facilidad no solo el problema de la energía, sino que también reduciría la contaminación. La energía barata para todos daría más oportunidades a las personas, a todas las personas y podría facilitar que muchos países pobres pudieran salir de la pobreza.

Solo hay que colocar en órbita sesenta satélites de energía solar de 100 Km² cada uno.

¿Imposible?

 

Escrito y Publicado el 3 de Julio de 1999
Ultima modificación el 26 de Mayo de 2015