El agua es un elemento imprescindible para la supervivencia de los seres vivos de nuestro planeta. Además, es primordial para el desarrollo socioeconómico, la producción de alimentos, de energía y para el correcto desarrollo de todos los ecosistemas.

El agua es el vínculo entre la sociedad y el medioambiente, y es el vehículo que nos conduce por el camino de la adaptación y la compresión del cambio climático

 

.Potabilización del agua con energía solar

 

A medida que la población mundial aumenta, las demandas comerciales de este invaluable recurso se disparan a niveles nunca antes vistos, esto debido a la imperiosa necesidad que existe de cubrir las necesidades sanitarias y de consumo, ambas vitales para la disminución del número de enfermedades, mejorar la salud y la educación e incrementar la productividad económica de la región.

 

El agua potable escasea y es un problema mundial

Según algunos datos interesantes mencionados en un artículo publicado por la organización española Fundación Aquae, en la Tierra solo el 2.5% del agua total es dulce. Y, de esa cantidad, el 0.5% están en depósitos subterráneos y el 0.01% se encuentran en ríos y lagos. Esta cantidad decrece año tras año debido a la contaminación ambiental e industrial existente.

Según sus datos, más de 1100 millones de personas en el mundo no cuentan con accesos directos a fuentes de agua potable, por lo que sufren de deshidratación, estrés hídrico, enfermedades diarreicas y para muchos es una causa de muerte.

También se prevé que para el año 2025, al menos 2000 millones de personas vivirán en localidades donde la escasez del agua será total y que la cantidad de agua que necesita una persona cada año para garantizarse una vida sana y totalmente higiénica estará muy por debajo de la cifra aconsejada (500 metros cúbicos).

 

Alternativas solares para la potabilización del agua

Por estas razones entre otras, es que profesionales, gobiernos y organizaciones a nivel mundial se han puesto en marcha para desarrollar iniciativas, estrategias o sistemas que contribuyan a resolver esta reto permanente.

Pero no solo eso, sino que además entienden que la única manera de abastecernos de este vital liquido es creando procesos totalmente eficientes, amigables con el medio ambiente y sostenibles a través del tiempo. A continuación citamos algunos Ejemplos:

 

1.      Panel solar de aluminio negro que convierte el agua contaminada en potable

 

En abril del 2020, investigadores de la Universidad de Rochester en los Estados Unidos dieron a conocer un proyecto novedoso, que consistía en el diseño y creación de un panel realizado con un nuevo material de aluminio súper ligero y absorbente. Este tendría la capacidad de concentrar eficientemente la energía solar y usarla para evaporar el agua contaminada y transformarla en potable.

Para la creación de este panel, los científicos crearon una tecnología de procesamiento laser que permite convertir el aluminio normal en un material negro, dotándolo de una mayor absorción y logrando a su vez que por su capilaridad el agua pueda extenderse en contra de la gravedad, desplazándose hacia arriba.

Después de esto, los investigadores tomaron el panel y lo implementaron en un sistema de purificación solar de agua. Los resultados finales obtenidos fueron publicados en la revista Nature Sustainability

 

¿Cómo funciona este sistema?

 

El panel es sumergido en agua en un ángulo exacto que le permita estar de frente al sol, este crea una delgada cinta de agua que va hacia arriba sobre la superficie del aluminio.

Mientras todo esto sucede, la superficie de color negro oscuro retiene casi el 100% de la energía del sol, la cual se usa para calentar el agua de forma eficaz. Finalmente, las estructuras que se encuentran en la superficie absorbente modifican los enlaces moleculares del agua, favoreciendo el proceso de evaporación y la liberación de agentes contaminantes. 

A través de distintas pruebas, el equipo encontró que el panel tenía la capacidad de reducir ciertos contaminantes como los detergentes, orina, metales pesados, glicerina y colorantes a niveles tan altos que permitían que el agua fuese más pura y segura para beber.

 

2.      Sistema con luz solar que permite transformar el agua de mar en potable en 30 minutos.

Un equipo de investigación representado por científicos de varios países ha encontrado la forma de potabilizar el agua de mar en tan solo 30 minutos gracias a la luz solar. Es un proceso mejor que el de las plantas desalinizadoras actuales y podría suministrar agua potable a millones de personas de todo el planeta.

Tal y como fue publicado en Nature Sustainability, para convertir el agua de mar en potable se utilizó un material orgánico extremadamente poroso y absorbente compuesto por iones metálicos inorgánicos con polímeros orgánicos llamado MOF (Metal-Organic Framework, por sus siglas en ingles).

Los investigadores crearon este MOF específico denominado PSP-MIL-53 para poder llevar a cabo el proceso de purificación de agua salada. En contacto con el agua salada y la luz solar, este material es capaz de producir 139,5 litros de agua dulce por Kg de MOF al día, destacando que el proceso de purificación no toma más de 30 minutos.

 

¿Cómo funciona este sistema?

 

El agua de mar se traslada a través de un tubo de vidrio que se encuentra cubierto con una delgada lamina de aluminio. Durante el proceso denominado “desalinización por absorción”, el filtro PSP-MIL-53 absorbe las sales que se encuentran en el agua y luego se coloca bajo la luz del sol para poder regenerarse.

 

¿La desalinización genera un riesgo para la salud?

La Organización Mundial de la Salud dictaminó que para que un agua potable sea de buena calidad, esta debe tener un total de sólidos disueltos (TDS) menor a 600mg/litro.

Los investigadores que crearon este tipo de proceso desalinizador lograron alcanzar un TDS de menos de 500mg/litro en el periodo de tiempo prometido y además, el filtro MOF se puede regenerar para su reutilización bajo la luz solar en tan solo 4 minutos.

