Energía eólica, baterías y vehículos eléctricos

Los objetivos de reducción de las emisiones de efecto invernadero, de las que el sector de la energía es causante de más del 60%, han hecho que muchos gobiernos de todo el mundo hayan fomentado el despegue de las energías renovables.

En la Unión Europea el camino está marcado por la Estrategia Europa 2020 y la Directiva 2009/28 relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables. 

Las energías renovables son energías limpias y son energías abundantes. Las tecnologías renovables más maduras son la energía eólica y la energía solar. Hasta ahora la energía eléctrica no se puede almacenar, por lo que es preciso adaptar la generación centralizada de energía a la demanda eléctrica en cada momento. La curva de demanda de energía varía a lo largo del día y a lo largo del año, habiendo unas horas de demanda punta (por el día) y unas horas de demanda valle (por la noche).

Sin embargo no siempre sopla el viento y no siempre brilla el sol cuando los consumidores demandamos energía eléctrica. Además es frecuente que durante las horas de baja demanda (por la noche) la generación eólica sea muy importante. 

Esta falta de sincronía entre la generación renovable intermitente y la demanda de energía eléctrica hace que se den en la práctica circunstancias como tener que desperdiciar energía eólica nocturna por falta de demanda –desconectando parques eólicos de la red eléctrica– o que sea preciso suplementar la energía eólica y solar con otras fuentes de energía, fósiles o nucleares, capaces de generar en carga base (24 h/d).

En el mercado eléctrico existe el llamado pago por capacidad (por estar disponible para generar electricidad rápidamente) para equilibrar las puntas de demanda y en la práctica esto hace que los consumidores tengamos que pagar a los generadores eléctricos por no generar electricidad. 

El hecho de ser capaces de almacenar energía eléctrica a gran escala supone un reto que se debe resolver si de verdad se pretende llegar a una generación eléctrica baja en carbono. En los últimos años se está trabajando en el desarrollo de distintas tecnologías de almacenamiento de energía para transporte, para energía térmica y para energía eléctrica. 

Sin embargo hay un concepto sencillo pero genial para aplanar la curva de demanda, almacenando los excedentes de energía eólica nocturna para usarlos durante las puntas de demanda eléctrica diurnas. La idea es tan simple como impulsar en paralelo el vehículo eléctrico y las redes inteligentes y –lo más difícil– usar ambos desarrollos tecnológicos según el sentido común (con un flujo de energía bidireccional), y no según los intereses de las empresas energéticas (con un flujo de energía unidireccional).

Una experiencia piloto en este sentido está funcionando en el Puerto de Santander, donde se emplean las baterías de los vehículos eléctricos transportados en barco para almacenar la energía eólica excedente y alimentar a la smart grid del Puerto.

Un parque suficientemente elevado de vehículos eléctricos, además de reducir sustancialmente las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y la contaminación atmosférica y acústica en el transporte urbano, podría permitir recoger de la red eléctrica y almacenar en sus baterías los excedentes eólicos generados en hora valle para devolverlos a la red eléctrica en los momentos de demanda punta. Hay que tener en cuenta que los coches urbanos pasan como media más del 90% de su vida aparcados, sobre todo de noche. 

La visión de la conjunción de las fuentes de energías renovables, de la generación eléctrica local y distribuida (no en grandes centrales eléctricas, sino cerca de los puntos de consumo, incluso en los propios edificios) con balance neto, el almacenamiento de energía eléctrica, las redes eléctrica inteligentes con tráfico bidireccional y el desarrollo del vehículo eléctrico fue formulada en 2010 por el economista estadounidense Jeremy Rifkin, en su obra “La tercera revolución industrial”. A pesar de algunas imprecisiones tecnológicas, el camino marcado por Rifkin es evidente. 

De esta forma –en teoría– todos ganan: hay que generar menos energía eléctrica, lo que supone menos emisiones de GEI, los consumidores se ahorran pagos por capacidad, etc.

Pero la realidad es que este concepto tan simple no se aplica, que las redes eléctricas inteligentes se diseñan sin tener en cuenta la gestión de la demanda y que el desarrollo del vehículo eléctrico está frenado. ¿Somos ya capaces de imaginarnos por qué? ¿Hasta cuándo vamos a seguir los ciudadanos sometidos a este yugo energético?

El quinto combustible

En el mundo actual la energía lo inunda todo, nada funciona sin energía. Los flujos de masas (agua, materiales, residuos), los estilos de vida, la movilidad, la edificación, el urbanismo y la ordenación del territorio se diseñan y funcionan en base al consumo de energía.

Desde tiempo inmemorial el hombre ha usado la leña para calentarse. Más adelante ha ido añadiendo el carbón y –a partir de la etapa industrial (desde mediados del siglo XIX)– también los hidrocarburos (petróleo y gas) para cubrir su demanda de energía térmica y también eléctrica. A partir de mediados del siglo XX se ha añadido la energía nuclear para la generación eléctrica. Y desde el último cuarto del siglo XX han entrado en escena las energías renovables (solar, eólica, biomasa, geotermia…).

