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Un mundo eléctrico

MOVIENDO EL PLANETA

Imaginen un motor cuatro veces más eficiente que los que usamos ahora, que no necesite refrigeración ni transmisión, que pueda variar su tamaño sin modificar la potencia y que no emita contaminantes para funcionar. Bueno, ese motor ya existe desde hace unos 150 años. Es el motor eléctrico.

Unas páginas atrás hablamos acerca de la creación del motor de combustión interna. Si bien hoy es el más usado en el transporte, en los primeros años de la industria automotriz (la que verdaderamente masificó este tipo de motores) no era tan claro que los autos tenían que depender de la energía almacenada en el petróleo. Recordemos que en esta misma época Churchill impulsaba el reemplazo del carbón en la Marina Británica y el debate no estaba saldado.

Henry Ford trabajaba en la empresa de Thomas Edison cuando comenzó a desarrollar el famoso Ford T. Edison es la figura más conocida en la historia de la electricidad, aunque quizás no la única relevante, ya que varias de las cosas más importantes para que la electricidad fuera lo que hoy es se deben al genio creativo Nikola Tesla.

El hecho es que Ford compartió con Edison sus dudas acerca del tipo de motor que tenían que tener sus autos y ambos decidieron que, en un principio, tenían que ser de combustión interna, ya que era más simple y barato para comenzar. Sin embargo, hay registros de varios desarrollos y patentes de autos eléctricos realizados por Ford con la ayuda de Edison, incluso declaraciones en la prensa. Pero finalmente los prototipos no prosperaron por razones más bien comerciales y sólo sobrevivió el encendido eléctrico del auto, lo que hoy pasa cuando giramos la llave.

Poco se cuestionó al motor que revolucionó el transporte del mundo y permitió cosas jamás imaginadas a nivel movilidad, hasta que el aire se puso negro y la lluvia empezó a lastimar la piel. Era ácida.

En 1948, Arie Haagen-Smith decidió estudiar el humo negro y pegajoso que flotaba en el aire de Los Ángeles. El smog no era algo nuevo, pero se había vuelto insoportable. El gran descubrimiento de Haagen-Smith fue que la principal causa del aire sucio y la lluvia ácida era el humo que salía del caño de escape de los autos, generado por la nafta no del todo explotada, o sea, por una combustión incompleta.

Desde ese momento se avanzó muchísimo en el control de las emisiones de los caños de escape, las turbinas, las centrales térmicas y todas las otras cosas que “quemaran” algún combustible fósil. Pero también se aumentó muchísimo la cantidad de combustible quemado por año y por persona. El resultado ya lo conocemos.

Con cada aumento repentino del precio del petróleo se reavivó la expectativa por los autos eléctricos. Pero los números no daban y a cada pico de precio le siguió un nuevo descubrimiento que desplomó el precio del crudo y aniquiló las posibilidades de los autos eléctricos. Esto fue así cíclicamente hasta que en los últimos cinco años pasaron tres cosas que cambiaron el panorama: el petróleo aumentó nuevamente y no parece que vaya a bajar en el corto plazo (precio alto = oportunidad para otras tecnologías que antes eran caras). Asimismo, el calentamiento global y la contaminación obligaron a poner un “costo social” a los combustibles fósiles. Esta variable se definió para establecer un valor económico que cuantifica los gastos ocasionados por los daños en la salud, las inundaciones, las sequías y el deterioro de las zonas donde se extraen recursos como consecuencia de usar carbón, gas y petróleo. Finalmente, los avances tecnológicos que vinieron de la mano de la era digital hacen que el auto eléctrico hoy sea una opción viable.

Además, vuelvo a reforzar, la cuestión ya no depende sólo del precio del petróleo vs el precio de las otras alternativas, sino también del costo ambiental del sistema actual y de cómo se va a sostener el aumento de la demanda. Durante el siglo XX la cantidad de autos se multiplicó velozmente, sobre todo en Europa, Japón y Estados Unidos[1]. El resto del mundo sumaba, pero no en un gran porcentaje, hasta que en la década del noventa comenzó un aumento acelerado de la cantidad de autos por habitante en otras regiones, sobre todo en Asia, y aparecieron dos nuevas grandes potencias automotrices: India y China. La cantidad de autos en China se multiplicó por 20 en los últimos diez años y va a seguir creciendo muchísimo más, al menos en los próximos treinta años[2]. Esto implica que el total de autos en el mundo aumentará con una aceleración tremenda, poniendo mayor presión sobre las reservas de petróleo y comprometiendo seriamente la situación ambiental, lo cual es un lujo que no nos podemos dar y esto es algo que los gobiernos saben. Gran parte de los avances que hacen que el auto eléctrico sea real fueron y son financiados por iniciativas públicas. Mucho de lo que queda por hacer está en las manos de los Estados, si bien aún son pocos los que han tomado una política seria en este sentido.