El Profesor Wang, integrante del departamento de Ingeniería química de la Universidad de Monash en Australia, sale en defensa de la desalinización, mencionando que es una opción totalmente viable para solucionar los escases de agua dulce del mundo, y además, es totalmente sustentable ya que se utiliza la luz solar para reciclar el material, sin generar ningún tipo de residuo.

 

Murcia depura el agua con autoconsumo fotovoltaico

 

Murcia dicta cátedra sobre potabilización de agua con alternativas solares. En la comunidad autónoma recientemente se instalaron plantas fotovoltaicas en once depuradoras de aguas negras para impulsa el ahorro energético y reducir las emisiones de CO2.

Dichas plantas tendrán la capacidad de producir 1.800 MW anualmente para autoconsumo, lo que equivale al gasto de electricidad anual de 520 hogares y un ahorro energético del 22% consumida por fuentes tradicionales.

Estas obras se realizaron durante el segundo semestre del año anterior y contaron con una inversión inicial de 2,5 millones para instalar varios paneles solares dentro de los 10.000 metros cuadrados de donde se encuentran las distintas depuradoras.

Los paneles están compuestos por algunos módulos fotovoltaicos y sostenidos por estructuras de aluminio conectados a un sistema que permite la conversión de energía eléctrica continua a corriente alterna. De esta manera, se dejan de emitir unas 1.000 toneladas de CO2 al ambiente.

 

España no se queda atrás

 

España ha sido actor importante en la consecución de alternativas que ayuden a purificar el agua a través de energías renovables. Si bien el ejemplo de Murcia es más reciente, en años anteriores se han desarrollado sistemas que impulsan estas iniciativas.

En 2017, un grupo de científicos de la Universidad de Alicante lograron diseñar un sistema de desalación y potabilización de agua completamente autónomo y dependiente de energía solar, que puede aplicarse en las zonas que se encuentren más aisladas de la red eléctrica. La función de esta tecnología portátil era quitar la salinidad del agua, y al ser alimentado por energía solar, el proceso no emite CO2.

Además, es capaz de adaptarse a aguas de distintas procedencias: mar, plantas depuradoras o procesos industriales. El equipo se usaría para la obtención de agua de buena calidad aptas para el consumo humano, baldeo, riego o cualquier otra necesidad presente en los sitios que carecen de conexión a una red eléctrica o donde haya ocurrido un desastre natural.

 

La potabilización del agua usando energías renobables es ya una realidad que permite convertir tanto el agua contaminada como la de mar en apta para el consumo humano. Si conseguimos escalarlas, estas podrían ser una solución eficaz a futuro para garantizar el constante acceso a este recurso a cientos de miles de personas en el mundo.

A pesar de que es esperanzador que año tras años se creen más tecnologías que potencien esta opción, es también importante y necesario que cada persona en el mundo de un tome conciencia de este problema y transforme los malos hábitos cotidianos en otros más saludables que ayuden al planeta y a la población mundial, como:

  1. No malgastar el agua
  2. Inculcar la importancia del consumo responsable
  3. Reducir nuestros gastos energéticos

Son muchas las maneras que existen para colaborar, hacerle cara al cambio climático y cuidar nuestros recursos.

 

 

 

Alejandro Betancourt

 El cambio climático y el medio ambiente son temas de actualidad y gran relevancia a nivel global. Pasaron de ser un constante reclamo general de científicos y organizaciones sociales, a considerarse una prioridad actual y parte indispensable de las agendas política, económica y empresarial de la mayoría de gobiernos.

Este auge provocó que diversos países se unieran en el “Acuerdo de París de 2015”. En este se plantea trabajar desde el 2020 en hacer realidad una transición energética y establecer cimientos para una económica totalmente descarbonizada de cara al 2030.

 

 Descarbonizacón

 

La UE ha asumido un papel de liderazgo y un gran compromiso en esta lucha. A través del protocolo de Kioto, esta región fijó ciertos objetivos históricos:

  • Enfrentar el cambio climático a través de una acción en conjunta internacional para la reducción en un 20% de las emisiones de gases con efecto invernadero.
  • Permitir que los ecosistemas puedan adaptarse al cambio climático de forma totalmente natural.

Según un reporte presentado por el Consejo Europeo, estos objetivos se han cumplido con creces, y además pronostican que para el año 2030 las emisiones de CO2 se reduzcan en un 40%:

“La UE ha podido superar estos objetivos. Para 2018, las emisiones de gases de efecto invernadero se habían reducido en un 23 % en total, tres puntos por encima del objetivo inicial que era de unos 20 %”

 

Estabilización para la próxima década

 

Objetivos descarbonización

 

Siendo muy optimistas y con los objetivos previos cumplidos, este año arrancó una década con objetivos totalmente renovados. Es un largo camino que tendrá la mirada puesta en el año 2030 y 2050. La UE tiene previsto reducir las emisiones de CO2 un 40% más para los próximos 10 años, así como también aumentar en un 32% las cuotas de energías renovables.

Además, se ha empezado a trabajar en el nuevo proyecto denominado “El Pacto Verde”, su objetivo es alcanzar una economía totalmente descarbonizada con una estrategia energética que se centre 100% en las renovables para el año 2050.

 

España también piensa en la próxima década 

 

¿Cómo formaría parte España en este gran cambio? Según el PNIEC (Plan Nacional Integrado de Energía y Clima) recibido por la comisión europea el pasado febrero del 2020, se establece una ruta muy clara en la política energética para los próximos 10 años. Según Alberto Martin, responsable en España del sector Energía y Recursos Naturales de KPMG:

“España ya cuenta con un gran nivel de descarbonización en la actualidad, por lo cual se vería perfectamente integrada a esta nueva estrategia europea”.

