El costo energético de producir energía (TRE, EROEI)

En esta entrada vamos a hablar de unos de los conceptos clave para entender la principal causa subyacente de la actual crisis económica. Es la tasa de retorno de energía (TRE)  invertida (Energy Return On Investment -EROI-), es decir, para una fuente energética en concreto, cuántas unidades de energía obtengo por cada unidad de energía invertido. Lo que es evidente es que este cociente debe ser mayor que uno, puesto que si no, estaría gastando más energía de la que estoy obteniendo, lo cual no tendría sentido.

Este valor es realmente complejo de evaluar y obviamente depende en gran medida de la fuente de energía. Se debe hacer mediante un criterio claro y homogéneo, porque si no, no se estaría haciendo una comparativa válida. El criterio actual está en incluir como coste energético lo que cuesta fabricar los componentes con los que se fabrican las instalaciones de obtención de la energía. No se cuenta lo que cuesta hacer las fábricas de estos componentes (esto puede ser motivo de controversia). El precio final de la energía en dinero dependerá en gran medida del coste energético, pero también influyen muchas otras variables: por ejemplo en el caso del petróleo, depende también de la situación política de los países suministradores o también de la especulación que se haga sobre él.

Lo que está claro es que la sociedad "desarrollada" actual depende todavía en gran medida del petróleo como fuente de energía. Hasta el momento esta tasa de retorno ha sido bastante alta: del orden de 100 a principios del siglo XX, de 30 en los años 70 del siglo XX, y actualmente se estima en unos 20 o menos. Como se puede ver esta tasa de retorno ha ido disminuyendo paulatinamente, lo cual no deja de ser un dato francamente inquietante. Hemos de ser conscientes que nuestra sociedad está montada en función de unas fuentes energéticas francamente "baratas" energéticamente hablando, donde se ha popularizado el uso del automóvil, los edificios no son nada eficientes energéticamente, así como muchos procesos industriales. Si esa tasa cayera por debajo de un valor crítico, esto nos obligaría a replantearnos en gran medida nuestra forma de vivir. Además, hay que tener en cuenta que los recursos petrolíferos son finitos, la demanda es creciente, y no aparecen nuevos yacimientos de fácil extracción. No es casualidad que el precio del petróleo haya pasado de 20-30 dólares hace unos 10 años a los más de 100 de la actualidad. Este panorama es el llamado "Peak Oil".

El Peak Oil consiste en el máximo de producción neta de petróleo, es decir, la diferencia entre el petróleo que se extra y el petróleo que se gasta en la extracción. Poco a poco los yacimientos se van agotando, y cada vez cuesta más la extracción. Es más, según diversas fuentes, parece ser que ese máximo de producción mundial ya se ha alcanzado, y la demanda no deja de crecer y crecer, sobre todo debido a las potencias económicas emergentes, como China o la India. Después de ese máximo la producción neta deberá descender, y lo hará más o menos bruscamente en función de la utilización de otras fuentes de energías alternativas o, que los métodos de extracción vayan siendo cada vez más eficientes.

¿Pueden las energías renovables ayudarnos a evitar ese cambio?  Hay que tener en cuenta que las tasas de retorno de las fuentes de energía renovables no son tan altas como el petróleo, por lo que igualmente estaremos obligados a cambiar de forma de vida, evitando usos y constumbres despilfarradoras con la energía. Las estimaciones del EROI para diferentes fuentes de energía renovables a día de hoy son:

• Eólica: 5-80 a 1.
• Solar térmica: 1.6-1.9 a 1 (con captadores solares).
• Solar térmica: 4.2 a 1 (de otras formas, sistemas pasivos, por ejemplo).
• Solar fotovoltaica: 1.7 a 10.

Está claro que son valores aproximados y que los criterios para su estimación pueden ser más que discutibles. Además, en función de los avances tecnológicos estos valores necesariamente tienen que mejorar. Un factor clave sin duda será aumentar el tiempo de vida de las instalaciones.