Antes de que me digan nada, ya sé, quieren saber: ¿Cómo se genera la electricidad para los autos? ¿No era que las baterías no eran suficientemente buenas? ¿Son feos los autos eléctricos? Bueno, esto último no lo sé, no creo, pero las dos primeras preguntas, súper importantes para el futuro de la energía global, serán contestadas en los próximos capítulos.

 

SEGUIR LA CORRIENTE

Se llama electricidad a una serie de fenómenos físicos asociados a la presencia y el flujo de cargas eléctricas, es decir, partículas que influyen en un campo electromagnético.

Si esta definición no les significó nada, no se preocupen, todos tienen una noción de lo que es la electricidad y eso alcanza.

La primera vez que se usó la palabra “eléctrico” fue en el siglo XVII cuando William Gilbert, un físico y médico británico, asoció los fenómenos típicos de la electricidad al ámbar, un material que al ser frotado adquiere carga estática (como la regla que usamos en el colegio). Ámbar en griego se dice elektron[3].

Varias civilizaciones previas de Oriente y Occidente dejaron registros que muestran que conocían muy bien el poder de la electricidad aunque no la nombraran, ya que hablan de los rayos que caían del cielo y de los peces eléctricos -como las anguilas en el Nilo-.

Hay grandes nombres en la historia de la electricidad (Galvani, Ampere, Faraday, Ohm, Edison, Tesla, ¡Maxwell!, Einstein, Westinghouse…) y me gustaría contar todo el camino, pero muy probablemente se aburrirían.

Sí tengo que decirles que la electricidad es una forma de energía y, como tal, puede ser transformada en otras formas de energía. Este principio físico, conocido como la Primera Ley de la Termodinámica, nos permite postular que, teniendo electricidad, en teoría tenemos la capacidad de realizar cualquier trabajo. Esto es muy importante, porque para pensar en cómo va a ser el futuro hay que saber si algo es “físicamente posible”, o sea, si no transgrede ninguna ley de la física conocida.

 

FABRICANDO ELECTRICIDAD

La energía eléctrica se aprovecha cuando hay movimiento -flujo- de cargas, en particular, de electrones. Para generar electricidad tenemos que lograr que los electrones que forman las cosas se muevan del lugar de donde están hacia otro lugar de manera ordenada. Si pensamos en un modelo simple de la materia, podemos decir que estas partículas subatómicas se encuentran alrededor del núcleo de los átomos en una nube y se ubican a distinta distancia del núcleo según su nivel de energía.

Si bien, debido al Principio de Incertidumbre, no podemos conocer exactamente en simultáneo dónde está el electrón y cuál es su “energía” (en rigor, no es su energía, sino su cantidad de movimiento), sí podemos incentivarlo a que se traslade hacia otro lugar generando un flujo de cargas, o sea, electricidad. Hay dos formas de lograr esto. Una en la que nos ayuda la teoría de la relatividad especial y otra en la que rige la mecánica cuántica.

En el primer caso, hacemos girar un material conductor dentro de un campo magnético (o viceversa). El movimiento relativo entre ellos genera una diferencia de potencial eléctrico que hace que las cargas se muevan de un lugar al otro. Esto se puede controlar y así obtenemos una corriente eléctrica continua útil. Aquí, lo que estamos haciendo es transformar energía cinética (el movimiento del conductor o el imán) en energía eléctrica.

¿Cómo movemos ese generador eléctrico? Para esta pregunta hay muchas respuestas, pero queda claro que para obtener electricidad de esta forma necesitamos primero la energía cinética. Ésta puede ser la fuerza del agua en una represa, el movimiento de las aspas de un aerogenerador o la presión del vapor.