Al analizar el PNIEC, se puede observar cómo las renovables se convertirán en el pilar fundamental de la descarbonización global. Y considerando que la situación geográfica de España favorece considerablemente su producción e implementación, debido al gran nivel de sol, viento y vastas extensiones de terrenos poco habitados en el interior de la península, se concluye que este país se encuentra altamente preparado para incrementar el uso de las energías verdes.

Por otra parte, un 35% de la energía eléctrica española es generada a través de las renovables. Y esta cuota incrementará poco a poco, hasta representar el 35% de la energía total consumida y el 70% del sistema eléctrico para el 2030.

El PNIEC procura instalar al menos 3000 MW renovables al año. Por esto y más, España tiene el gran potencial de ser uno de los protagonistas clave en este gran proceso de descarbonización y dependencia renovable por el que tanto se viene luchando en los últimos años.

Los retos de cara a la descarbonización

En el camino hacia toda transición siempre existirán retos a enfrentar y superar para lograr los objetivos. Según Rory McCarthy, analista principal de almacenamiento de energía, para lograr una descarbonización absoluta se deben trabajar en estos 4 desafíos:

 

1.      La economía del Hidrógeno llegó, pero aún se basa en los hidrocarburos

 

Hidrógeno verde

 

El hidrógeno es un elemento muy relevante y prometedor en el camino de la transición energética. Hoy en día es muy usado como combustible de complementación, en producción de energía o como desplazador de otros sectores que son muy difíciles de descarbonizar, como el del calor industrial.

Técnicamente se producen más de 100 millones de toneladas anualmente a nivel mundial. A pesar de esto, actualmente un 99,6% de esa producción proviene de fuentes intensivas de carbono. El hidrógeno gris, generado a través de la reforma del gas natural, constituye la mayor parte. Seguidamente está el hidrógeno marrón, proveniente de los gases del carbono.

El hidrógeno verde y azul, adquirido a partir de las tecnologías bajas y limpias (no poseen carbono), actualmente representan una minúscula parte. Sin duda, al hidrógeno aún le queda un camino largo por recorrer y poder cumplir con todas las expectativas.

 

2.      La producción de hidrógeno verde es aún incipiente

 

El mercado del hidrógeno verde (HV) está lleno de productores con volúmenes pequeños y débiles. Incluso estos, no empezaron a surgir hasta el año 2017, cuando se estableció el Consejo Del Hidrógeno. Hasta ahora, ningún país ha mostradoun gran compromiso por invertir en este potencial elemento. 

Si hablamos de la oferta y la demanda, el mercado del hidrógeno aún no está listo para cumplir con los objetivos establecidos en el “Pacto Verde” y otras estrategias regionales. Pero eso no quiere decir que el hidrógeno verde no sea una parte importante de la solución.

Según la cartera de proyectos realizada por McCarthy, se verá un claro crecimiento exponencial de la capacidad instalada de este elemento de cara al 2040. Distintos sectores de uso final y de distribución geográfica muestran que el hidrógeno verde irá tomando un impulso de corto a medio plazo. Pero para conseguir una transición energética absoluta, será necesario una gran inversión y un apoyo político más firme y directo.

 

3.      Descarbonización del consumo energético a través de la electrificación

 

Electrificación

 

La generación eléctrica es uno de los sectores que más emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) produce. Lograr un sistema eléctrico 100% descarbonizado o renovable sería un importante avance, pero permitiría disminuir tan solo un 13,5% las emisiones totales.

A pesar de esto, el rol de la generación eléctrica sigue siendo el eje central, ya que es la base en donde se empezará a construir la descarbonización total de todo el sistema energético. Por eso, es imprescindible que nuestros consumos de energía sean descarbonizados, y para ello hay dos vías fundamentales:

  • Reemplazar el consumo directo de combustibles fósiles por electricidad. Por ejemplo, sustituir todos los coches de combustión por coches eléctricos, o cambiar las calderas de gasóleo o gas por bombas de calor que funcionen con alguna fuente de energía renovable (eólica, solar o térmica).
  • De no contar con alternativas electrificadas que sean económicamente viables, la segunda vía sería, la generación de gases renovables (o combustibles) que puedan sustituir a los combustibles fósiles. Algunos de estos se pueden generar a través de procesos naturales, como el biometano. Pero estos gases se obtienen principalmente con electricidad de origen renovable (como el Hidrógeno verde). Terminaría siendo una electrificación indirecta.

Finalmente, para descarbonizar el resto de los sectores se tendrá que aumentar drásticamente la generación eléctrica. Además, se necesitará aumentar de manera muy superior a la actual la capacidad de generación en renovables durante las próximas décadas para que esta energía llegue a sectores que actualmente no se encuentran electrificados ni directa ni indirectamente.

Para ello no solo no basta con producir electricidad, implantar tecnologías e infraestructuras adecuadas que ayuden a incentivar este cambio. Se necesita que la electrificación sea económicamente viable y que el precio de la electricidad sea altamente competitivo frente a los combustibles fósiles.

 

4.      Los metales: fundamentales para inhibir la transición energética sin altas inversiones

 

Existen 5 metales claves para la transición energética: cobre, aluminio, litio cobalto y níquel. Son recursos esenciales presentes en los vehículos eléctricos, en el almacenamiento de baterías, en la generación de energía eólica y solar, y en la transmisión eléctrica. Si no se cuenta con un suministro económico, confiable y sostenible en el tiempo de estos metales, el ritmo de dicha transición se ralentizará profundamente.

La demanda de metales se verá disparada durante las próximas dos décadas. Cubrir las necesidades básicas de estos materiales, encontrar a los inversores adecuados y la explotación de nuevos yacimientos, se vuelve año a año más compleja a medida que aumentan los riesgos en la superficie. Esta es solo una parte del reto de la transición energética para la industria de la minería y metales.

