¿Se podría generar toda la energía que consumimos utilizando energías renovables?

David J. C. MacKay, Profesor del Departamento de Física de la Universidad de Cambridge, que fue nombrado Jefe del Consejo Científico del Ministerio de Energía y Cambio Climático del Reino Unido en octubre de 2009, escribió un libro muy aconsejable titulado “Sustainable Energy – without the hot air” basado en “el uso de números y no de adjetivos”. En él, David MacKay calcula con todo lujo de detalles el consumo actual de energía en el Reino Unido, que resulta ser de 125 kWh por día por persona (p.104). También calcula la energía que podría llegar a producir el Reino Unido a partir de fuentes renovables: eólica, hidroeléctrica, de olas, de marea, solar fotovoltaica y solar térmica en tejados. El resultado es de 31 kWh por día por persona (p.233). Faltan 84 kWh/día/persona. Incluso imagina que se usara el 5% del terreno para granjas fotovoltaicas, lo que aportaría 54 kWh/día/persona, aunque a un precio disparatado. La más optimista estimación del aporte de las bioenergías nunca alcanzaría los 12 kWh/día/persona. La conclusión es que el Reino Unido nunca podrá vivir sólo de sus propias fuentes renovables. Y Europa tampoco. Y los EE.UU. tampoco (250 kWh/día/persona consumidos y 62 kWh/día/persona producibles). Y el mundo tampoco (36 kWh/día/persona producibles y un objetivo razonable de consumo de 80 kWh/día/persona).

El mencionado libro, aunque está a la venta, también está disponible en internet gratuitamente por gentileza del propio autor, en formato pdf (http://www.inference.phy.cam.ac.uk/sustainable/book/tex/cft.pdf ) o en formato html (http://www.withouthotair.com/ ).

¿La energía eólica tiene límites?

La energía eólica es deseable. Se han observado y discutido efectos medioambientales indeseables pero, bien tratados, la conclusión general es que la energía eólica es deseable, tanta como se pueda. ¿Y cuánta se puede? Pues la que permitan los límites de la economía (subvenciones) y las condiciones físicas (electromagnetismo, clima, terreno).  Hay cálculos detallados, aparentemente fiables, hechos por David MacKay (Sustainable Energy  -without the hot air) que demuestran que no toda la que necesitamos. Pero, además, la energía eólica se transmite por la red eléctrica, y ésta tiene un requerimiento de que la potencia total creada (la energía creada en un minuto, digamos) sea muy parecida a la potencia total demandada (la energía demandada en ese mismo minuto).  O sea, que si se demanda energía en un minuto dado en el que no hay viento, hay que aportar esa energía de otra manera, quemando gas natural en una central de apoyo. Bien. ¿Podemos hacernos una idea de qué significa esto en términos prácticos? ¿Cuándo puede ocurrir que todos o la mayoría de los molinos estén parados? ¿Cómo de grave es el problema? ¿Datos concretos?


The Telegraph informó el 11 de enero de 2010 (http://www.telegraph.co.uk/finance/newsbysector/energy/6957501/Wind-farms-produced-practically-no-electricity-during-Britains-cold-snap.html) de que no se produjo prácticamente electricidad por vía eólica en Gran Bretaña durante la reciente ola de frío que duró unos cuántos días. Esto es un problema serio en un momento en el que la máxima aportación posible eólica a la potencia eléctrica total es del 5%. ¿Cómo sería el problema si la aportación fuese del 50%?


El director del grupo de usuarios intensivos de energía, Jeremy Nicholson, avisó de que esto se puede convertir en una crisis cuando la potencia eléctrica del Reino Unido dependa en un 25% de las 6.400 turbinas que está previsto instalar en los próximos 10 años. "Si hubiéramos tenido 30 Gigawatios de potencia eólica, no habrían contribuido de manera significativa durante este invierno", dijo, y añadió que "la presente ola de frío es un aviso de que nuestra generación de potencia eléctrica y las reservas de gas están ahora bajo tensión y se va a poner peor.