Esta última opción es la que eligen las centrales térmicas que usan la energía liberada en la combustión de gas natural, petróleo o carbón para calentar agua y transformarla en vapor que luego es llevado a alta presión y utilizado para mover un generador. Esa forma de generar electricidad fue la preferida en el siglo XX y nunca dejó de crecer, pero en los últimos diez años creció a un ritmo increíble. Entre 2005 y 2010, China ¡duplicó! su capacidad de generar electricidad, añadiendo a la red un sistema eléctrico equivalente a toda Francia o Gran Bretaña cada año. Este proceso, como ya vimos, se hizo privilegiando la seguridad energética, o sea, el acceso a energía barata y constante sin importar la fuente. El resultado es una enorme dependencia del carbón y, por lo tanto, el crecimiento acelerado de la contaminación del aire hasta un punto en el que el pueblo y el Estado tuvieron que decir basta.

Algo parecido se está dando en Europa y Estados Unidos. El primer paso en el proceso de transición fue deshacerse de las industrias que consumían más energía por unidad de producción (las industrias más intensivas energéticamente), básicamente llevando esta producción a Asia y a algunos países de América Latina. El aumento bestial de consumo en China está muy relacionado con este fenómeno.

El segundo paso fue incentivar el desarrollo de formas alternativas de generación eléctrica, tanto a través de la financiación como de la regulación. Que quede claro que esto se hizo no sólo para disminuir el CO2 que está desafiando la estabilidad climática sino en nombre de algo que, en el fondo, es uno de los motores de cambio tecnológico más fuertes: la seguridad nacional y el status quo geopolítico.

Así como Churchill impulsó la transformación del transporte del carbón al petróleo por estrategia militar, un proceso muy similar se está dando hoy en día, esta vez para dejar de depender de los fósiles y poder aprovechar un recurso mucho más abundante, seguro y no contaminante: la energía solar.

Ustedes ya saben que esto no es nuevo. Si algo quedó claro hasta este momento es que a lo largo de la historia buscamos aprovechar la energía del sol de la mejor forma posible, explotando recursos naturales que tenían mayor densidad de energía solar acumulada y eran más fáciles de transportar. En una hora, la Tierra absorbe más o menos la cantidad de energía solar equivalente a toda la energía que los seres humanos consumimos en un año. Obviamente, si pudiéramos aprovechar este recurso directamente nuestra vida sería mucho más sencilla.

Acá hace su entrada la mecánica cuántica (y no sólo porque me encanta). Resulta que la energía se traslada de forma ordenada en “paquetes” de energía llamados cuantos. La energía que proviene del sol (radiación electromagnética) cumple con esta condición y es absorbida y aprovechada de formas diversas en nuestro planeta. Por ejemplo, las plantas la usan para la fotosíntesis, los cursos de agua varían su temperatura y se generan corrientes, y las masas de aire se mueven por la diferencia de presión que causa la diferencia de temperatura. Si alguien no entendió la indirecta, lo que les estoy diciendo es que las energías hídrica y eólica son consecuencia de la energía solar.

Los cuantos de radiación electromagnética se llaman fotones y pueden tener distinta cantidad de energía, pero no cualquier cantidad. Justamente, que la energía esté cuantizada implica que puede tomar sólo ciertos valores, lo cual es muy práctico para estudiarla. Nosotros separamos a los fotones en distintos rangos de energía a los que llamamos rayos gamma, ultravioleta, luz visible e infrarroja según su longitud de onda. Ésta, junto con la velocidad a la que se trasladan y una constante (llamada constante de Plank), determina su energía.

¿Por qué estoy contándoles esto? Bueno, principalmente porque es muy divertido, pero también para que sepan que conociendo esta propiedad de los fotones podemos utilizar su energía para impactar sobre materiales que tienen electrones con predisposición a escaparse y así generar corriente eléctrica directamente a partir de la radiación solar.

Por supuesto que, a los hechos, el proceso es más complejo, pero ésa es la base y es importante que al menos quede una noción de cómo funciona.

 

EN BUSCA DEL RECURSO INFINITO

Hay muchas formas de clasificar a la energía. Muchísimas. Una de ellas es la que distingue entre renovable y no renovable. Veamos de qué se trata esto.

La energía que se obtiene puede ser térmica, cinética, eléctrica… no importa. Acá lo que divide las aguas es si lo que se usa para generar esa energía es o no un recurso escaso.

Ejemplos de recursos escasos son el carbón, el petróleo y el gas natural, los cuales estamos consumiendo a un ritmo 100.000 veces más veloz que lo que tardaron en formarse.