Desde el descubrimiento de la energía eléctrica y su generación a nivel industrial en centrales eléctricas se han ido empleando diversos combustibles: el primero el carbón, el segundo los hidrocarburos (petróleo y gas), el tercero el combustible nuclear, el cuarto las fuentes de energía renovable…

Durante muchos años en España la política energética ha estado centrada en regular la producción eléctrica (en el régimen ordinario, en el régimen especial) prestándose muy poco interés en el consumo eléctrico. Ha habido mucha atención puesta en la producción de electricidad, y muy poca atención puesta en la demanda de electricidad. Y todos hemos vivido contentos: para las compañías eléctricas, cuanto más se consuma, más se factura y para los consumidores la factura energética era algo asequible.

Ya sea por motivos económicos, sociales o ambientales, en las últimas décadas ha crecido la percepción de que este modelo energético tiene que cambiar radicalmente. Pero la realidad es que las ciudades siguen funcionando como si los recursos energéticos fuesen ilimitados. Los políticos y los ciudadanos seguimos actuando como si los recursos energéticos que consumimos fuesen abundantes y baratos. Y además desde el punto de vista psicológico la energía es un recurso abstracto, difícil de comprender, ya que –a diferencia de otros recursos como el agua, el suelo o los materiales– la energía no se ve.

Sin embargo es factible dar la vuelta a esta situación, aunque la solución ni es fácil ni es a corto plazo. Las ciudades pueden producir energía (generación distribuida en edificios), pero sobre todo pueden ahorrar (dejar de consumir) mucha energía.

La reducción de la demanda energética debiera convertirse en un objetivo económico, ambiental y social. En España la factura energética supone entre el 2 y el 5% de los gastos de las empresas y entre el 4 y el 10% de los gastos de los hogares. Y la tendencia es creciente en ambos casos, con los consiguientes impactos en la competitividad económica y en la calidad de vida.

Lo primero que hace falta, a nivel internacional, es una política clara de fomento del ahorro energético. Las políticas energéticas y los desarrollos tecnológicos van de la mano así que, una vez alineados, será más sencilla la imprescindible concienciación ciudadana. Como ejemplo comparativo, que nos permita echar unas primeras cuentas, el siguiente cuadro compara la demanda energética de los edificios en función de sus características constructivas:

Pasar de una categoría a otra no sale gratis, supone dedicar fuertes inversiones a intervenir sobre el parque edificado, pero los resultados compensan el esfuerzo, aunque son a largo plazo.

La demanda energética media anual per cápita mundial es de 2.000 W, pero con una gran dispersión por países, oscilando entre los 12.000 W en los Estados Unidos, los 6.000 W en la Unión Europea, los 2.000 W en China, los 1.000 W en India y los 300 W en Bangla Desh (fuente).

En 1998 surgió en Suiza el concepto de “la sociedad de 2.000 W”, dentro de la Estrategia de Sostenibilidad desarrollada por el instituto federal de tecnología ETHZ de Zurich, con el objetivo de reducir la demanda energética per cápita en los países desarrollados hasta los 2.000 W, sin reducir el nivel de vida.

En 2001 el Área Metropolitana de Basilea fue la primera entidad pública en asumir este concepto, con la creación de la plataforma Novatlantis, mediante un convenio entre la administración cantonal, la industria y centros tecnológicos. En 2005 se unió el cantón de Zurich, luego el de Ginebra y desde hace 7 años están desarrollando todos juntos esta visión a largo plazo, a través de tres vías: 

• La eficiencia en el uso de los recursos: obtener lo mismo consumiendo menos
• La sustitución en el uso de recursos energéticos (fósiles por renovables): obtener lo mismo de otra forma
• La sobriedad: consumir menos, aplicar el sentido común en una sociedad con acceso ilimitado a bienes de consumo

Un objetivo a tan largo plazo como 2050 permite actuar sobre el planeamiento y el diseño urbano (densificando la ciudad, buscando la proximidad en todos los aspectos), sobre los sectores de la edificación, la energía, el automóvil, sobre los sistemas de transporte y –en especial– sobre la concienciación ciudadana. Esto es mirar al futuro y lo demás son juegos artificiales.

Algunos países como Suiza llevan años avanzando en la buena dirección, la Unión Europea se muestra dubitativa mientras se ve acogotada con la amenaza de restricciones en el suministro de gas ruso, ¿Y España? Pues o bien improvisa ideas peregrinas, como limitar la velocidad en autopistas a 110 km/h para ahorrar combustible o simplemente va marcha atrás con el veto al autoconsumo decretando el pago de un chusco “peaje de respaldo” que inviabiliza económicamente la generación eléctrica distribuida en los edificios.