¿Qué problema tiene Arizona para explotar a gran escala la energía solar?

El problema que tiene Arizona para explotar a gran escala la producción de energía solar es que demanda grandes cantidades de agua y Arizona es un estado muy soleado pero muy seco. Esto es así porque la forma económica de utilizar la energía solar es la llamada térmica, basada en una turbina de vapor de agua que se calienta con los rayos de sol concentrados. La forma que no requiere agua, la fotovoltaica, es excesivamente cara. Esto se cuenta en el número del 17 de enero de 2001 de The Arizona Republic http://bit.ly/5v1O6I

Por un único debate energético entre anti-CO2 y pro-CO2

¿Está teniendo lugar un debate equivocado sobre los sistemas de producción de energía? ¿Cuál debe ser el debate sobre la energía?

En el panorama actual del debate sobre energía es muy frecuente encontrarse con un debate entre la energía renovable y la energía nuclear. Este es un debate equivocado y dañino. Es equivocado porque no afecta al núcleo del problema, que es un problema gravísimo, y es dañino porque desvía la atención del mismo. Son normales en todos los foros las discusiones entre los pro-renovables y pro-nucleares, llamados así unas veces y otras anti-nucleares y anti-renovables. Es necesario que, de una vez, unos y otros se den cuenta de que están en el mismo bando, el anti-CO2 o pro-clima.

Veámoslo. Pro-renovables y pro-nucleares estarán de acuerdo en lo siguiente:

1) El clima terrestre está cambiando hacia un calentamiento global. Esto es un hecho probado. Baste como dato ilustrativo la desaparición del hielo ártico, pero puede encontrarse una colección de datos irrefutables que no ofrecen lugar a duda en el resumen para los líderes políticos elaborado por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) http://www1.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-spm.pdf

2) De no revertirse, los efectos de ese cambio climático pueden ser devastadores para la humanidad. Remito al documento anterior.

3) La razón de ese cambio climático es la actividad humana y, en particular, la emisión de gases de efecto invernadero, especialmente CO2 y CH4. Esto no es un hecho completamente probado, pero son abrumadores los indicios de su veracidad, que se enumeran en el documento del enlace anterior.

4) El grueso del CO2 emitido a la atmósfera por la actividad humana procede de la producción y consumo de energía.

5) Las únicas energías primarias que emiten CO2 son las fósiles (carbón, petróleo y gas natural). Las energías renovables (hidráulica, eólica, solar y otras) y las energías nucleares (de uranio y de torio) no emiten CO2.

Hasta aquí los puntos de acuerdo. Pero, además, unos y otros podrán llegar a coincidir en que el problema del cambio climático y sus consecuencias es el más grave al que se enfrenta la humanidad en estos momentos, y que, por lo tanto, es absolutamente necesario dejar de emitir CO2 de un modo inmediato, sustituyendo la energía producida por carbón, petróleo y gas natural, por energías no emisoras de CO2.

¿En qué medida hay que hacer esta sustitución? ¿Cómo de grave es esto? ¿De la energía que consumimos, cuál es la proporción entre energías emisoras de CO2 y no emisoras de CO2? Las respuestas de pro-renovables y pro-nucleares bien podría ser: ¡en gran medida! y ¡muy grave!, porque España consumió en 2008 un 81% de energías emisoras de CO2 y un 19% de energías no emisoras de CO2 (un 11% de nuclear y un 8% de renovable), según aclara el siguiente gráfico del libro de la Energía en España en 2008, del Ministerio de Industria (http://www.mityc.es/energia/balances/Balances/LibrosEnergia/ENERGIA_2008.pdf , p.38).

