Locos por la Geología

Como este post es continuación del de la semana anterior, en caso de que no lo hayan hecho ya, les recomiendo ir a leer la primera parte, antes de internarse en ésta de hoy.

La semana pasada contesté las siguientes preguntas:

¿Qué se entiende por energías alternativas?

¿Qué tipos de energía alternativa existen?

¿En qué consiste la energía de biomasa?

¿En qué consiste el biogás?

Aquí retomamos con las preguntas que nos quedaban.

¿En qué consiste la energía solar?

En realidad deberíamos decir siempre en qué consiste «el aprovechamiento» de la energía solar y de todas las que siguen, porque la energía propiamente dicha está siempre produciéndose, la usemos o no, y lo que paso a explicar es precisamente como darle un destino útil.

Aclarado ese punto más bien semántico, veamos lo que atañe a la utilización de la energía solar.

Primero debemos decir que existen dos formas de aprovechamiento a las que se denominan energía solar térmica por un lado, y energía solar fotovoltaica por el otro.

Comencemos por la energía solar térmica,- también denominada termosolar- que es la de uso ya más extendido en domicilios de todo el mundo, y que no requiere de redes, ya que cada hogar puede volverse autosuficiente, o casi, por sí mismo, sin estar conectado a ningún generador comunitario.

Su objetivo es simplemente aprovechar el calor que procede de la radiación solar, ya sea para cocinar alimentos, o para calentar agua, la cual a su vez puede destinarse primariamente al consumo sanitario o a la calefacción.

Adicionando dispositivos más sofisticados, puede aprovecharse también el agua sobrecalentada para generar vapor y por ende producir energía mecánica y, a partir de ella, energía eléctrica. Puede también emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, usando las diferencias térmicas en lugar de la electricidad.

Para cualquiera de los usos mencionados, el punto de partida es la instalación de colectores de energía solar térmica, los que pueden consistir en simples placas planas de materiales adecuados, o bien pueden incluir sistemas de lentes y espejos que concentran la luz solar, aumentando su eficiencia, y que suelen ser requisito para los usos más complejos como la producción de energía eléctrica o refrigeración.

La energía solar fotovoltaica, tal como el nombre lo indica, requiere la instalación de un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica.

Permítanme explicarles de manera sencilla qué es esencialmente una célula fotovoltaica. Supongamos un material semiconductor que se expone a una radiación electromagnética (en este caso sería la solar) que le libera un fotón, que a su vez golpea a un electrón y lo arranca, creando un espacio libre en el átomo, por un lado, y un electrón por otro que viaja hacia otro espacio libre para ocuparlo. Este nuevo equilibrio permite que la energía proporcionada por el fotón se disipe en forma de calor. Sin embargo, si al semiconductor se le agregan determinados elementos, el comportamiento eléctrico cambia, y los electrones libres son obligados a avanzar en una dirección, mientras los espacios libres permanecen en el lado opuesto del material. Naturalmente esto genera una diferencia de potencial, fenómeno semejante al que ocurre en una pila, ¡et voilá!, ya estamos produciendo electricidad.

Es precisamente la energía solar fotovoltaica la que se requiere para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución, aunque nada impide su uso en domicilios individuales, salvo tal vez el costo de su instalación, difícil de absorber por un solo propietario. Hoy en día la energía solar fotovoltaica es la tercera fuente de energía alternativa más utilizada, siguiendo a las energías hidroeléctrica y eólica.

La energía solar, en cualquiera de sus dos formas no emite ningún tipo de contaminante durante su funcionamiento, y se considera inagotable, pero tiene algunas desventajas, pues al depender enteramente de la captación efectiva de radiación solar, si la célula no se encuentra alineada de manera perfectamente perpendicular al sol se pierde entre un 10 y un 25 % de la energía incidente. Es obvio que los movimientos planetarios cambian constantemente esas posiciones relativas entre los rayos solares y los paneles colectores.

Por eso es que en las plantas de generación de electricidad en gran escala (donde la pérdida de un 10 a un 25% de energía entrante es más significativa en materia de costos que en los domicilios particulares) se instalan seguidores solares para maximizar la producción de energía.

Al margen de esto, la producción de energía solar es afectada también por condiciones meteorológicas como nubes, lluvias, bruma o smog, además de la suciedad que normalmente se va depositando sobre los paneles.

Por todo lo mencionado, la energía solar debe complementarse con otras formas de energía, como las convencionales, hidroeléctricas o nuclear. También es por eso que se están comenzando a fabricar baterias con vanadio, capaces de almacenar la energía eléctrica generada por el sol o por el viento.

¿En qué consiste la energía geotérmica?

Para entender mejor lo que vamos a conversar ahora, les conviene ir a leer primero las explicaciones que en su momento presenté sobre gradiente y grado geotérmico, en este post.

Ustedes ya saben ahora (si siguieron mi orden inapelable amable sugerencia de ir a leer los conceptos previos), que existen zonas con gradientes térmicos anómalos, en los que a los pocos metros de profundidad se alcanzan temperaturas muy elevadas. Un claro ejemplo son las zonas volcánicas y las de aguas termales.

Básicamente lo que se aprovecha entonces es ese calor, que se trae a la superficie vehiculizado por el agua. Para ello se puede simplemente extraer el agua caliente desde las napas profundas de las zonas de alto grado geotérmico, y una vez en superficie, generar electricidad a partir del vapor.

En caso de tratarse de rocas no portadoras de agua, e inclusive no permeables naturalmente, se inyecta en ellas agua desde la superficie, iniciando un ciclo en que el agua se inyecta, vuelve sobrecalentada, se utiliza el vapor generado, y el agua residual vuelve a inyectarse. Si la roca no es inicialmente permeable, se requiere de un paso previo de fracturación por microexplosiones subterráneas.

La energía geotérmica tiene dos limitaciones importantes: la primera es que las zonas a alimentar con este tipo de energía deben estar próximas al sitio de producción, lo que por lo general no es el caso. En efecto, si lo pensamos en términos de tectónica global, las regiones de mayores anomalías térmicas están conectadas con contactos entre placas (porque el calor tiene que ver con todo el sistema tectónico), donde las actividades sismo-volcánicas son habituales, y por ende poco recomendables para la urbanización. En el caso de á¡reas hidrotermales, suele preferirse el uso recreativo y turístico antes que la producción energética, aunque ya hay muchas regiones donde se compatibilizan ambas alternativas, de manera muy racional.

La otra gran limitación reside en la baja conductividad de las rocas, que hace que en pocos metros de ascenso, el agua se vaya encontrando con materiales fríos que la enfrían a su vez. La repetición del ciclo termina por generar una pérdida acentuada de temperatura del conjunto y de su eficiencia como fuente de energía. Por eso es que los campos geotérmicos tienen operatividad de unas pocas décadas, y requieren para su recuperación larguísimo tiempo, con lo que considerar a este recurso como inagotable, es bastante cuestionable.

Y bien, llegados aquí, como ya venía temiendo, el post ha resultado bastante extenso, de modo que para evitar que salgan huyendo despavoridos, voy a dejar (como situación excepcional) para una tercera parte, que publicaré el próximo lunes, las preguntas que faltan, y que son:

¿En qué consiste la energía hidráulica?

¿En qué consiste la energía eólica?

¿En qué consiste la energía mareomotriz?

¿En qué consiste la energía nuclear y cuáles son las objeciones que se le hacen?

Si este post les ha gustado como para llevarlo a su blog, o a la red social, por favor, mencionen la fuente porque esta página está registrada con IBSN 04-10-1952-01.

Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de este sitio.