Ante este panorama nos formulamos varias preguntas: ¿cuál es la tasa de retorno mínima para sobrevivir como civilización (no como especie)? Aquí os paso referencia de una autor que habla de un EROI de 3:1 ¿Cuántos años vamos a necesitar para adaptarnos de una forma suave a ser más eficientes energéticamente? Y sobretodo, ¿de cuánto tiempo disponemos para ello?

Más información en:

http://www.eoearth.org/article/Energy_return_on_investment_%28EROI%29
http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_del_pico_de_Hubbert
http://oilcrash.net/category/eroi/
http://www.degrowth.org/uploads/media/Frano_Barbir_Role_of_Renewable_Energy.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Tasa_de_retorno_energ%C3%A9tico
http://www.mdpi.com/1996-1073/2/1/25

Un saludo

Por una banca ética

La crisis que estamos sufriendo se puede analizar desde muchos puntos de vista. Indudablemente una de las causas subyacentes es el coste real creciente de la energía, de lo cual hablaremos en la próxima entrada. Pero los auténticos catalizadores o aceleradores para que hayamos llegado a esta situación son los bancos y otras entidades de crédito.

Lejos queda esa imagen de los bancos y cajas como instituciones serias, que sólo daban créditos a personas solventes, que te pueden aconsejar de lo que más te puede convenir. En definitiva, alguien en quien confiar, con un trato personalizado. Hoy en día la realidad es bien distinta: sólo importa aumentar los beneficios año tras año (incluso ahora en época de crisis siguen teniendo beneficios muchos de ellos), aumentar el número de créditos concendidos, pólizas de seguro firmadas y un largo etc. Y es que es vox populi la presión que se ejerce desde la dirección hacia los empleados de las sucursales bancarias para conseguir unos objetivos draconianos, llegándose a jugar incluso el puesto de trabajo si no se consiguen.

Además, para conseguir sus objetivos de alta rentabilidad, sobre todo en los fondos de inversión y planes de pensiones, no dudan en invertir en aquello que más rendimiento produzca: drogas, armas, especulación de materias primas y alimentos ("commodities" en general) ... Y es que nos tenemos que preguntar qué hace nuestro banco con el dinero de nuestra nómina, plan de pensión o fondo de inversión. Es muy probable que, con nuestra aquiescencia fruto de nuestra ignoracia, estemos favoreciendo guerras, terrorismo, explotación o hambrunas en otras partes del globo. Existe una ONG "Justicia i Pau" con el conocido activista Arcadi Oliveres a la cabeza, que continuamente viene denunciando estas prácticas.

¿Cómo se ha llegado a esta situación? Poco a poco se han ido cambiando o adaptando leyes que favorecían una economía especulativa, de forma que nos hemos encontrado con la situación actual. Esto lo ha provocado un clientelismo entre partidos políticos y poderes económicos. Hemos presenciado de una forma más o menos pasiva como a nivel mundial los gobiernos han entregado un dinero a los bancos que podría solucionar el hambre en el mundo, ¡¡ 50 veces !! Mientras, la sociedad civil, los ciudadanos, hemos dejado hacer con una actitud pasiva, algo normal mientras las cosas nos iban relativamente bien. Sin embargo, esta actitud pasiva ha durado muchos años y en gran medida la sociedad esta algo desactivada.

¿Qué puedo hacer como ciudadano? Está claro que la mayoría de nosotros tenemos un compromiso casi de por vida con nuestras deudas hipotecarias. Lo mejor que podemos hacer, en la medida de lo posible, es participar en una economía paralela a los bancos. Aquí hago diferentes propuestas (no siempre realizables para muchos de nosotros):

