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Energía solar directa: fuera de la red sin baterías.

Tue, 06 Feb 2024 00:00:00 +0000

Imagen: una computadora portátil funcionando con energía solar directa. Foto: Marie Verdeil.

Las instalaciones solares convencionales no cuestionan nuestra dependencia de los combustibles fósiles y del estilo de vida derrochador de energía que resulta de ello. Tanto los paneles solares en los techos como las granjas solares a gran escala nos suministran toda la energía que queremos, incluso cuando el sol no está brillando. Esto se debe a que estos sistemas utilizan la red eléctrica central, que funciona en gran medida con combustibles fósiles, como una especie de batería para hacer frente a las escaseces de energía.

Aunque los paneles solares conectados a la red pueden reducir el consumo de combustibles fósiles en las plantas de energía térmica, estos ahorros se ven al menos parcialmente compensados por los combustibles fósiles adicionales necesarios para construir y mantener lo que es esencialmente una infraestructura energética dual. La combinación de energía solar y eólica puede aumentar aún más la proporción de energía renovable en la red eléctrica, pero esto requiere un mayor desarrollo de infraestructura. Además de la energía, esto también demanda una gran cantidad de dinero y tiempo.

Reemplazar las centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles con almacenamiento de energía, de manera que la electricidad excedente generada en días soleados pueda almacenarse para cuando no haya sol o sea insuficiente, se encuentra con el mismo problema. El almacenamiento de energía, ya sea integrado en una red eléctrica o ubicado en hogares individuales (sistemas fuera de la red), es muy costoso y intensivo en carbono para construir y mantener.

Instalación solar autónoma

La producción de paneles solares obviamente implica costos en dinero y energía. Sin embargo, los costos financieros y energéticos de la infraestructura de respaldo asociada son muchas veces mayores. Para las instalaciones solares conectadas a la red, estos costos son muy difíciles de calcular con precisión, pero para las instalaciones solares autónomas (sin conexión a la red y con su propio almacenamiento de energía), es mucho más fácil. Como ejemplo, tomaré la pequeña instalación solar autónoma que alimenta mi sala de estar en Barcelona.

Este sistema consta de dos paneles solares de 50 W en el balcón, una batería de plomo-ácido de 100 Ah y un controlador de carga de 10 A. La energía generada se utiliza para la iluminación, el sistema de música y cargar computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos, entre otras cosas. La inversión financiera inicial fue de 340 euros: 120 euros para los paneles solares, 170 euros para la batería y 50 euros para el controlador de carga.

Pero mientras que se espera que los paneles solares duren 30 años y el controlador de carga alrededor de 10 años, tengo que reemplazar la batería de plomo en promedio cada tres a cinco años. ¹ A lo largo de una vida útil de 30 años, los costos ascienden a 120 euros para los paneles solares, 150 euros para los controladores de carga y, en el mejor de los casos, 1,020 euros para las baterías. Las baterías (y los controladores de carga asociados) representan aproximadamente el 90% de los costos totales durante toda la vida útil.

El almacenamiento de energía también domina la “energía incrustada” de la planta (y las emisiones de carbono resultantes). La producción de mi batería de plomo-ácido consumió 1,200 megajulios (MJ) de energía. ² A lo largo de una vida útil de 30 años (seis baterías como máximo), eso equivale a 7,200 MJ. Los tres controladores de carga suman otros 360 MJ durante una vida útil de 30 años, lo que lleva el consumo total de energía del sistema de batería a 7,560 MJ. ³ En contraste, la producción de los paneles solares cuesta solo 2,275 MJ de un total de 9,835 MJ. ⁴ Conclusión: más del 75% del consumo total de energía fósil se debe al almacenamiento de energía.

Imagen: A la derecha en el balcón se encuentran los dos paneles solares de 50 W que alimentan la sala de estar de mi apartamento. Junto a ellos está el panel solar de 30 W que hace funcionar este sitio web. Foto: Marie Verdeil.