Acordado todo esto, unos y otros podrían acordar, a su vez, que, si las renovables pudiesen aportar toda la energía necesaria, no habría razón para producir también energías nucleares. De modo que la pregunta relevante sería: ¿puede producirse toda la energía necesaria a partir de fuentes renovables solamente y hacerlo ya? Hoy por hoy, honestamente, hay que responder que no, y esta respuesta también podría ser aceptada por pro-renovables y pro-nucleares. No, porque que para ello tendría que multiplicar por 15 la producción (un 1500 por 100%), algo que parece irrealizable física y económicamente, y porque la inherente inestabilidad de la potencia aportada por las fuentes renovables obliga a tener siempre otras fuentes de apoyo rápido, o sea centrales de gas natural productoras de CO2.

Así pues, parece lógico pensar que las energías renovables y las nucleares están obligadas a convivir en un futuro de producción energética no emisora de CO2, en el que las renovables aporten toda la energía que sean capaces de aportar y las nucleares –con tecnología renovada que elimine el peligro de proliferación, el riesgo de accidente y la producción de residuos radiactivos de alta actividad- aporten la diferencia hasta un altísimo porcentaje, manteniéndose como únicas energías emisoras de CO2 las de gas natural necesarias para el apoyo de estabilidad de la red eléctrica.

Pro-renovables y pro-nucleares pueden y deben unirse en pro-clima, o anti-CO2, urgentemente.

¿Cuál es la diferencia fundamental entre el Torio y el Uranio?

Las energías nucleares basadas en uranio y en torio tienen en común que no producen gases de efecto invernadero. Sin embargo, la basada en uranio  presenta problemas –en cierto grado discutibles- de proliferación de armas nucleares, de producción de residuos radiactivos de larga duración y de peligro de accidente nuclear, mientras que la basada en torio no. ¿Cuál es la razón fundamental de esta diferencia tan importante?

El uranio aparece en la naturaleza básicamente como una mezcla de dos isótopos, el U-238 en una proporción del 99,3%, y el U-235, en una del 0,7%. El torio se presenta básicamente como un único isótopo Th-232, en un 100%. Otros isótopos de U y de Th aparecen en la naturaleza, pero en proporciones despreciables.

Los isótopos U-235, U-238 y Th-232 son las tres únicas opciones prácticas de producción de energía nuclear mediante fisión. De ellos el U-235 es el único combustible nuclear, o material fisible, es decir, que puede romperse en dos átomos más pequeños si se bombardea con neutrones, desprendiendo mucha energía y más neutrones. El U-238 y el Th-232 no son combustibles, pero sí son fértiles, lo que quiere decir que se pueden convertir en combustibles si se bombardean con neutrones. Veamos lo básico de las tres opciones.

La opción del U-235 como combustible: Ésta es la opción elegida en las centrales nucleares actualmente en funcionamiento. Como el U-235 es muy escaso en el uranio natural, hay que producir previamente uranio enriquecido, en el que el U-235 está en una proporción del 20% y el U-238 en una del 80%. Por esto, al bombardear con neutrones el uranio enriquecido no sólo se bombardea el U-235 que se fisiona y da energía, sino que también se bombardea el U-238, el cual  produce un isótopo de plutonio, el Pu-239. Con este Pu-239 es posible hacer armas nucleares -aunque el Pu-239 producido en centrales nucleares de uranio es poco práctico como explosivo nuclear y éste se produce en instalaciones ad hoc- y de aquí el problema de la proliferación. El Pu-239 también es fisible y puede usarse para producir energía. Pero además,  da lugar a americio (Am), curio (Cm) y otros isótopos transuránidos radiactivos de larga duración, que generan el conocido problema de los residuos. Finalmente, la fisión de U-235 tras su bombardeo con neutrones genera más neutrones y da lugar a una reacción en cadena que hay que controlar. La eventual pérdida del control de esta reacción daría lugar al temido accidente nuclear.

La opción del U-238 como material fértil: El fundamento de esta opción es que el bombardeo del U-238 con neutrones produce Pu-239, que es un combustible. Por lo tanto los problemas de proliferación, radiactividad de larga duración y peligro de accidente son los mismos que en la opción del U-235, desde el punto de vista cualitativo, y posiblemente aún mayores en cantidad.