Los biocombustibles también dependen de un recurso escaso. No sólo compiten con la producción y distribución de alimento (tengamos en cuenta que una de cada ocho personas en el mundo padece hambre crónico[4]), sino que además el crecimiento de los cultivos que hoy se usan para hacerlos (principalmente maíz y soja) requiere nutrientes del suelo que no resisten la presión de una explotación intensiva. Es decir, el suelo se agota.

Lo mismo se aplica a la energía nuclear. El uranio, necesario para la generación de energía a través de la fisión de núcleos inestables, se encuentra en mayor abundancia que los hidrocarburos, pero las reservas conocidas hasta hoy no son suficientes para abastecer el consumo energético actual. Igualmente, quiero usar aquí el mismo punto de vista que para los combustibles fósiles: si bien actualmente hay consenso de que el horizonte de reservas de uranio es insuficiente[5], es probable que nuevos descubrimientos científicos acompañados de innovación tecnológica permitan extender la vida útil de esas reservas. De todas maneras, lo que hace inviable plantear un escenario donde dependamos de la energía nuclear es la disposición de los residuos -lejos estamos de saber qué hacer con ellos-, la inequitativa distribución del mineral en el mundo, el riesgo de accidentes[6] y el enorme potencial bélico del material radiactivo enriquecido. La ingeniería nuclear es interesantísima, pero no cambia el paradigma de generación de energía actual.

Entonces, para decir que una energía es renovable primero tenemos que analizar si el recurso que utiliza para generar energía se agota, y también si el proceso de generación de energía tiene o no un impacto ambiental alto.

En el caso de la energía hidroeléctrica, la situación tiene matices. El cambio que se genera en los ecosistemas y las poblaciones cercanas a la hora de hacer una gran represa es muy grande e irreversible. Sin embargo, el recurso en sí -la fuerza del desplazamiento del agua causado por diferencias de temperatura y altura- es renovable y existe la posibilidad de usar turbinas de baja potencia que no modifican agresivamente el entorno. De todos modos, ya casi no quedan grandes cursos de agua sin aprovechar en el mundo y, por lo tanto, está claro que esta tecnología no tiene el potencial de abastecer el consumo energético de la humanidad.

 

CAMBIA EL REACTIVO LIMITANTE

Es un desafío imaginar el nuevo paradigma que conlleva la energía renovable, pero es justamente lo que me propongo que encaremos en este libro.

Primero y principal, tenemos que pensar que, para el caso de las energías renovables, aquello que limita la generación de energía no es el combustible, sino la tecnología para aprovecharlo, la ubicación geográfica (que engloba clima, altura, etc.), y la capacidad política (y económica) de adaptarse y sostener una nueva realidad energética.

¿Cuánta radiación solar hay disponible? ¿Cuánta energía eólica? ¿Cuánta geotérmica? La respuesta es muchísima. Como vimos, el planeta absorbe en una hora de sol la misma cantidad de energía que la humanidad consume en un año. Partiendo de esa base, dar datos duros de potencial energético solar, eólico y geotérmico es redundante. Demos eso por hecho y vayamos a los otros desafíos. Igualmente, en las notas al pie de esta página hay referencias para quienes quieran ver los números[7].

Hoy en día, las variables principales del precio de la energía son los costos de extraer el combustible, procesarlo, transportarlo, distribuirlo y, finalmente, utilizarlo para generar energía. A medida que el recurso se vuelve más escaso por cuestiones técnicas (pocas reservas) o políticas de los países productores, estos costos aumentan. Por el contrario, la innovación impacta bajando los costos. Este ciclo se puede apreciar perfectamente en la historia del carbón y, sobre todo, del petróleo[8].

Cuando, en cambio, el recurso es abundante, el ciclo cambia completamente, ya que precio está basado sólo en la tecnología necesaria para convertir la energía recibida y luego distribuir la generada. Como cada innovación baja los costos, el límite de la curva de precio en función del tiempo tiende a cero[9]. En conclusión, a medida que avanza la tecnología de las energías renovables, la energía será cada vez más barata. Y esto tendrá interesantes consecuencias.

 

SIEMPRE EN MOVIMIENTO

El almacenamiento de la energía es una cuestión fundamental. Lo que se busca es acumular algún tipo de energía que tenga el potencial de ser usada cuando, donde y como sea necesaria. Por suerte, el Primer Principio de la Termodinámica nos da la posibilidad de obtener un tipo de energía a partir de otro tipo de energía. Sin embargo, esto no es gratis. Existe un Segundo Principio de la Termodinámica que explica que esta transformación es un proceso irreversible y en el camino parte de la energía original se pierde.