• Prestarnos dinero entre nosotros, con seriedad y compromiso, desde luego. Así evitamos la necesidad de pedir créditos o usar tarjetas de crédito.
• Jugar en nuestro entorno cercano con el intercambio de favores, evitar el uso del dinero.
• Hacer planteamientos de vida poco consumistas, reflexionar sobre lo que realmente necesito y cómo deseo vivir. Esto evitará la necesidad de pedir créditos, podré liquidar antes los existentes y reducirá, por tanto, nuestra dependencia de los bancos.
• Si fuera posible no domiciliar nóminas y cobrarlas como antes (no todas las empresas lo permiten) . Lo que pasa es que esto implicaría hacer nuestros pagos de una forma directa, con la gran incomodidad que implica. En el caso de que los pagos fueran muy pocos, nos lo podríamos llegar a plantear.
• Usar bancos con compromiso ético (e. g. Triodos Bank).

Está claro que las dos primeras medidas que proponemos implican una capacidad para el compromiso que no todo el mundo es capaz de asumir, sin un contrato mediante. Quizá hoy en día para mucha gente estos planteamientos de podrían considerar casi utópicos, pero existen lazos (familia, amigos) que pueden asegurar en gran medida este tipo de transacciones.

Pero no nos tenemos que quedar esta crítica sólo en el ámbito de los bancos, como si fueran entidades fuera de nuestra sociedad. No hay que olvidar que éstos también están formados por personas. Y estas personas han aplicado una serie de valores como el beneficio por el beneficio, a toda costa, el poder por el poder. Quizá no sea más que otra plasmación de una crisis de valores de nuestra sociedad. Es algo realmente para meditar profundamente.

Más información en:

http://www.tv3.cat/pprogrames/iptv/xhtml/iptv.jsp?seccio=video&idint=3443930
http://www.justiciaipau.org/
http://www.triodos.es/es/particulares/

Un saludo

Energía solar termoeléctrica (CSP), un futuro prometedor

La energía solar termoeléctrica (Concentrated Solar Power, CSP) es una de las tecnologías más prometedoras para la generación de electricidad a partir de energías renovables. Esta tecnología se basa en concentrar rayos solares de manera que se pueden alcanzar temperaturas de varios centenares de ºC y así calentar vapor o gas para un ciclo de potencia y obtener así trabajo mecánico y, por tanto, electricidad. Existen varias variantes de esta tecnología siendo las más conocidas:

• Central de torre con heliostatos. Esta tecnología consiste en un campo de espejos o heliostatos que reflejan y concentran la luz solar hacia una pequeña superficie situada en lo alto de una torre. Debido a las altas temperaturas alcanzadas, se hace hervir vapor de agua a alta presión de forma que se hace funcionar un ciclo de potencia de vapor. Un ejemplo de este tipo de central solar termoeléctrica la tenemos en Sanlúcar la Mayor, Sevilla, construida por Abengoa (PS10).
• Central de chimenea. Para este tipo de central, no estaríamos hablando de CSP (energía solar de concentración) pero sí de energía solar termoeléctrica. La idea consiste en calentar aire que asciende a través de una chimenea (cuanto más alta, mejor) por convección natural. El movimiento del aire hace mover unas turbinas. La eficacia parece menor que en los demás casos, pero su simplicidad es mayor. Un ejemplo lo tenemos en la central en Nueva Gales del Sur, Australia.
• Central de captadores concentradores cilindrico-parabólicos. En este caso los captadores consisten en un elemento concentrador, un cilíndro parabólico reflectante, que dirige los rayos del sol a un tubo absorbedor por donde circula el fluido calor-portador, e. g. aceite térmico. Para una mayor eficiencia, este tubo absorbedor suele estar metido en uno de vidrio al vacío, de forma que queda mejor aislado térmicamente. Un ejemplo de esta tecnología lo tenemos en California, con las plantas de Solar Energy Generating Systems (SEGS).
• Central de captadores con reflectores lineales de Fresnel. Es una tecnología parecida a la de cilindros parabólicos, pero en este caso se sustituye la parábola cilíndrica reflectante por unos espejos reflectores de Fresnel. Aunque el grado de concentración logrado es algo menor, tiene la ventaja que se reduce el efecto "vela" de los cilindros parabólicos, resultando estructuras mucho menos aparatosas, reduciendo costes. Como ejemplo tenemos la planta de Puerto Errado 1 en Murcia de Novatec Biosol.
• Captadores de disco-parabólicos con motores Stirling. Este tipo de centrales en realidad constan de muchas mini-centrales, consistentes en un captador concentrador de disco-parabólico que concentran los rayos solares a la culata de un motor de Stirling. Este motor (de unos pocos kW generalmente) produce trabajo mecánico mediante un ciclo de potencia de un gas. Un ejemplo de instalación lo tenemos en la plataforma solar de Almería.

