En busca de la energía solar

El crecimiento exponencial de la producción en el último medio siglo ha aumentado la preocupación sobre el agotamiento de las fuentes de energía y su eventual renovación o reemplazo. Posibilidad de eliminar la alternativa día/noche. De todas las variantes posibles, sólo la energía solar parece la más limpia y permanente, pero a escala de la historia humana tampoco se la puede considerar infinita.

La Tierra es un sistema finito. Formulada de esa manera la cosa parece evidente, aunque en la vida de todos los días pase desapercibida. A tal punto las medidas de referencia de los humanos son diferentes de las escalas terrestres. La diferencia es tal, que hemos usado desmesuradamente nuestros recursos, suponiéndolos, si no infinitos, al menos enormes. La parte del ecosistema terrestre que la humanidad se apropia pareció durante mucho tiempo insignificante en relación con los recursos disponibles. Pero hay que reconocer que al cabo de cincuenta años de crecimiento exponencial la actividad humana rivaliza actualmente con las fuerzas naturales. Una manera de cuantificar esa actividad es considerar la energía que consume. Desde el punto de vista de la física, la energía representa la magnitud de la capacidad que posee un sistema para modificar a los otros sistemas con los que está en interrelación.

Un crecimiento exponencial choca inevitablemente, y mucho más rápido de lo que se cree, con la finitud de los recursos de su medio ambiente. Tomemos el ejemplo de bacterias cultivadas en un recipiente, que se reproducen dividiéndose y cuyo número se duplica en un tiempo variable que, por poner un ejemplo, puede ser inferior a veinte minutos. Supongamos que los descendientes de una sola bacteria colocada al mediodía en un medio de cultivo logran saturar el recipiente a medianoche: en ese lapso, la cantidad de bacterias se habrá visto multiplicada por 68.000 millones. ¿En qué momento el recipiente estaba lleno por la mitad? A las 23.40 horas. Si nosotros fuéramos una de esas bacterias, ¿en qué momento hubiéramos tomado conciencia de que empezaba a faltar espacio? A las 22 hs. la colonia ocupaba apenas el 1,5% del espacio del recipiente, y por lo tanto no imaginábamos la catástrofe inminente. Supongamos que a las 23.20 hs. una bacteria particularmente perspicaz comenzara a inquietarse, que movilizando enormes medios lograra lanzar un programa de búsqueda de nuevos espacios, y que a las 23.40 hs. se hallaran tres nuevos recipientes vacíos, cuadruplicando el volumen disponible. Ese aumento de recursos, aparentemente considerable, sólo brindará sin embargo una tregua de 40 minutos: la colonia quedará saturada nuevamente a las 00.40 horas.

Límites y posibilidades

Con las actuales tasas de crecimiento, el tiempo necesario para que se duplique el consumo mundial de energía es de unos 50 años. La crisis que se anuncia, y que ya muestra sus primeros síntomas, no es más que la manifestación de un crecimiento exponencial en un medio ambiente que tiene límites. ¿Es posible estimar las escalas de tiempo que entran en juego? Una primera tentativa consiste en calcular el tiempo que requiere el consumo para duplicarse. Otra manera de proceder sería calcular la relación entre las reservas estimadas de un recurso y el consumo anual actual. El valor obtenido estará por encima del tiempo real de agotamiento del recurso considerado, pues implícitamente contiene la hipótesis -hoy no verificable- de una estabilidad del consumo. Según se consideren las reservas probadas o las reservas últimas, el tiempo necesario para que se agoten el petróleo, el gas natural y el uranio varía entre 40 y 120 años. La situación es más favorable respecto del carbón, que desaparecería entre dentro de entre 220 y 850 años ¹. Desde el punto de vista de los recursos fósiles, se acerca la medianoche...

¿Qué posibilidades hay de prolongar la cuenta regresiva? La primera, que resulta evidente, consiste en pasar a un tipo de desarrollo más lento, de crecimiento cero, o negativo. Esa medida resulta indispensable, aun cuando su aplicación a escala mundial parece muy difícil a causa de la fuerte demanda de energía. Sin embargo, cada paso en esa dirección tiene el mérito de hacernos ganar un poco de tiempo sobre la inexorable desaparición de los recursos fósiles. Por otra parte, la captación de la energía solar, eólica, geotérmica, hidráulica, de biomasa, de las mareas, de las olas o de fuentes térmicas marinas, también permitirá desacelerar el agotamiento de los combustibles fósiles. Sin embargo, excluyendo la energía solar, la potencia disponible en las fuentes de energía renovables sólo supera unas pocas veces a la consumida en la actualidad. Si el crecimiento planetario del consumo continúa al ritmo actual, llegará el día en que el gasto de energía saturará las capacidades de renovación. Por lo tanto, la potencia disponible en esas fuentes de energía pone un límite al crecimiento del consumo energético humano, pero con una ventaja indiscutible respecto de los recipientes para bacterias y de las energías fósiles: las reservas se renovarán.