La opción del Th-232 como material fértil: El fundamento de esta opción es que el bombardeo de torio 232 con neutrones da protactinio 233, Pa-233, que se convierte espontáneamente en U-233 al cabo de unos días, el cual es un combustible nuclear que, bombardeado con neutrones, se fisiona desprendiendo mucha energía y neutrones. Estos neutrones se utilizan para bombardear más Th-232 y generar más U-233, y el proceso sigue hasta que se agota todo el torio. En este proceso no se produce plutonio Pu-239 y, por lo tanto, se elimina el problema de la proliferación y el de los residuos radiactivos de larga duración. Por otra parte, el Pa-232 generado inicialmente absorbe muchos neutrones, por lo que de quedarse en el reactor pararía completamente la reacción nuclear. Esto, que parece un inconveniente técnico, puesto que obliga a retirarlo del reactor según se va formando, esperar a que se convierta en U-233 y reintroducirlo, es en realidad una gran ventaja de seguridad, que asegura la imposibilidad de un accidente nuclear en el hipotético caso de una pérdida total de control del reactor.

Resumiendo, las diferencias básicas entre las energías nucleares basadas en uranio y en torio son dos:

1) La energía nuclear basada en uranio pasa inevitablemente por la producción de plutonio y la basada en torio no. Esto establece diferencias fundamentales en los problemas de proliferación de armas nucleares y de producción de residuos radiactivos de larga duración.

2) La energía nuclear basada en uranio se fundamenta en un proceso inherentemente peligroso ante una eventual –aunque improbable- pérdida de control y la basada en torio se fundamenta en un proceso autoregulador, que se pararía si se dejara descontrolado.

¿Cuánto combustible consume la humanidad en un año?

Una buena fuente con datos al respecto es la wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_resources_and_consumption , pero es interesante hacerse una imagen del volumen de leña que supondría, si toda la energía se produjera quemando leña, o de carbón, o de petróleo, o de uranio, o de torio. Justamente esto es lo que han hecho en el blog Global Artwork, comparando todos estos volúmenes con el edificio de la Ópera de Sidney:

How much fuel do we use in a year?

Introducción

Este blog está dedicado a explorar la hipótesis de que la fuente fundamental de energía de la humanidad en un futuro cercano será el Torio.

Esta hipótesis es razonable a fecha de hoy y no tardaremos mucho en comprobar si es falsa o cierta. De ser cierta, la humanidad entraría en una nueva era en la que la energía podría ser básicamente ilimitada en la escala de milenios y su extracción sería limpia, sin graves problemas asociados como la generación de residuos radiactivos de larga duración o de componentes básicos de armas nucleares, ni la emisión de gases de efecto invernadero.

La utilización del Torio como fuente de energía en el ciclo Th-U-233 fue propuesta por Eugene Wigner en los años 40. En esos tiempos de guerra, esta opción fue marginada frente a la del ciclo Uranio-Plutonio (U-Pu), que es la base de la tecnología nuclear actual, porque esta última permitía producir armas nucleares. A pesar de esa marginación, la propuesta de Wigner se materializó en reactores nucleares de fluroruo líquido (LFTR), o de sal fundida, bajo el impulso de Alvin Weingber en los años 60 en Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Estos reactores experimentales no presentaron problemas básicos, pero sí de ingeniería, resolubles con inversión y empeño. Sin embargo, la prevalencia política de ciertos personajes e intereses acabó con la dimisión de Weinberg como director del ORNL y la paralización de las líneas de trabajo sobre el ciclo Th-U-233. Sólo recientemente se ha recuperado esta línea de investigación y desarrollo, la cual, siendo cara, debe ser mucho más barata que la del ciclo U-Pu. Kirk Sorensen ha ejercido en los últimos años y ejerce ahora una inmensa labor de difusión de la idea de Eugene Wigner. Este blog tiene una dedicatoria especial a Eugene Wigner, a Alvin Weinbert y a Kirk Sorensen.