Como pasa en prácticamente todas las energías renovables, lógicamente no se puede asegurar un suministro de energía, por lo que el almacenamiento resulta un proceso clave, si se quiere sacar el máximo partido de esta tecnología. Desde un punto de vista económico y de durabilidad, es mucho más eficiente almacenar energía térmica que energía eléctrica. Pero en el caso de la energía solar termoeléctrica es necesario almacenar energía térmica en unos tanques de acumulación a unos 400ºC, por lo que no vale cualquier fluido. Agua a presión no sirve (demasiada presión), por lo que se opta a trabajar con sales fundidas. Esto es por ahora un problema, ya que bajo unas determinadas condiciones de operación la sal fundida llega a una temperatura inferior a unos 200ºC por lo que se puede solidificar. Cuando pasa esto, el tanque de acumulación es irrecuperable. Gran parte de la I+D en este campo esta centrada en solucionar este problema.

Sin duda se trata de una tecnología muy prometedora y con un gran futuro en los próximos años. El único defecto que le puedo encontrar es que implica una concentración en la generación eléctrica en grandes estaciones (excepto en el caso de los generadores Stirling) y no se favorecería la autoproducción, lo que mantendría la producción eléctrica en manos del oligopolio actual. Lo que está claro es que se trata de un negocio emergente en la cual empresas españolas (como Abengoa) tienen mucho que decir.

Más información en:

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad_solar_de_concentraci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/PS10
http://es.wikipedia.org/wiki/Torre_solar
http://ca.wikipedia.org/wiki/Energia_solar_termoel%C3%A8ctrica
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_Energy_Generating_Systems
http://www.centralestermosolares.com/avanzadoplantafresnel.html
http://www.centralestermosolares.com/avanzadodiscosstirling.html

Un saludo

Frío a partir de calor, refrigeración por absorción

Las instalaciones de energía solar térmica han tenido un uso más extendido en países del Centro y Norte de Europa, donde tipicamente se utlizan para agua caliente sanitaria y para calefacción. En países con clima Mediterráneo las soluciones técnicas deben ser distintas, ya que la demanda de calefacción en invierno es menor y en verano existe una importante demanda de frío. Ante esta circunstancia, resultaría de gran utilidad un aparato que actuara a modo de "conversor de calor", de manera que transformara el calor en frío.

Esto es posible sin violar los principios de la Termodinámica. Existe varios tipos de "conversores de calor", siendo las máquinas de refrigeración por absorción una de las opciones más extendidas. A "grosso modo" se tratan de máquinas térmicas que tienen integrado "todo en uno" un ciclo de potencia que alimentaría un ciclo frigorífico, sin necesidad de pasar por producir trabajo mecánico que a su vez produciría electricidad que movería el compresor del ciclo frigorífico.

Dado que en general utilizan energía de baja calidad (calor, en vez de electricidad) suelen tener un rendimiento aparentemente pequeño. Pero realmente es injusto comparar directamente el rendimiento de estas máquinas térmicas con los conocidos ciclos de compresión de vapor: es como comparar uvas con peras. Para hacer una comparativa más rigurosa, habría que tener en cuenta el consumo de ambos ciclos en términos de energía primaria, es decir, energía obtenida directamente de la naturaleza (de eso ya hablaremos en otra entrada). El punto clave y principal virtud de estas máquinas térmicas es que comprimen en refrigerante en fase líquida, por lo que el aporte de trabajo mecánico al ciclo es muchísimo menor que en el caso de ciclos de compresión de vapor. Las aplicaciones típicas de este tipo de máquinas térmicas es aprovechar la energía solar de media/baja temperatura (70-90ºC) en verano o aprovechar los calores residuales de, por ejemplo, grupos electrógenos o de determinados procesos industriales.