Imagen: La estructura para los paneles solares, construida con madera reciclada. Foto: Kris De Decker.

Imagen: La batería de plomo-ácido de 100 Ah que alimenta la sala de estar después del atardecer. Foto: Kris De Decker.

Otros tipos de baterías no cambiarían significativamente esta conclusión. Para un sistema fuera de la red comparable con baterías de ion de litio, el almacenamiento de energía representaría aproximadamente el 95% del costo total durante toda la vida útil (casi el doble que un sistema con baterías de plomo-ácido). Suponiendo una vida útil optimista (10 años) e incluyendo controladores de carga, el almacenamiento de energía de litio representa alrededor del 70% de la energía invertida en un sistema de red solar. ⁵ ⁶ Para las baterías de níquel-hierro, el almacenamiento de energía representaría el 85% del costo total durante toda la vida útil (no hay datos de costo de energía). ⁷

La escala y la ubicación de la instalación solar tampoco hacen ninguna diferencia. Un sistema más grande necesita más paneles solares, pero también baterías más grandes y controladores de carga más caros y potentes. Las proporciones siguen siendo las mismas. ⁸ El único factor que podría dar a los paneles solares una parte ligeramente mayor del costo total son las estructuras en las que están montados. No lo tengo en cuenta porque los construí yo mismo con madera reciclada. Sin embargo, si los paneles solares están montados en un techo, una solución de bricolaje es menos evidente. Pero incluso en ese caso, el costo del almacenamiento de energía sigue siendo, con mucho, la consideración más importante.

Energía solar directa: mucho más barata y sostenible

A diferencia de los combustibles fósiles, el sol y el viento no están disponibles a pedido. El problema con nuestro enfoque hacia la energía renovable es que insistimos en que la energía siempre debe estar disponible infinitamente, independientemente del clima, las estaciones o la hora del día. Coincidir la demanda de energía con la oferta, como se hacía en el pasado - llevaría a reducciones dramáticas en el costo y en el uso de los combustibles fósiles.

Por ejemplo, si omitiera el almacenamiento de baterías de mi instalación solar, mi sistema se volvería aproximadamente 10 veces más barato: 120 euros en lugar de 1,290 euros durante toda su vida útil de 30 años. Alternativamente, podría gastar 1,290 euros solo en paneles solares, lo que me daría un sistema solar de 1,075 vatios. Eso es diez veces la capacidad de la configuración con baterías, más de lo que cabría en el balcón.

Sin la batería y el controlador de carga, el costo energético de la instalación también disminuye de 9,835 MJ a 2,275 MJ. En otras palabras, podría generar al menos cuatro veces más energía solar con la misma inversión en combustibles fósiles.

¿Cómo puede ser práctica la energía solar directa?

Todo bien, pero el sol no brilla después del atardecer y la cantidad de energía solar varía a lo largo del día y del año. Entonces, ¿cómo puede ser práctico el uso de paneles solares sin baterías (o sin otra infraestructura de respaldo en el caso de instalaciones conectadas a la red)?

Para responder a esa pregunta, observamos a un pionero de la “energía solar directa”: la Living Energy Farm. Esta comunidad de educación ambiental en el estado de Virginia, Estados Unidos, está completamente “fuera de la red” gracias a la energía solar, pero solo el 10% de la energía solar generada pasa a través de una batería de níquel-hierro. Sin embargo, los paneles solares proporcionan energía para varias viviendas, una cocina comunitaria, un taller de metal y una granja. ⁹ ¹⁰

Imagen: energía solar directa en la Living Energy Farm.

La instalación solar ha estado en funcionamiento desde 2011 y consta de sistemas separados con una potencia máxima total de 1,400 vatios. ¹¹ En comparación, la potencia máxima promedio de una instalación solar residencial en el Reino Unido y en los Estados Unidos, para un hogar, es de 4,000 vatios y 6,500 vatios, respectivamente. Al igual que en mi apartamento, en la Living Energy Farm se utiliza la energía de manera frugal, pero el hecho de que apenas se utilicen baterías tiene otras razones.