Como dijimos antes, los combustibles fósiles almacenan energía del sol y nosotros la transformamos en energía cinética para mover un motor. Ese proceso tiene una eficiencia de aproximadamente 25-30%. El resto de la energía que tenía disponible la nafta se pierde en forma de calor (energía no aprovechable).

Este ejemplo se repite (con distintas eficiencias) cuando analizamos el porcentaje de radiación que puede convertir en electricidad una celda fotovoltaica, o la cantidad de calor que puede absorber un sistema solar térmico. Pero, si no tenemos la preocupación de que el combustible se acabe, entonces no nos quita el sueño cuánto de él podemos transformar en la energía que queremos (aunque obviamente esto influye fuertemente en el costo), sino cómo hacemos para tener esa energía cuando la necesitamos.

El aspecto del almacenamiento está estrechamente relacionado con el del traslado de la energía. Cuando hablamos de gasoductos, trenes repletos de carbón, barcos cargados de petróleo o redes eléctricas, estamos pensando en medios de transporte de distintas formas de energía que generamos en un lugar y queremos usar en otro. En ese trayecto, también parte de la energía se pierde y los canales por donde viaja son vulnerables a las inclemencias del clima, por lo que construirlos y mantenerlos es un gran desafío. Además, son obras de infraestructura muy costosa y pasan por varios territorios nacionales y/o provinciales, lo que genera disputas políticas y económicas. Pero la realidad es que no tenemos mucha alternativa si el lugar de generación no es el mismo que el lugar de consumo.

Esto se simplifica si se puede aprovechar el recurso renovable de cada lugar para generar la energía in situ, lo que se conoce como generación distribuida. Tener varios focos de donde proviene la energía en vez de unos pocos centralizados tiene muchos beneficios, pero requiere de algo muy interesante: una red más inteligente.

 

LA RED

La energía del futuro será principalmente eléctrica y renovable. Pero antes de seguir analizando por qué y cómo va a cambiar el mundo, veamos cómo viene funcionando la electricidad en los últimos cien años.

La electricidad es algo que damos por sentado. No nos paramos a pensar qué cosas en nuestro día a día usan electricidad y, si nos pusiéramos a hacer una lista, seguramente nos olvidaríamos de varias. La energía llega instantáneamente cuando enchufamos algo o apretamos la tecla de la luz. Parece magia. Sin embargo, detrás de eso hay una toda una industria -muy compleja- que está siendo totalmente transformada.

Para empezar a contar la historia, tenemos que remontarnos al 4 de septiembre de 1882, a las tres de la tarde, cuando el prolífico inventor Thomas Edison (ya famoso por la creación del telégrafo y el fonógrafo) apretó el switch que encendió a la vez ciento cincuenta y dos lamparitas en las oficinas de J. P. Morgan y el New York Times. Había empezado la era de la electricidad.

Edison había dedicado varios años a su investigación y, según se cuenta, había prestado mucha atención a los desarrollos de Nikola Tesla, de quien aparentemente tomó varias de las ideas claves para su desarrollo sin darle crédito alguno. El hecho es que su trabajo en la energía eléctrica, particularmente en la aplicación en la iluminación, sucedió principalmente en Estados Unidos a pesar de que los avances en ciencias duras estaban en Europa, quizás porque los británicos de la época declaraban a esa investigación “suficientemente buena para nuestros amigos transatlánticos” pero que “no merece la atención de gente práctica o científica”<[10].

La iluminación era a la vez un problema y un mercado muy interesante. Hacia fines del siglo XIX, quemar el kerosén destilado del petróleo era la fuente más confiable para generar luz. Pero para eso había que extraer el petróleo, refinarlo y luego transportar el kerosén por todo el mundo en latas de metal, nada sencillo si se tiene en cuenta que la mayoría del trabajo se hacía a mano y las máquinas disponibles funcionaban a vapor (quemando carbón). Claro que abastecer de luz al planeta era muy rentable y, de hecho, fue lo que incentivó el crecimiento de la industria petrolera. Pero la situación pedía a gritos que apareciera una innovación disruptiva.

Edison empezó por el producto final: la lamparita. En ese entonces había varios modelos que usaban distintas tecnologías, pero ninguno duraba mucho más de una hora. Edison consiguió patentar y fabricar uno más resistente -aunque varios reclamaron la autoría y nunca se saldó la discusión sobre quién era el dueño verdadero de la idea-. Más allá de esto, la gran innovación de Edison no fue la lamparita, sino toda la infraestructura para generar electricidad y “dividirla” para abastecer a la vez muchas lamparitas separadas, es decir, la red eléctrica.