Además, se necesitan alrededor de un billón de dólares de inversión para su producción en masa e implementación. Y esto representaría casi el doble de inversión con respecto a los 15 años anteriores. Por ello, será más que relevante realizar cambios profundos en las tecnologías de las fuentes de energía y en las mineras. Productores y gobiernos deben trabajar en conjunto para encontrar la manera más viable de superar dichas barreras para poder seguir avanzando.

 

Posiblemente, España y el resto del mundo lograrán descarbonizar sus sistemas de generación eléctrica en el futuro. Si se trabaja en conjunto y con estrategias sólidas, se alcanzarán porcentajes que superarán ampliamente a los actuales en la generación de energías renovables.

Pero eso es solo el inicio de un largo camino. El verdadero desafío de la “descarbonización global” no se encuentra solo allí, sino también en avanzar en aquellos sectores donde es mucho más complicado por cuestiones infraestructurales y económicas.

Con las nuevas tecnologías competitivas que existen en los mercados se puede avanzar, por ejemplo, en la climatización de los sectores comerciales, residenciales e institucionales o en el transporte ligero. Aunque aún se necesita mucha madurez tecnológica para progresar en la industria o en el transporte a larga distancia, con investigación, tiempo e innovación se lograrán buenos avances.

Por eso es sumamente importante trabajar en todos los terrenos al mismo tiempo si se desea cumplir con los objetivos de 0 emisiones de carbono para el 2050.

 

 

 

Alejandro Betancourt

La demanda de vehículo eléctrico (VE) está en constante crecimiento, y las previsiones estiman un incremento exponencial en los próximos años. Actualmente, esto se ve frenado debido a la falta de puntos de carga y a los costes e infraestructura necesarios para contar con un punto de carga doméstico.

 

coche-electrico-carga

 

El autoconsumo y la movilidad eléctrica son clave para lograr una gran reducción en los costes energéticos y los objetivos climáticos planteados, al permitir al consumidor gestionar el intercambio, la producción y el almacenamiento de energías limpias.

Al hablar de estos temas, no podemos dejar de mencionar un innovador sistema que busca perdurar en el tiempo a través de la bidireccionalidad de energía. El Proyecto EVA de Ampere Energy promete resolver la presente limitación en la electromovilidad.

 

Bidireccionalidad de energía 101

En pocas palabras, se puede decir que la bidireccionalidad de energía o carga inversa es una característica que poseen las fuentes bidireccionales, permitiéndoles proveer energía (como una fuente de alimentación convencional) y además puede funcionar como una carga recibiendo un voltaje y una corriente similar a la que es capaz de suministrar.  

    

Usos y aplicaciones

autoconsumo bidireccionalidad de carga

Hay una gran cantidad de aplicaciones para las fuentes bidireccionales como la creación de baterías con ciclos definidos de carga y descarga o el almacenamiento de energía eléctrica de alta potencia, por ejemplo.

En esta última, la carga bidireccional resulta especialmente interesante para crear instalaciones de autoconsumo domésticas con un cargador de vehículo eléctrico que optimice el actual proceso de carga. Para que este sistema funcione se necesitan tres elementos fundamentales:

  1. Un auto eléctrico de gran batería
  2. Un cargador de vehículo de flujo bidireccional
  3. Una fuente de energía directa

Los cargadores bidireccionales, también conocidos como V2H (vehicle to home) no solamente permitirían que los autos puedan cargarse, sino que estos también tengan la capacidad de convertirse en un almacenador de energía. Posteriormente, esta puede utilizarse para abastecer el consumo eléctrico de toda una vivienda durante al menos una semana.

Esto sin duda es un gran beneficio para su propietario, ya que este procedimiento podría utilizarse en casos de emergencias o falla en el suministro de la red principal, y también como generador para ahorrar costes (se carga la batería durante la noche cuando la electricidad es más económica y se utiliza durante el día) logrando una completa independencia energética.

 

Carga inteligente, carga bidireccional y carga rápida

Aclaremos resumidamente las grandes diferencias entre estos tres términos dentro del ámbito de los vehículos eléctricos, y cuya combinación ha inspirado las grandes ideas que se expondrán en breve.

Primero, la carga inteligente permite a los usuarios y operarios de la red eléctrica gestionar los puntos de carga a fin de optimizar el consumo total de energía y sus costes. Un ejemplo sería programar que la carga se inicie en horario nocturno, a fin de aprovechar el bajo costo de las tarifas.

Por otra parte, la carga bidireccional permite que la energía corra hacia y desde el coche eléctrico a través de un cargador bidireccional denominado V2G. De esta forma, la batería del coche podrá consumir energía o retroalimentar a la red.

Finalmente, la carga rápida incrementa la cantidad de energía que corre hacia la batería del VE, permitiendo que se cargue con mayor rapidez. Estaciones de este tipo permiten cargar para vehículos con una máxima potencia de entre 7 y 22 kW, necesitando entre una y seis horas para una carga completa.

 

Primeros pasos en la implementación de bidireccionalidad de energía a nivel global

Varios países se encuentran trabajando en la aplicación de este tipo de sistema de autoconsumo:

 

Chile

Es el primer país latinoamericano pionero en esta área. A través de la agencia de sostenibilidad energética (ASE), Chile busca implementar en sus dependencias una solución tecnológica nombrada por ellos mismos “vehicule to grid” (del vehículo a la red).

La intención no es solo trabajar con el flujo bidireccional de carga, sino que a su vez se contempla la utilización de paneles fotovoltaicos en los hogares para cargar el vehículo eléctrico y para el consumo energético residencial y no tener que depender del sistema eléctrico convencional.