Algunos electrodomésticos solo se utilizan durante el día

Una primera razón es evidente: algunos electrodomésticos y máquinas eléctricas solo se utilizan durante el día. Esto es cierto, por ejemplo, para todas las máquinas en el taller de metal, incluyendo una sierra de banda, un compresor, una amoladora, una sierra circular, un torno, una fresadora y una taladradora. También se aplica a maquinaria agrícola como un molino de granos y una bomba de pozo profundo. Conectadas directamente a los paneles solares, estas máquinas ofrecen todas las capacidades de la tecnología moderna alimentada por la red, con la excepción de que solo pueden utilizarse durante el día. ¹⁰

En una escala mucho más pequeña, he utilizado energía solar directa para una plancha, una pistola de pegamento y una bomba de riego (para el balcón) en casa. Otros ejemplos de electrodomésticos y máquinas que podrían utilizarse sólo durante el día incluyen aspiradoras, máquinas de coser, lavadoras, consolas de juegos, cortadoras láser e impresoras 3D. No es tan difícil imaginar una sociedad moderna donde actividades como aspirar y realizar tareas de bricolaje solo ocurran durante el día. Ciertamente, no es un retorno a la Edad Media.

Imagen: varias herramientas de taller en la Living Energy Farm, la mayoría de ellas funcionando con energía solar directa. Imagen: Alexis Zeigler.

Image: Metal lathe running on direct solar power, Living Energy Farm. Image: Alexis Zeigler.

Imagen: Soldadura con energía solar directa. Foto: Marie Verdeil. [Ver el vídeo](https://www.youtube.com/watch?v=qozZCJU4IOc).

Además, no todos los electrodomésticos requieren atención constante. Las lavadoras o lavavajillas que se activan automáticamente cuando brilla el sol a menudo se citan como ejemplos de aplicaciones en una “red eléctrica inteligente”. Pero ese enfoque depende de una infraestructura extensa de transmisión eléctrica, redes de comunicación y electrodomésticos llenos de electrónica.

En cambio, en un enfoque descentralizado de energía solar directa, la inteligencia la proporciona el sol y la rotación del planeta. Una lavadora o lavavajillas alimentados directamente por energía solar pueden cargarse completamente y encenderse por la noche. La máquina luego se inicia “automáticamente” por la mañana. Incluso puede utilizar temporizadores (electrónicos o mecánicos) para hacer funcionar diferentes electrodomésticos uno tras otro.

Si las nubes representan un límite adicional para una instalación solar directa, y en qué medida, depende del tamaño de los paneles solares. Duplicar el área de los paneles solares garantiza suficiente energía solar durante una cobertura de nubes moderada, mientras que la instalación sigue siendo mucho más barata y sostenible que un sistema con baterías u otra infraestructura de respaldo.

Un área aún mayor de paneles solares podría proporcionar suficiente energía incluso durante una cobertura de nubes densa, pero aumentar el tamaño del sistema diez veces vuelve a llevar el costo al nivel de un sistema autónomo con baterías. Cuadruplicar el área hace que el sistema vuelva a depender igualmente de los combustibles fósiles.

Muchos electrodomésticos ya tienen baterías

La energía solar directa no excluye el uso de electrodomésticos eléctricos después del atardecer. Como se mencionó, la Living Energy Farm tiene un modesto sistema de baterías que proporciona energía para luces, ventiladores y dispositivos electrónicos después del atardecer, entre otras cosas. ¹⁰ Además, muchos electrodomésticos modernos ya tienen almacenamiento de energía incorporado. Esto es válido para todo tipo de vehículos eléctricos, la mayoría de los gadgets electrónicos y electrodomésticos más antiguos con baterías AA.