Los primeros diez años de la industria eléctrica fueron muy cuesta arriba. Edison estaba en constantes apuros financieros, porque el desarrollo tecnológico tenía mucho de prueba y error. Finalmente, tuvo que asociarse y ceder su apellido en la ex Edison General Electric que pasó a ser General Electric a secas. Además de perder el control de la empresa, Edison perdió a un empleado estrella llamado Samuel Insull, alguien que iba a dar forma al modelo de negocios de la electricidad que hoy en día sobrevive, aunque no por mucho más tiempo.

Empezando la década de 1890, los -escasos- clientes de las compañías generadoras de electricidad pagaban según la cantidad de lamparitas que tenían instaladas, lo cual hacía que la tarifa fuera muy poco flexible, porque dos personas que tenían la misma cantidad de lamparitas pagaban lo mismo sin importar si una las tenía prendidas todo el día y la otra no. Insull, ahora al frente de una usina en Chicago, no podía creer lo que veía cuando se fue de vacaciones a Brighton, Inglaterra, y se encontró con toda la ciudad iluminada usando lámparas eléctricas (¡toda la ciudad!). Algo distinto tenía que estar pasando.

Resulta que en Brighton estaban aplicando un sencillo medidor que permitía cobrar la electricidad en base al consumo de cada cliente. ¡Bingo! Con esto la energía eléctrica podía ser realmente masiva. Insull llevó esta idea a Chicago y a partir de ella construyó un imperio de electrones.

 

ENERGÍA PARA TODOS

Además del medidor, el otro pilar del éxito de Insull fue un complejo entramado de empresas opacas, subsidiarias, inversores y prestamistas que le permitió montar una corporación sostenida por deudas. Tras la Crisis de 1930, su imperio colapsó dejando un hueco financiero en el que Insull cayó hasta la bancarrota. Una consecuencia importante de esta situación fue la intervención estatal en el mercado energético declarando a la electricidad como un servicio público.

Chicago, Newcastle y Berlín llevaban la delantera en el desarrollo de la red eléctrica. Para mediados del siglo XX, casi todas las grandes ciudades habían abrazado el milagro de la electricidad, pero algo muy distinto ocurría en las zonas rurales, donde prácticamente nadie tenía acceso a la red. Aquí es donde la influencia de los Estados fue decisiva para regular la actividad y tomar el control de la planificación y el crecimiento de la red, de forma tal que el acceso a la electricidad fuera prácticamente un derecho para todos los ciudadanos. A pesar de esto, créase o no, todavía casi un 20% de la población mundial no tiene acceso a la energía eléctrica[11] -con una relación bestialmente desigual entre África y el resto del mundo-. Es posible que esto cambie con el nuevo paradigma.

Para eso, insisto, la red tiene que volverse más inteligente. ¿Qué es la “red eléctrica”? Bueno, se le llama así a un conjunto interconectado de generadores, cables, transmisores, subestaciones, transformadores, medidores y consumidores de electricidad. La infraestructura que está instalada hoy en día no tiene mucha diferencia con la que se empezó a diagramar hace ciento treinta años, pero la exigencia sobre la red es muy distinta. En sus orígenes la electricidad se generaba cerca del lugar de consumo, ya que la tecnología no permitía transportarla a través de grandes distancias y lo único que se necesitaba era que la energía llegara a la lamparita cuando el cliente la necesitaba. Sin embargo, las redes de alta tensión y la economía de escala pintaron un nuevo panorama para la red, en el cual grandes generadoras centralizan la producción de energía y luego la distribuyen en lugares que pueden estar tranquilamente a miles de kilómetros, teniendo que responder a picos de consumo y transportando energía proveniente de una amplia gama de fuentes (nuclear, térmica, hidroeléctrica, solar, eólica…). Como la red no fue pensada originalmente para un escenario tan complejo, falla. Colapsa. Y, como resultado, ocurren los apagones.

 

RED ELÉCTRICA 2.0

¿Qué hace a una red inteligente? La comunicación.