 

Alemania

 

La multinacional alemana AUDI junto al Grupo Hager también se encuentran desarrollando un sistema de carga bidireccional que pueda utilizarse en todos sus automóviles eléctricos

 

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Sus objetivos principales son:

  • Cargar la batería del vehículo eléctrico en casa.
  • Usar el coche eléctrico como medio descentralizado de almacenamiento temporal para la energía verde generada en casa, suministrándola de vuelta a la misma mientras el sol no brille.
  • Dar vida al gran parque automotor eléctrico de Alemania con el fin de transformar a cada vehículo en dispositivos de almacenamiento de energía sobre cuatro ruedas.

 

Estados Unidos

Uno de los proyectos más eficaces es llevado a cabo por el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) en USA. Aquí fue creado un concepto denominado AMIE (Fabricación Activa de Energía Integrada), cuya funcionalidad se basa en cómo un coche puede alimentar un hogar y viceversa de manera rápida a través del uso de baterías y una almohadilla de carga inalámbrica.

 

 

El sistema funciona a través de un flujo bidireccional de energía. Es decir, si la casa lo necesita, automáticamente la energía fluye del vehículo hacia ella de manera inalámbrica, si es al contrario la casa provee de carga al auto a través de su batería de flujo bidireccional. La vivienda a su vez está equipada con paneles solares en el techo, que absorben la energía, ayudándola a obtener la sostenibilidad de las dos maneras.

Tanto el vehículo utilizado para este proyecto como la casa están fabricados de ABS reforzado y un material compuesto de fibra carbono, y de más de 11000kg de partes impresas en 3D para darles la resistencia estructural que necesitan.

 

España

Un proyecto que sin duda busca destacar en el ámbito de lo sostenible es el proyecto EVA, iniciativa promovida por la empresa multinacional española Ampere Energy, La Agencia Valenciana de la Innovación (AVI) y el Instituto Tecnológico para la Energía (ITE).

 

Proyecto Eva: inicios y objetivos

Este proyecto, busca ser el pionero en cuanto a soluciones en el campo de la electromovilidad, aportando soluciones a uno de los mayores retos que afrontan los vehículos eléctricos (VE): la carga de la batería y su autonomía.

La intención es que cuando se expanda el uso de coches eléctricos, los usuarios tengan la posibilidad de cargar desde casa la batería de su vehículo, y en puntos de carga situados en establecimientos públicos y privados mediante esta tecnología.

 

Objetivos

Actualmente, la carga de un coche eléctrico se realiza por corriente alterna, por lo que es necesario contar con un transformador en el interior del VE. Para ello, se emplean dispositivos de gran tamaño, ultra pesados y muy costosos, lo que da a lugar a que exista un mayor tiempo de carga.

El proyecto EVA busca resolver esta limitación al integrar un convertidor de corriente al propio cargador doméstico, a su vez otorgándole bidireccionalidad al flujo de energía. Este tipo de carga le permitirá al vehículo convertirse en una gran fuente de almacenamiento de energía de 4 ruedas que servirá para servir al consumo eléctrico doméstico y viceversa.

 

Trabajo en equipo para el autoconsumo energético

Ampere Energy se encargaría del diseño del cargador, pero también de desarrollar un software capaz de monitorear y gestionar el nuevo sistema de carga bidireccional. Además, los técnicos del ITE están desarrollando un algoritmo capaz de incorporar los cargadores y todos los vehículos eléctricos en un sistema de gestión integral.

El nuevo cargador será totalmente compatible con las nuevas tecnológicas que sean desarrolladas por los principales fabricantes del sector automotor.

 

Desarrollar estrategias y proyectos que fomenten la eficiencia energética, así como satisfacer la activa demanda de autoconsumo son necesidades primordiales tanto ahora como a largo plazo.

La carga bidireccional es una tecnología pormetedora sobre la cual basar estas novedosas instalaciones de autoconsumo, convirtiendo al vehículo eléctrico en una batería para el hogar, aprovechando además la energía de origen renovable no consumida por la vivienda.

Se debe seguir apostando por el uso de energías alternativas. Al hacerlo, contribuimos a luchar contra el cambio climático y a la lucha contra la polución de nuestras ciudades, y a que los modelos energéticos de hoy en día se transformen en estructuras sólidas y económicamente sostenibles a lo largo del tiempo.

 

 

 

Alejandro Betancourt

Con el estilo de vida actual, nuestra sodiedad demanda cada día más y más vatios de energía para poder seguir creciendo. Estimaciones proporcionadas por la Agencia Internacional de la Energía (IEA), hablan de un gran aumento de la demanda energética global de entre un 25% a un 30% de aquí al 2040.

 

hidrógeno verde

 

Sin embargo, la descarbonización mundial alteraría dichos planes, proponiéndonos un mundo radicalmente distinto de cara al 2050: más eficiente, sostenible y accesible, e impulsado por fuentes totalmente limpias como el hidrógeno verde.

Este elemento posee un gran potencial energético, es un combustible universal, ligero y muy reactivo que puede ser almacenado y/o comprimido para usarlo en  sectores tan dispares, como la minería, la fabricación de acero, o el transporte entre otros muchos.

 

¿Como se obtiene el Hidrógeno Verde?

Este gas se obtiene a través de la aplicación de un proceso químico conocido como electrolisis, donde el hidrógeno es separado del oxígeno que existe en el agua. Para este proceso se requiere el uso de energía eléctrica que, si proviene de una fuente renovable, permitirá obtener este elemento sin emisiones de CO2 en el proceso.  

Este método (hidrógeno verde), apunta la AIE, ayudaría a ahorrar unos 830 millones de toneladas anuales de CO2 que se producen cuando este gas se origina a partir de combustible fósiles (hidrógeno gris). Este reemplazo a nivel mundial significaría 3000 TWh renovables adicionales al año, número similar a la demanda eléctrica actual de Europa.

 

Hidrógeno verde como el combustible del futuro

Demanda mundial de hidrógeno puro

El hidrógeno tiene el potencial de convertirse en el sustituto de los combustibles fósiles actuales, es el más abundante del planeta y la demanda actual es de más de 70 millones de toneladas por año.