Consecuentemente, estos tipos de dispositivos pueden cargarse con energía solar directa durante el día y luego utilizarse durante varias horas después del atardecer gracias a la batería incorporada. Combinado con un banco de energía de ion de litio, un panel solar directo también puede permitir cargar dispositivos USB después del atardecer. Esta estrategia incluso puede funcionar para la iluminación, ya que existen muchas lámparas a batería que se pueden usar como linternas modernas, colgadas en diferentes partes de habitaciones y edificios.

Imagen: Un teléfono móvil funcionando con energía solar directa. Foto: Marie Verdeil.

Por supuesto, externalizar el almacenamiento de energía química en el dispositivo no es la opción más sostenible. La producción de baterías de ion de litio requiere combustibles fósiles y (a diferencia de las baterías de plomo-ácido) no se reciclan. La mejor solución, por supuesto, es reducir el uso de dispositivos eléctricos. Pero cargarlos con energía solar directa es mucho más sostenible y eficiente que a través de otras baterías o una red eléctrica alimentada con combustibles fósiles. Si usamos dispositivos de alta tecnología, preferiblemente de la manera más inteligente posible.

Almacenamiento de energía no eléctrico

Una tercera razón por la cual la energía solar directa es más práctica de lo que parece inicialmente es que algunos electrodomésticos pueden utilizarse después del atardecer gracias al almacenamiento de energía térmica. Esto es mucho más barato y sostenible que el almacenamiento de energía eléctrica. El almacenamiento de energía térmica ya está bastante establecido para sistemas de calefacción de espacios y agua, que almacenan agua calentada por el sol en un calentador aislado o (solo para calefacción de espacios) en el envolvente del edificio. No sorprende que la Living Energy Farm tenga tales sistemas, y la energía solar térmica también proporciona agua caliente en mi apartamento.

Sin embargo, el mismo enfoque también funciona para dos electrodomésticos importantes que necesitan funcionar después del atardecer y también consumen mucha electricidad: la nevera y la cocina. En lugar de almacenar electricidad de un panel solar en una batería para luego alimentar una nevera o cocina después del atardecer, estos electrodomésticos en la Living Energy Farm utilizan aislamiento térmico. Esto mantiene el calor dentro (en el caso de la cocina) o fuera (en el caso de la nevera) cuando no hay suministro de energía. El aislamiento térmico también garantiza una eficiencia energética muy alta, lo que significa que cada uno de estos electrodomésticos puede funcionar con un panel solar de solo 100-200 vatios.

Una nevera alimentada directamente por energía solar

Es perfectamente posible conectar una nevera o congelador convencional directamente a un panel solar, pero dicho electrodoméstico se calentaría muy rápidamente por la noche. Incluso las neveras con las etiquetas de eficiencia energética más altas tienen un grosor de aislamiento relativamente limitado (generalmente 2.5 cm). Sin embargo, si ese grosor de aislamiento se aumenta a aproximadamente 12.5 cm, el consumo de energía de una nevera se reduce en un factor de cuatro. ¹² ¹³ La capacidad de enfriamiento pasivo de una nevera se puede aumentar aún más agregando masa térmica en forma de un tanque de agua dentro del electrodoméstico. Durante el día, el panel solar enfría el agua o la convierte en hielo. Por la noche, este agua fría o hielo retrasa el calentamiento de la nevera. ¹⁴

Una nevera alimentada directamente por energía solar también se abre en la parte superior, no en la parte frontal. El aire frío es pesado, y de esa manera se pierde mucha menos energía cuando alguien abre la puerta. Todas estas elecciones de diseño se suman a una eficiencia energética espectacular. Un estudio de neveras solares directas en regiones muy soleadas (Texas y Nuevo México, EE. UU.) mostró que mantenían su capacidad de enfriamiento durante 6 o 7 días sin suministro de energía. Las unidades operaban durante todo el año con paneles solares de solo 80W a 120W. ¹⁵ La Living Energy Farm alimenta su nevera solar con un panel de 200W. ¹⁰

Imagen: El Sundanzer DDR165. Una nevera diseñada específicamente para funcionar con energía solar directa. Foto: Sundanzer.