La novedad se basa en la posibilidad de establecer un diálogo entre todos los que intervienen en el ciclo energético: generadores, transmisores, distribuidores, consumidores y reguladores. La red tiene que poder responder digitalmente a las fluctuaciones en la demanda y el origen de la energía, aprender de la experiencia y prever picos de consumo, medir en tiempo real lo que sucede y tener capacidad de actuar en caso de falla.

La transformación conlleva una renovación basada en computadoras y sensores para que la infraestructura eléctrica entre de lleno en la era digital, dándole la posibilidad de convertirse en una tecnología exponencial. Se llama así a aquellas tecnologías cuyas tendencias siguen una curva aproximadamente exponencial, lo cual se puede ver en este gráfico:

 

funcion lineal y funcion exponencial

Figura 1. Gráfico de función lineal (línea recta) y gráfico de función exponencial (curva). Se ve cómo la función lineal al comienzo es mayor a la exponencial hasta el punto donde la exponencial la cruza y la supera de forma inalcanzable.

Son tres las variables que en general se tienen en cuenta para medir el avance de una tecnología: performance (usualmente velocidad), costos (financieros o energéticos) y precisión (o tamaño)[12]. Hay una predicción, conocida como la Ley de Moore, que establece que la cantidad de transistores que hay en un circuito integrado se duplica cada 18-24 meses[13], lo cual, si se grafica, da una curva exponencial.

Hay algunos atributos que se ven estrechamente influenciados por la Ley de Moore, como la capacidad de procesamiento y almacenamiento de datos, la cantidad de pixeles de una pantalla por cada dólar invertido en fabricarla o la performance de una impresora 3D por dólar invertido. Esto convierte a estas tecnologías en exponenciales, lo cual no es para nada fácil de detectar cuando empiezan su crecimiento porque, como se ve en el gráfico, al comienzo las tecnologías exponenciales no llaman mucho la atención en comparación con las lineales.

Las candidatas a ser las tecnologías exponenciales de las próximas décadas son la inteligencia artificial, Internet, la biología sintética, la impresión 3D, la nanotecnología y… las energías renovables (junto al almacenamiento y la red inteligente).

Al permitir una comunicación digital entre todos los miembros de la red energética, se logra coordinar la oferta de energía con la demanda. La generación y el consumo pasan a suceder en tiempo real y no se distribuye energía de sobra. Además, se puede ajustar el uso selectivamente y esto permite que las tarifas sean variables, lo que trae grandes beneficios económicos a los usuarios y ahorra grandes dolores de cabeza a quienes tienen que abastecerlos (los apagones se dan, sobre todo, por un mal manejo de la red durante los picos de demanda). Por ejemplo, podemos elegir que el lavarropas funcione fuera de la hora pico de uso de Internet, o privilegiar el funcionamiento del microondas por sobre el de la televisión. Todo esto y mucho más es posible cuando la red se vuelve inteligente.

 

ENERGÍA DE BOLSILLO

El desafío de coordinar oferta y demanda está presente desde los tiempos de Edison. Almacenar energía no es una tarea fácil ni barata, entonces se opta por transmitirla de los generadores directo a los consumidores a través de los distribuidores, que hacen su mayor esfuerzo para no enviar más energía de la necesaria.

La red inteligente permite ajustar muchísimo las tuercas en la senda del ahorro en casas, industrias, colegios, hospitales y todo lo que esté conectado a través de ella, pero no soluciona la cuestión de la alimentación de combustible eléctrico para los motores de los autos, los trenes, los barcos y los aviones mientras están andando… Es decir que para tener transporte plenamente eléctrico necesitamos baterías.

No tendría sentido hablar de las formas de almacenamiento energético que están en las noticias hoy porque mañana ya habrán pasado de moda. Los avances son impresionantes y, si pasan por el Anexo “Lo que está pasando”, van a ver que el futuro llegó mucho antes de lo que se esperaba. Eso es bueno.

El almacenamiento potente y, sobre todo, barato, es una pieza vital en el rompecabezas de las energías renovables y los autos eléctricos. Estar mirando hoy cómo las baterías se mueven por la curva exponencial mientras los motores de combustión siguen su curso lineal es una verdadera crónica de una muerte anunciada.

 

LA NUEVA CIENCIA SE LLAMA EFICIENCIA

A pesar de ser un integrante poco sexy de la familia energética, la eficiencia tiene un rol importantísimo en el futuro de la energía y es un componente fundamental que acompaña a la red inteligente, las innovaciones tecnológicas disruptivas y el almacenamiento.