En cambio, la Tierra recibe del Sol una potencia 13.000 veces superior a la que consume la humanidad. El Sol brilla a causa de su alta temperatura -de unos 6.000 grados en la superficie- y en un poco más de una millonésima de segundo irradia la misma cantidad de energía que la humanidad produce en un año ².

Así, a escala humana, ese astro constituye una fuente aparentemente inagotable: brilla desde hace 4.500 millones de años, y seguirá haciéndolo durante aproximadamente otro tanto. Si brilla intensamente desde hace tanto tiempo es porque extrae su energía del corazón de los núcleos atómicos: en las regiones centrales más calientes, las reacciones de la fusión termonuclear liberan la energía transformando cuatro núcleos de hidrógeno en un núcleo de helio. Captar una fracción apreciable de esa energía cambiaría radicalmente las escalas de tiempo que están en juego. ¿Cómo hacerlo? Además de los métodos tradicionales (captores solares de tipo fotovoltaicos o térmicos) existen dos ambiciosos proyectos que tratan de abrir un camino en esa dirección. El primero, que consiste en construir una gigantesca torre solar, está en vías de experimentación; el segundo, que prevé la puesta en órbita de una estación solar, aún está en estudio.

La estructura más alta nunca construida por el ser humano podría alzarse en el Outback ³ australiano antes de 2008. La compañía australiana EnviroMission proyecta erigir allí una torre solar de más de un kilómetro de alto, capaz de generar una potencia de 200 megavatios ⁴. A nivel de la superficie, la torre tendrá una sección del tamaño de un campo de fútbol y se situará en el centro de una estructura de vidrio de más de 7 kilómetros de radio. Su funcionamiento es simple: la luz del Sol calentará el aire situado bajo el techo de vidrio, que estará inclinado de manera que el aire caliente se eleve hacia la torre. En ella será canalizado para accionar turbinas cuya rotación generará electricidad las 24 horas del día. A pesar de que la radiación solar es, por naturaleza, intermitente, el calor almacenado en el suelo, bajo el colector de vidrio, representará una fuente extra durante la noche. Esa torre será una versión gigante del prototipo de "chimenea solar" inventado y construido por el ingeniero alemán Schlaich Bergerman en 1982, cerca de Manzanares, en España.

Casi toda la energía que irradia nuestra estrella se pierde en el infinito, dado que la Tierra sólo intercepta la mitad de la mil millonésima parte. ¿Por qué no captar entonces esa radiación desde el espacio? La ausencia de alternativa día/noche permitiría alimentarse del Sol permanentemente. Además, la ausencia del filtro que representa la atmósfera multiplicaría por ocho la potencia recibida. Durante los años 1995-2000 la NASA lanzó el programa de investigación y de desarrollo tecnológico Space Solar Power ⁵ para realizar los estudios previos a la construcción de grandes estaciones solares orbitales, capaces de producir cientos de megavatios, y hasta algunos gigavatios. Grandes paneles fotovoltaicos captarían los rayos del Sol, cuya energía sería luego transportada bajo la forma de ondas centimétricas. Una experiencia de ese tipo tuvo lugar en la isla de la Reunión, donde la utilización de microondas permitió suministrar energía a los habitantes de un valle de difícil acceso ⁶. Otros países se mostraron interesados por ese proyecto. A comienzos de 2001 Japón anunció su intención de realizar un centro solar orbital antes de 2040. Ese satélite estaría equipado con dos paneles gigantes de un kilómetro por 3 kilómetros, y pesaría unas 20.000 toneladas.

Si el consumo humano de energía siguiera su actual progresión a largo plazo, únicamente el Sol será capaz de suministrarla en cantidad suficiente. Sin embargo, hay una fecha límite teórica: la del día en que el aumento del consumo obligue a captar toda la potencia de su radiación. Esa fecha podría no estar tan lejos como imaginamos: se la alcanzaría al cabo de 3.200 años de un crecimiento anual del 1%. También el Sol es finito.

1. Fuente: www.industrie.gouv.fr.
2. El Sol irradia la impresionante potencia de 3,91 x 10²⁶ vatios, de la cual la Tierra sólo intercepta la mitad de la mil millonésima parte, es decir 1,71 x 10¹⁷ vatios. Es preciso comparar esta cifra con la producción humana, cercana a 1,3 x 10¹³ vatios, es decir, una milésima parte de lo que el Sol aporta a la Tierra.
3. Así se denomina a la zona esencialmente árida de Australia, que ocupa el 80% de su territorio.
4. Fuente: www.wentworth.nsw.gov.au/solartower/.
5. Fuente: http://spacesolarpower.nasa.gov. Ver también Pierre Barthélémy, "Dans quarante ans, l'électricité pourrait venir de l'espace", Le Monde, París, 31-5-01.
6. Ver Pierre Barthélémy, "Des micro-ondes pour alimenter une vallée encaissée de la Réunion", Le Monde, 31-5-01.