A diferencia del calentamiento solar, la refrigeración solar está optimizada para las variaciones estacionales en la radiación solar. La refrigeración requiere más energía en verano, cuando hay más energía solar. La nevera mencionada en Nuevo México registró un consumo de electricidad de 406 vatios-hora por día en verano y solo 230 vatios-hora en invierno. ¹⁶ Además, la tecnología se puede utilizar en toda la cadena de frío, de la cual la nevera doméstica es solo una pequeña (pero esencial) parte. Otra aplicación es la refrigeración del aire, aunque esto está menos investigado y es más desafiante. ¹⁷

Una cocina eléctrica solar directa

En principio, una cocina convencional también se puede conectar directamente a un panel solar, pero al igual que con una nevera convencional, no es muy práctico. Solo se puede cocinar durante el día, y hay que instalar muchos paneles solares. Una sola placa caliente necesita 1,000 vatios de potencia eléctrica. Una cocina eléctrica solar resuelve estos problemas al llenar la placa con aislamiento térmico. La tecnología es básicamente una combinación de una placa de cocina eléctrica y una caja de heno.

Imagen: Prueba de una cocina eléctrica solar. Foto: Universidad Estatal Politécnica de California (Cal Poly).

Gracias al aislamiento térmico, una cocina eléctrica solar acumula lentamente calor durante el día, que luego se puede utilizar para cocinar después del atardecer. De esta manera, puede ser suficiente un suministro de energía mucho menor para alcanzar altas temperaturas. Piensa en ello como “cargar” tu cocina, no con electricidad, sino con calor.

Investigadores de la Universidad Estatal Politécnica de California (Cal Poly) en EE. UU. construyeron la primera cocina eléctrica solar en 2015. Su dispositivo de 12 voltios, que desde entonces ha sido mejorado, solo necesita un panel solar de 100W para funcionar. Hierve un litro de agua en una hora. Con un día completo de luz solar, puede cocinar casi 5 kg de frijoles, arroz, guisos o papas. ¹⁸

Cocinar después del atardecer es posible utilizando una olla con un fondo mucho más grueso (5-10 kg). El equipo de investigación de Cal Poly logró llevar la temperatura de ese almacenamiento sólido de calor a 250°C en cinco horas con un panel solar de 100W. Luego pudieron hervir un litro de agua en tres segundos después del atardecer. En otra prueba, saltearon 1 kg de verduras en dos minutos. La configuración ideal consta de dos ollas: una con almacenamiento de calor y otra sin él. Así, una cocina eléctrica solar puede cocinar tanto lentamente como rápidamente, según la hora del día y el plato. ¹⁹

Imagen: El principio de una cocina eléctrica solar con almacenamiento sólido de calor. Dibujo: Universidad Estatal Politécnica de California (Cal Poly).

¿Térmico o eléctrico?

Al igual que los sistemas de calefacción solar de agua y espacio, la cocina y la refrigeración pueden funcionar tanto con electricidad, a través de paneles fotovoltaicos (PV), como con colectores solares térmicos. Sin embargo, mientras que la calefacción solar de agua y espacio es más rentable y eficiente en términos energéticos sin electricidad, para la refrigeración y la cocción solares sucede lo contrario.