El suministro de hidrógeno a sectores industriales es ahora el negocio más rentable que existe. La demanda de hidrógeno se triplicado desde 1975, y continua en aumento. En su totalidad es abastecida por combustibles fósiles, con un 2% del carbón y un 6% del gas natural mundial destinados a la producción de hidrógeno. 

El hidrógeno verde representa una excelente oportunidad para Europa que ya tiene entre sus planes producir hidrógeno de aquí a diez años con una inversión no menor a 30.000 millones de euros.

España debe entrar al juego por el hidrógeno, ya que gracias a su fortaleza en el campo de las energías limpias que posee, podría convertirse en una gran potencia exportadora y dejar la dependencia energética extranjera a un lado.

 

¿Por qué apostar por el hidrógeno verde?

 

 

 

Las ventajas del hidrógeno son muchas. Entre ellas cabe destacar las siguientes:

 

  1. No contamina

Al poder ser obtenido a partir de fuentes eléctricas de orígenes renovables, como la fotovoltaica o la eólica, es 100% sostenible. Además, durante su generación no se emiten CO2 a la atmosfera, un proceso completamente amigable con el medio ambiente.

 

  1. Puede hacer que las industrias sean menos contaminantes

Desde hace años, diversos sectores industriales como el del acero, el petroquímico o de los fertilizantes utilizan hidrógeno, pero este tipo de hidrógeno es el denominado “hidrógeno marrón”. Hasta el día de hoy, este tipo de H2 continúa emitiendo una gran cantidad dióxido de carbono durante su producción.

El hidrógeno verde brindaría la oportunidad de descarbonizar todos aquellos sectores que poseen más emisiones. Hasta ahora, el proyecto con mayor potencial en España es el que desarrollan Iberdrola y Fertiberia, cuya inversión de 150 millones de euros permitirá la construcción de la planta de hidrógeno verde para uso industrial más grande de Europa. Se prevé que entrará en funcionamiento en el 2021.

 

  1. Infinitos usos comerciales y domésticos

Al ser fácilmente transportado y/o almacenado, el hidrógeno verde puede emplearse en el consumo comercial y doméstico, sirviendo como sustituto de los actuales y contaminantes combustibles fósiles usados para proporcionar calefacción, agua caliente o electricidad.

Los hogares y los comercios que cuenten con fuentes de energía limpia como los paneles solares podrán ahorrar en costos, cuidar al medio ambiente y almacenar los excedentes, todo esto al mismo tiempo.

 

  1. Puede ser almacenado y transportado

 

Uno de los puntos más favorables del hidrógeno verde frente a otras fuentes energéticas es que, a diferencia de la electricidad, este elemento se puede almacenar durante años y se puede fácilmente transportar.

Según declaraciones del director de la fundación del Hidrógeno de Aragón, Fernando Palacio:

“Es un complemento ideal para las energías renovables que dependen única y exclusivamente de recursos intermitentes, como el sol o el viento… Además, los tanques de hidrógeno comprimido tienen la capacidad de almacenar energía durante mucho tiempo y pueden evitar las pérdidas de excedentes de energía que producen las fuentes renovables”.

 

  1. Hidrógeno verde para el sector del transporte

Repostar hidrógeno verde

 

El hidrógeno vendría siendo el elemento más efectivo para aplicarse en el sector del transporte. Los autos eléctricos que posean celdas de combustible de hidrógeno (FCEV) ayudarían a reducir notablemente la contaminación del aire, ya que al igual que los autos eléctricos de batería (BEV), no producirían gases contaminantes.

Hoy en día, se pueden encontrar en el mercado coches de combustibles alternativos que utilizan esta tecnología, destacando que su reabastecimiento es mucho más rápido de recargar que un coche a baterías.

En medios de transporte de gran tamaño como buses o aviones, el hidrógeno también puede participar. En comparación con las baterías eléctricas, es más ligero y más eficiente a la hora de alimentar un motor eléctrico.

Empresas europeas del consorcio H2Bus trabajaron para desplegar una flota de más de 1000 buses eléctricos de celda de hidrógeno para el 2023. Además, tienen previsto instalar, centros de recargas de hidrógeno en cada una de las ciudades donde operan para hacerlos una alternativa más competitiva.

 

  1. Producir electricidad a través del hidrógeno

Para obtener electricidad a partir del hidrógeno verde, se debe realizar un proceso inverso al que se utiliza para la obtención de este. Para ello, se estimula la reacción del hidrógeno con el oxígeno, obteniendo así electricidad y agua. La pila de combustible de hidrogeno es el dispositivo electroquímico encargado de realizar este tipo de reacción.

Una de las primeras aplicaciones en la práctica de estas pilas fue realizada en naves espaciales. Aquí sirvió como fuente de energía eléctrica y, además, el agua que se obtuvo durante el proceso pudo usarse para enfriar los sistemas de la nave y para consumo humano.

La electricidad que se genera con las pilas de combustible es 100% limpia, y además se obtiene agua potable.

 

  1. Gestor de las energías renovables

Las mayores limitaciones de ciertas energías renovables es que su generación está anclada a parámetros meteorológicos. Esto conlleva a que estos recursos energéticos renovables no tengan la capacidad de garantizar la producción en determinadas ocasiones.

Una de las mejores maneras de aprovechar estas energías es utilizando su excedente para producir hidrógeno. Luego, ese hidrógeno puede emplearse para generar electricidad cuando las fuentes renovables no pueden hacerlo.

Otra forma de aprovechar el hidrógeno obtenido seria venderlo directamente a otras industrias que lo necesitan como combustible para sus instalaciones o maquinarias.