Por si no ha quedado suficientemente claro, el quinto combustible, el que debe tomar el testigo como principal motor del panorama energético mundial comiendo terreno a sus cuatro predecesores, es el ahorro energético. Conseguirlo es posible aunque no será fácil, y requiere altura de miras y visión a largo plazo por parte de nuestros políticos, pero el esfuerzo colectivo merece la pena. Su impacto en las balanzas de pagos, en la mitigación del cambio climático, en la creación de empleo y en la democratización de la energía va a ser espectacular.

El metabolismo urbano y los flujos circulares

El metabolismo es un proceso que tiene lugar dentro de un organismo. Tiene que ver con sustancias nutrientes y con sustancias tóxicas. Las reacciones químicas que se producen en este proceso permiten a las células ejercer sus funciones vitales.

El concepto de metabolismo urbano, surgido en los años 90, se refiere a los intercambios (de energía, de agua de materia, de información) que tienen lugar entre las ciudades y su entorno natural y geográfico. Está muy ligado con el consumo de recursos (que entran a las ciudades) y con la gestión de residuos (que salen de las ciudades).

Las ciudades contemporáneas son enormes organismos eco-técnicos. De igual forma que los organismos naturales, nuestras ciudades tienen un metabolismo -una transformación de recursos en funciones básicas- que se puede definir claramente.

El metabolismo de la naturaleza es esencialmente un ciclo cerrado, sin residuos, en el cual la materia de salida de cualquier organismo es la materia de entrada a otro, lo que permite reponer y sostener todo el entorno viviente. Por el contrario, en muchas de las ciudades modernas el metabolismo urbano es básicamente un proceso lineal, en el cual distintos productos y materias circulan a través de todo el sistema urbano sin importar ni de dónde proceden los recursos ni a dónde van a parar una vez consumidos y convertidos en residuos.

En general los ciudadanos no somos conscientes de la existencia de una interrelación entre los recursos entrantes (energía, alimentos, bienes de consumo) y los residuos salientes (inorgánicos, orgánicos, emisiones gaseosas, efluentes líquidos) en nuestras ciudades.

En el ámbito energético los combustibles fósiles son extraídos, refinados, transportados y quemados, mientras que los gases de combustión se dispersan en la atmósfera. Las materias primas son extraídas y procesadas en nuestras fábricas e industrias para obtener bienes de consumo que enseguida convertimos en residuos que no pueden ser reabsorbidos por la naturaleza viva. En bosques cada vez más lejanos se extraen árboles para obtener pulpa o madera. Y en cuanto a alimentos, se extraen nutrientes y carbono de las tierras de labranza para obtener y consumir alimentos, mientras que las aguas residuales -a veces depuradas y a veces no- llegan a los cauces fluviales con más frecuencia que a las tierras de cultivo. Los ríos y las aguas litorales de todo el mundo están “enriquecidos” con aguas residuales y con efluentes tóxicos, así como con restos de fertilizantes químicos usados para proporcionar alimentos a las ciudades.

Este proceso lineal, en bucle abierto, resulta claramente insoportable, y no debiera seguir así si es que de verdad pretendemos asegurar la viabilidad a largo plazo de nuestro planeta altamente urbanizado. Ya no es posible ignorar las externalidades ambientales del uso de recursos en las ciudades y -si no somos capaces de aprender de la naturaleza cómo cerrar bucles y crear un flujo circular- seguiremos el camino del deterioro ambiental global.

Esta es la base de la economía circular, ya comentada en una entrada anterior. Aplicada a las ciudades, en el planeamiento urbano se deberá tener en cuenta la ecología de los sistemas naturales para poder diseñar circuitos metabólicos circulares, análogos a los de la naturaleza, que aseguren la viabilidad a largo plazo de las ciudades y de su entorno natural y geográfico, las zonas rurales de las que dependen para su subsistencia. Tendremos que ser bastante más ambiciosos que limitarnos a reciclar vidrio, papel, plásticos y metales; las distintas fracciones de residuos y efluentes generados en las ciudades tendrán que ser aplicados -que no es lo mismo que ser vertidos- a los sistemas productivos locales y regionales. Los residuos orgánicos se deberán transformar en compost de calidad, que permita devolver a las tierras de cultivo cercanas el carbono y los nutrientes que aseguren su fertilidad a largo plazo.

Como siempre, la clave pasa por la concienciación ciudadana. El campo de batalla contra el cambio climático y a favor de la sostenibilidad son las ciudades. Es muy conveniente una reflexión sobre si el (actual) nivel de vida en las ciudades se puede mantener a la vez que se reducen al mínimo los impactos de las ciudades. En los países desarrollados ha prevalecido durante décadas la cultura de usar y tirar y aún son incipientes los comportamientos colectivos sobre minimización y recogida separada de residuos, etc. Por el contrario en las grandes ciudades de los países en vías de desarrollo hay un flujo de materiales (recursos) más bajo y una tasa de reciclaje más alta, ya que la reutilización y el reciclaje es una parte importante en la economía local.

La creación de un metabolismo urbano circular podría crear ciudades más resistentes al cambio climático y además generar muchos negocios y puestos de trabajo locales.