Hay una variable que mide la cantidad de energía necesaria para hacer algo. Se llama intensidad energética. La gestión de la energía busca bajar la intensidad energética para poder seguir haciendo lo mismo -o más- consumiendo menos energía. Esto no es tan simple, sobre todo porque, además de renovar la tecnología, hay que vencer una gran inercia cultural para cambiar la forma en la que se utiliza la energía.

Uno de los motores obvios que impulsan a la eficiencia es el ahorro que implica consumir menos energía para hacer lo mismo que ya se venía haciendo (mirar la tele, fabricar una viga de acero, transportar una tonelada de arroz o construir una casa). Si lo analizamos de cerca, esto siempre está incentivado o exigido por el Estado, que es quien marca el ritmo del avance de la eficiencia. A veces fija el precio de la energía, sea petróleo o electricidad. Otras veces, pone metas concretas para bajar la intensidad energética o realiza campañas de difusión e incentivos basados en las tarifas. Hay muchas formas de generar el marco para mejorar la gestión energética y la responsabilidad es de todos, pero que suceda o no está en manos del Estado.

¿Por qué alguien querría pensar iniciativas públicas sobre esto? Las motivaciones más importantes son políticas, sociales, ambientales y, en el fondo, todas económicas. Por un lado, está la búsqueda de la seguridad, la independencia y la soberanía energética, las cuales son más fáciles de alcanzar si el consumo es más eficiente, porque se necesitan menos recursos. Por otro lado, es necesario controlar las emisiones y el calentamiento global, ya que provocan modificaciones drásticas en el ambiente que generan sequías, heladas, desastres naturales… Además, están las gravísimas consecuencias sociales y económicas causadas por la contaminación del aire, los ríos y el suelo. Todas estas cosas no dependen sólo de la eficiencia energética, pero trabajar en ella sin duda es parte de la solución.

Mejorar la gestión de la energía puede ahorrar un 55% del consumo en las próximas décadas y es el primer paso obvio en la transición hacia el futuro de la energía[14].


[1] UNICEF, Gráfico de la cantidad de vehículos vendidos por año en el mundo en función del tiempo, http://revel.unice.fr/eriep/docannexe/image/3301/img-2.png

[2] Mc Kinsey – Perspective On China’s Auto Market – 2013

[3] Etimologías y mitologías, El electrón y el ámbar, 16 de noviembre de 2011, http://etimologiasymitologia.blogspot.com.ar/2011/11/el-electron-y-el-ambar.html

[4] FAO, Desciende el hambre en el mundo, pero 842 millones de personas siguen subalimentadas, 1 de octubre de 2013, http://www.fao.org/news/story/es/item/199572/icode/

[5]BOTKIN, DANIEL B. CON DIANA PEREZ, Powering the future, FT Press, 2010.

 

[6] La tragedia de Fukushima, en 2011, hizo que en gran parte del mundo se frenaran por completo las obras de nuevas plantas nucleares e incluso se cerraran otras.

[7] Agencia Internacional de Energía Renovable, Global Atlas forRenewableEnergy, 2014, http://www.irena.org/menu/index.aspx?mnu=Subcat&PriMenuID=36&CatID=141&SubcatID=370

[8]Federal Reserve Bank of San Francisco, What are the possible causes and consequences of higher oil prices on the overall economy?, Noviembre 2007, http://www.frbsf.org/education/publications/doctor-econ/2007/november/oil-prices-impact-economy

[9] http://costofsolar.com/cost-of-solar-panels-10-charts-tell-you-everything/

[10] YERGIN, DANIEL, The Quest, Penguin Books, 2012.

[11] Agencia Internacional de Energía, Access to electricity, http://www.worldenergyoutlook.org/resources/energydevelopment/accesstoelectricity/

[12] Think Exponential, Exponential Technology, http://thinkexponential.com/invest/exponential-technology/

[13]Moore, Gordon E., Cramming more components onto integrated circuits, 1969. Electronics Magazine, http://www.cs.utexas.edu/~fussell/courses/cs352h/papers/moore.pdf

[14] ENVIRONMENTAL RESEARCH OF THE GERMAN FEDERAL MINISTRY OF THE ENVIRONMENT, NATURE CONSERVATION AND NUCLEAR SAFETY, Role and Potential of Renewable Energy and Energy Efficiency for Global Energy Supply, 2009, http://www.ecofys.com/files/files/report_role_potential_renewable_energy_efficiency_global_energy_supply.pdf