 

  1. Puede transformar a España en un gran productor y exportador

Según especialistas de la Unidad de Innovación Abierta del Centro Nacional del Hidrógeno:

“España tiene un enorme potencial, ya que cuenta con un gran recurso solar, un gran recurso eólico, porque poseemos una enorme cantidad de agua y porque hay una meta trazada por el gobierno en cuanto a descarbonizar a todo el país, en la que se estima alcanzar para el 2050 un sistema eléctrico 100% renovable”

A pesar de la invaluable ventaja que trae consigo la protección al medio ambiente, dentro de algunos años el hidrógeno verde supondría para las empresas españolas una ventana de oportunidades de negocios a través de su producción, almacenamiento y venta internacional de los excedentes.

Si España es capaz de producir inagotablemente este recurso en todo el territorio, no solo estaría otorgándole más actividad económica al sector, también impulsaría un proceso de reindustrialización en el seno empresarial español.

 

¿El hidrógeno verde puede convertirse en el insumo principal para la economía climática de Europa?

A pesar de que aún se encuentra en su etapa inicial, este elemento se asoma como el candidato perfecto para la transformación económica, climática y energética de Europa y del mundo. Cada año más y más compañías participan directamente con este potencial elemento, haciéndolo crecer a un ritmo increíble.

La unión europea ya posee una comisión que junto con 14 estados miembros trabajaran con el hidrógeno verde para los próximos años, en un intento por apoyar la recuperación económica del sector y luchar contra el cambio climático del mundo.

Su objetivo es aumentar la generación de energía basada en el hidrógeno verde por etapas, a 6 GW para 2024 y 40 GW para el 2030. Ellos estiman que para el 2050, se hará una inversión de entre 180.000 a 470.000 millones de euros.

A pesar de que la producción de hidrógeno verde a través del proceso de electrolisis del agua en combinación con la electricidad emanada de fuentes de energías renovables no es rentable, (2,5 a 5,5 euros por kilo, versus 1,5 euros), Bruselas resalta que los costos están disminuyendo notablemente, gracias a la caída de un 60% de los electrolizadores en los últimos 10 años y se espera que se reduzca a la mitad de aquí al 2030 debido a las economías a escala.

Además, afirman que en aquellas regiones de la UE en donde la electricidad renovable es más barata, los electrolizadores podrían competir con el hidrógeno generado por combustibles fósiles en el 2030, haciendo que su producción limpia sea mucho más rentable.

 

A futuro el hidrógeno permitirá deshacernos de los combustibles fósiles y de sus efectos contaminantes para nuestro planeta, ya que se estaría obteniendo un combustible totalmente limpio, creado a través de recursos naturales. 

A pesar de que actualmente su coste de su producción es un poco elevado. España  se encuentra en una posicion ventajosa para producir hidrógeno verde para uso industrial, comercial o doméstico, gracias a sus grandes parques de energías renovables en todo su territorio. Además, esto conllevaría reducir la actual dependencia energética que nos obliga, en la actualidad, a importar gas natural y petróleo.

 

 

 

Alejandro Betancourt

Como ya hemos comentado en artículos anteriores, la implementación de energías alternativas que permitan el autoconsumo a nivel nacional está en pleno apogeo. Fuentes como la solar, la eólica y la geotérmica han ayudado a muchos países, incluyendo a España, a impulsar el sector eléctrico e industrial.

Basándonos en datos estadísticos de la Fundación Naturgy podemos afirmar que solo para el año 2019 la producción de energía renovable en España alcanzó un 40% del total. Este es un dato verdaderamente significativo para un país que fijado como objetivo promover el desarrollo pleno del potencial de autoconsumo energético en un plazo de 10 años.

 

 

Para seguir profundizando en el tema, es importante no perder de vista una alternativa que complementa perfectamente a otras tecnologías de generación renovable, el uso de baterías térmicas.

 

Hablemos de baterías térmicas

Mientras que una batería de litio acumula energía eléctrica para usarse en cualquier momento, una batería térmica es un sistema que permite almacenar energía térmica (calor) y liberarla cuando sea necesario para producir electricidad, sin depender de la presencia de luz solar para hacerlo.

Este método utiliza el calor de la energía solar térmica concentrada mientras el sol no brille para hacer funcionar una turbina y así producir electricidad, es decir, es una batería que permite aprovechar la energía solar durante la noche.

Esta reciente e innovadora alternativa es parte del sistema de energía solar concentrada o CSP (del inglés: Concentrated Solar Power) desarrollado por la Universidad Curtin junto a United Sun Systems e ITP Thermal.

Su propósito es desarrollar un sistema de energía solar capaz de generar electricidad en todo momento y de manera comercialmente viable para la industria.

 

¿Cómo funcionan las baterías térmicas?

Las baterías térmicas constan de dos partes fundamentales: un dispositivo para almacenar el calor, hecho de hidruro metálico o carbonato metálico de alta temperatura, y un dispositivo de almacenamiento de gas de baja temperatura, en el cual se guarda el hidrógeno o el dióxido de carbono.

Dicho gas se libera en las noches o mientras el sol no brille para ser absorbido por el metal a alta temperatura, y producir así el calor que luego es utilizado para la generación de electricidad.

Desarrollar una nueva tecnología que integre esta forma de almacenamiento de energía termoquímica en un sistema de plato parabólico puede suministrar hasta 46 kW de potencia, muy útiles a nivel residencial e industrial.

Incluso es excelente para impulsar industrias remotas que demandan grandes cantidades de energía, como la minería, ya que provee potencia a demanda. Además, el ciclo de vida útil de una batería térmica ronda desde los 30 a los 50 años.

 

Creación y sostenibilidad de las baterías térmicas

Su función es transformar la electricidad fotovoltaica geotérmica o incluso la eólica en calor para almacenar los excedentes mientras no se utilizen, y luego convertirlo de nuevo en electricidad cuando lo demande el sistema.

