Energia Renovable: Mas alla de la Electricidad

Es habitual que se asocie el término “energía renovable” a la generación de electricidad aprovechando la energía del sol o del viento, ya que a partir de esas fuentes renovables se realizan los principales esfuerzos para eliminar las emisiones contaminantes que produce la generación de electricidad basada en la utilización de combustibles fósiles.

Lograr que únicamente las fuentes que generan electricidad estén libres de emisiones contaminantes, representaría solo una parte de la “batalla ganada”, si se pretende alcanzar el objetivo de utilizar un 100% de energía “limpia” y sustentable en el planeta. Específicamente se estaría hablando de solo una quinta parte. Para justificar esto, se puede mencionar el consumo mundial típico de energía basado mayoritariamente en la utilización de combustibles fósiles, el cual en números aproximados, se divide en un 20% de electricidad, un 30% en la utilización para el transporte y un 50% para la producción de calor (calefacción, cocción de alimentos y agua caliente).

Suele ser común que se analice la temática energética teniendo solamente en cuenta a la generación eléctrica y por lo tanto los mayores esfuerzos por “limpiar” las fuentes de energía quedan muchas veces limitados a la electricidad.

Seguramente esto sucede debido a las complicaciones que se presentan al querer satisfacer mediante fuentes renovables la demanda de energía que generan la producción de calor y el transporte. En primer lugar los volúmenes de combustible necesarios para atender esas demandas son enormes, por otro lado hay que tener en cuenta la condición estacional en la provisión de combustible para producir calor, ya que se requiere tener disponible o almacenado una enorme cantidad de energía en época de invierno y no así el resto del año.

Finalmente para abastecer energéticamente al transporte se requiere de un sistema adecuado de distribución de combustible, que permita llevarlo desde el punto de generación u obtención hacia los puntos de consumo.

Ahora bien, ¿cómo se puede abordar el problema energético total?, es decir, tener energía limpia y renovable para electricidad, calor y transporte.

Se pueden aprovechar los esfuerzos que se realizan para lograr fuentes renovables de electricidad a gran escala, como por ejemplo los parques eólicos, y de alguna manera emplear una parte de esa electricidad para reemplazar los combustibles convencionales utilizados para abastecer al transporte y la producción de calor.

Es aquí donde aparece la necesidad de tener un transportador de energía en común, es decir una forma de energía que pueda ser utilizada para potencia eléctrica, producir calor y para combustible en el transporte. Pensar en la electricidad propiamente dicha para ese transportador no parece ser lo más razonable ya que ésta es muy difícil de almacenar en grandes cantidades y por largos períodos de tiempo.

El hidrógeno obtenido a partir de fuentes de energía renovables parece ser una alternativa ya que puede funcionar como un vector de energía y un combustible en común para abastecer los sectores de la electricidad, el calor y el transporte.

Es uno de los elementos más abundantes de la naturaleza y se lo encuentra siempre combinado con otros elementos. Se obtiene por procedimientos ampliamente conocidos como la electrólisis del agua, el reformado del gas natural o a partir de la biomasa.

Su combustión produce agua pura sin emisión de CO2, ni otros elementos contaminantes. Posee un elevado contenido energético, en condiciones normales de presión y temperatura tiene un bajo valor de peso por unidad de volumen, es decir es un combustible liviano pero se complica su almacenamiento debido al elevado volumen que ocupa. La obtención y almacenamiento de hidrógeno de forma segura y eficiente representan dos desafíos tecnológicos actuales.

Dicho esto, ¿cómo se implementa esta propuesta de solución energética?

La demanda que provocan los usuarios de electricidad no es constante y las energías del viento y del sol utilizadas para la generación eléctrica son esencialmente variables, en cierta manera son impredecibles y por supuesto no se pueden aprovechar para generar la misma cantidad de electricidad durante todo el tiempo. Así, en ciertos horarios la demanda puede ser mayor que la potencia generada, con lo cual se requiere implementar un sistema de reserva para suplir esa energía y en otros horarios la potencia generada puede superar a la demanda y en este último caso ese exceso de energía se podría almacenar, en vez de evitar generarla o eventualmente desperdiciarla.

La generación que excede a la demanda de la red puede utilizarse para su conversión a hidrógeno mediante electrólisis y luego el hidrógeno obtenido almacenarse. La utilización de celdas de combustible que convierten la energía química del hidrógeno en electricidad, permitiría convertir el hidrógeno almacenado nuevamente en electricidad para inyectar potencia adicional a la red eléctrica cuando la demanda excede a la generación.

El hidrógeno puede transportarse a grandes distancias por cañerías de manera más eficiente y más económica que la transmisión de electricidad, incluso se puede inyectar en determinadas proporciones a la red existente de distribución de gas natural domiciliario. Aprovechando esto, el hidrógeno transportado puede utilizarse en sistemas combinados de generación de potencia eléctrica y calor, de forma descentralizada, es decir cerca del usuario final, donde se lo convierte otra vez en electricidad y calor mediante celdas de combustible.

El esquema del sistema se muestra en la Figura 2, donde los electrolizadores y las celdas de combustibles representan tecnologías complementarias dentro del mismo. Este sistema requiere que un parque eólico no se diseñe solamente como una fuente de electricidad “limpia”, sino como una valiosa fuente de energía en donde se contemple la capacidad de convertir y almacenar hidrógeno para otros fines.

En síntesis, la electricidad a partir de fuentes renovables puede representar un excelente camino para establecer la producción eficiente y renovable de la energía que permita cubrir otras necesidades energéticas. La conversión a hidrógeno permitiría resolver los inconvenientes relacionados con el almacenamiento y la distribución desde el punto de generación hasta el usuario final, dos aspectos importantes para el uso eficiente de la energía.

Fuentes:

1. Fuel Cell Today. Analyst view, 13 March 2013.
2. Fuel Cell Today, Event Report, Energy Conversion & Storage, 4 April 2013.
3. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy.
4. Fuels Data Center. German Energy Agency. Power to Gas Strategy Platform
5. IEA. Key World Energy Agency Statistics, 2012.

Ing. Adrian GONNET
Docente del Departamento de Ing Electrica de la FRBB