La inmensa mayoría de máquinas de absorción comerciales o bien utilizan agua como refrigerante o bien amoníaco. Todas las máquinas de absorción necesitan una sustancia absorbente, una sustancia soluble con el refrigerante que lo hace pasar de fase vapor a fase líquida, para así poder comprimirlo en fase líquida con una bomba, no en fase vapor con un compresor. Si se utiliza agua como refrigerante, un absorbente típico es el Bromuro de Litio (LiBr), si el refrigerante es amoníaco, agua suele ser la sustancia absorbente, ya que es menos volátil que el amoníaco. El agua es un excelente refrigerante, pero obliga a trabajar a presiones subamosféricas, lo que dificulta la construcción de estas máquinas, y además, tenemos la limitación del punto triple del agua: por debajo de 0ºC (no importa la presión) aparece hielo en el punto más frío de la máquina, el evaporador, lo que impide la circulación del agua. Así, las máquinas agua-LiBr están limitadas a aplicaciones de aire acondicionado. El amoníaco es un refrigerante más universal, ya que puede alcanzar sin problemas temperaturas inferiores. Puede ser utilizado para aplicaciones de refrigeración (por debajo de 0ºC), como bomba de calor, etc. Sin embargo a las mismas condiciones, las máquinas amoníaco-agua tienen peor rendimiento que las agua-LiBr, por lo que su utilización es complementaria.

Existen muchos fabricantes de máquinas de absorción, sobre todo a partir de 250 kW de potencia de frío: Trane, York, Carrier, Sanyo, Ebara, Broad, Entropie, etc. (agua-LiBr); Colibri-Stork, Robur, Hans Güntner GmbH Absorptionskälte KG, (amoníaco-agua). Por debajo de 50 kW existen muy pocos fabricantes, aunque en los últimos años se han hecho varios desarrollos, sobre todo en Europa: Yazaki (agua-LiBr, Japón), Suninverse, Schüco (agua-LiBr, Alemania), ClimateWell (agua-LiCl, Suecia), Chili (amoníaco-agua, Austria).

Se trata de un campo todavía no lo suficientemente maduro, así que exiten muchas líneas de I+D en curso. Las más activas las podríamos clasificar en:

• Búsqueda de nuevos refrigerantes y/o absorbentes (o aditivos) para mejorar el rendimiento termodinámico del ciclo.
• Mejorar el rendimiento de los intercambiadores de calor para reducir el tamaño de las máquinas.
• Mejorar otras propiedades, como la solubilidad de las sales (como LiBr) para así aumentar el rango de trabajo.
• Desarrollo de máquinas de pequeña potencia de bajo coste.

El gran talón de Aquiles de estas máquinas es que se necesita el doble de material (metales conductores de calor, acero, cobre) para los intercambiadores de calor si lo comparamos con una máquina de compresión de vapor. Esto origina un gran coste, por lo que en general se justifica más facilmente la inversión inicial para instalaciones de gran potencia.

Más datos en:

http://www.caib.es/conselleries/industria/dgener/user/portalenergia/pla_eficiencia_energetica/climatitzacio_2.es.html
"Absorption Chillers". Proyecto CHOSE: Energy Savings by CHCP plants in the Hotel Sector. European Commission Directorate-General for Energy Save II Programme Energy.

http://en.wikipedia.org/wiki/Absorption_refrigerator

Herold, K. E., Radermacher, R., Klein, S. A., "Absorption chillers and heat pumps", 1996, CRC Press.

Un saludo