 

Colector parabólico

 

La rotunda bajada de precios de la energía fotovoltaica y eólica ha hecho que una parte de la comunidad científica se planteara esta idea que, hasta hace muy poco, no tenía mucho sentido. Según las leyes básicas de la termodinámica se podría pensar que este proceso ofrecería una eficiencia no mayor al 50%.

Sin embargo, una investigación publicada en la revista Applied Energy y realizada por el Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (IES-UPM), junto a la Universidad Politécnica de Catalunya (UPC), demuestra que esta idea podría ser rentable solo si se usan baterías térmicas de alta temperatura.

La frenética búsqueda de sistemas de almacenamiento de energía a bajo costo es uno de los grandes retos a futuro. Por eso, la clave para entender las ventajas del método de almacenaje de energía en forma de calor con otras formas de almacenamiento energético se centra principalmente en la inversión económica para la implementación del sistema.

Alejandro Datas, miembro del IES-UPM y autor principal del estudio afirma en dicha publicación que, si la electricidad es lo suficientemente barata, almacenar esta energía en forma de calor para luego transformarla nuevamente en electricidad puede ser más rentable que reservarla en baterías electroquímicas.  Y es que, aunque estas últimas sean mucho más eficientes, el sistema de baterías térmicas es 100 veces más económico.

Además, indica que un sistema de autoconsumo fotovoltaico residencial que use baterías térmicas podría representar un ahorro de hasta un 70-80% en electricidad y unos 15-20% en calefacción. A su vez, evitaría las grandes emisiones de CO2 por vivienda y por año.

Se estima que la rentabilidad de esta técnica puede ser mayor si se aplica en mayor proporción, como en centro comerciales, fabricas u hospitales, donde los ahorros obtenidos a gran escala permitan reducir los costos de sistemas y de generación fotovoltaica.

 

Proyecto europeo Amadeus: una alternativa rentable

Desde el 2017, científicos del proyecto Amadeus, junto a otros siete centros de investigación europeos han empezado a dar los primeros pasos para fabricar este tipo de baterías.

Su misión es crear el primer prototipo a escala, así como también investigar sobre nuevos materiales y dispositivos que permitan almacenar la energía a temperaturas muy elevadas (1000 a 2000°C). En detalle, se estudiarán distintos tipos de aleacionesmetálicas de silicio y boro, que funden a temperaturas superiores a los 1385°C y que permitirían almacenar entre 2 y 4 MJ/kg.

Por último, también se desarrollará un nuevo concepto patentado por investigadores de la IES-UPM, que combina los efectos fotovoltaicos y termiónicos para lograr una conversión directa eficiente del calor a electricidad.

A diferencia de las maquinas térmicas convencionales, este concepto no requerirá contacto físico de una fuente térmica. Aparte de poder trabajar con temperaturas muy elevadas, estos artefactos también ayudarán a depreciar y a simplificar drásticamente el sistema, ya que no requiere de ningún fluido caloportador, ni de intercambiadores de calor o tuberías que, al día de hoy, vienen siendo parte del gran coste de estas instalaciones.

La Comisión Europea ha tomado la decisión de que, una vez terminado el proyecto, se financiará un estudio de mercado para analizar su posible explotación comercial.

 

Impacto de las baterías térmicas

Según el estudio mencionado previamente, almacenar energía fotovoltaica o eólica en forma de calor no solo permitirá un ahorro sustancial del costo de la acumulación y la satisfacción de las grandes demandas de calor mediante fuentes renovables; este tipo de sistema también sería clave para reducir la dependencia de los combustibles fósiles del sector eléctrico y térmico.

 

 

En la actualidad, el autoconsumo fotovoltaico puede transformarse en uno de los motores económicos de España, ayudando en la recuperación tras la crisis de la COVID-19.

Al momento de esta emergencia sanitaria, este sector energético proporcionaba empleos directos, indirectos e inducidos a unas 60.000 personas. Sin duda, un proceso de transición ecológico puede y debe ser la principal palanca para la creación de riquezas y empleo en diferentes zonas de España, contribuyendo así a la reactivación de las economías locales.

 

Beneficios del uso de las baterías térmicas

Las baterías térmicas son una fuente de energía excepcionalmente confiable y su implementación trae consigo grandes beneficios que hacen que su consideración sea cada vez mayor. Entre estos destacan:

  • Vida útil muy elevada, capaces de funcionar de 30 a 50 años.
  • Estas baterías son capaces de soportar ciclos más de 3000 ciclos de carga y descarga, manteniendo el 100% de su rendimiento.
  • Almacenar energía en forma de calor es 100 veces más barato que hacerlo en baterías electroquímicas.
  • Las baterías térmicas son capaces de producir hasta 45 kW de potencia.
  • A nivel residencial podrán proporcionar ahorros de hasta un 70-80% en electricidad, y unos 15-20% en calefacción.
  • Implementar un sistema de autoconsumo fotovoltaico con baterías térmicas podría ser vital para el mundo entero, ya que permitiría dejar a un lado la dependencia de combustibles fósiles empleados en los sectores eléctricos y térmicos.
  • Es una energía muy limpia que evita grandes emisiones de CO2 al ambiente.

 

Las energías renovables son el presente y el futuro del autoconsumo. La apuesta total en estas alternativas no solo es más segura y estable para el planeta, también lo es para la economía global.

Greenpeace afirma que solo en España, un sistema basado mayormente en fuentes limpias para 2030 crearía más de 3 millones de puestos de trabajo, aumentaría en dos puntos anuales el PIB y reduciría el coste energético en un 34% respecto a 2012. 

Es necesario continuar invirtiendo para impulsar la sostenibilidad, priorizar las alternativas verdes y luchar contra la dependencia de las energías contaminantes.

 

 

 

Alejandro Betancourt