La calefacción de espacios y agua requiere diferencias de temperatura relativamente pequeñas, que pueden proporcionar colectores solares térmicos de bajo costo hechos de placas de vidrio y tuberías de agua. En cambio, la refrigeración y la cocción requieren diferencias de temperatura mayores, lo que implica colectores solares más sofisticados (tubos al vacío o parabólicos) que son más caros que los paneles fotovoltaicos. ²⁰ ²¹

La única excepción es una cocina solar simple, una caja aislada con una tapa de vidrio, pero no puede alcanzar temperaturas tan altas. Además, una cocina eléctrica solar tiene algunas ventajas adicionales. Con un aparato no eléctrico, debes cocinar afuera, lo cual es menos práctico pero también menos eficiente, especialmente en invierno: una cocina solar térmica perderá más calor en el entorno. Una cocina eléctrica solar también es más eficiente en energía porque está aislada por todos lados. También funciona mejor en días nublados y se puede usar después del atardecer. En la Living Energy Farm, la cocina solar parabólica solo se utiliza en condiciones óptimas, con sol pleno y altas temperaturas exteriores.

¿Cuáles son los desafíos técnicos?

Aunque la Living Energy Farm está poniendo en práctica todas estas aplicaciones de energía solar directa, hay algunos desafíos técnicos para aquellos que quieran seguir el mismo camino. Casi toda nuestra tecnología moderna está diseñada para funcionar con un suministro de energía estable e ininterrumpido. No tiene que ser así, pero por ahora, la energía solar directa suele requerir ciertas modificaciones. Un sistema solar directo es mucho más fácil de construir que un sistema autónomo con baterías, pero a menudo requiere modificaciones en el lado del electrodoméstico.

Algunos dispositivos se pueden conectar directamente a un panel solar: basta con conectar los contactos positivos y negativos del panel solar y el dispositivo. Por ejemplo, las máquinas con un motor de corriente continua (DC) toleran grandes fluctuaciones en el suministro de energía. El taller de metal y la maquinaria agrícola en la Living Energy Farm funcionan de esta manera. Si las nubes bloquean el sol, la carga eléctrica combinada puede ser mayor que el suministro de energía de los paneles solares, pero esto no detiene las máquinas. Todos los motores se ralentizarán porque comparten la energía disponible, pero todos continúan haciendo un trabajo útil. ¹⁰ ²²

Lo mismo se aplica a todos los electrodomésticos que funcionan sobre la base de elementos calefactores resistivos, como hervidores, placas calientes o sistemas de calefacción eléctrica. Funcionan independientemente de la potencia o voltaje, simplemente más lentos o más rápidos. Una nevera alimentada directamente por energía solar opera preferiblemente con un compresor de corriente continua variable, que puede ajustar su velocidad según la producción variable de energía solar. ¹⁰ ²³

Muchos otros dispositivos necesitan una entrada de voltaje específica y estable, que generalmente no coincide con lo que produce el panel solar. Esto se puede solucionar colocando un convertidor de corriente continua a corriente continua (un convertidor “buck” o “boost”) entre el panel solar y el dispositivo. Este es un pequeño módulo electrónico que convierte el voltaje fluctuante de un panel solar en un voltaje de salida constante para un dispositivo de bajo voltaje (5V, 12V o superior). ²⁴

Imagen: Experimentos con energía solar directa. Foto: Marie Verdeil.

Si utilizas un inversor además de esto, incluso los electrodomésticos de corriente alterna pueden funcionar directamente con un panel solar. ²⁵ Los convertidores de corriente continua a corriente continua son esenciales para todos los electrodomésticos que contienen componentes electrónicos. Esto es válido para muchos electrodomésticos hoy en día, incluidos aquellos, como lavadoras o cafeteras, que hasta hace poco funcionaban sin electrónica. Esto te ofrece a menudo dos opciones para hacer funcionar tales electrodomésticos con energía solar directa. Puedes instalar un convertidor de corriente continua a corriente continua o modificar el electrodoméstico eludiendo la electrónica.

Manuales de bricolaje y dispositivos comerciales

La mayoría de las aplicaciones de energía solar directa funcionan a bajo voltaje, por lo que puedes hacerlo de forma segura por ti mismo. Low-tech Magazine publicará pronto un manual al respecto. Sin embargo, la Living Energy Farm utiliza corriente continua con voltajes más altos para varias aplicaciones. Ejemplos son las herramientas de la máquina en el taller de metal (90V) y algunas cocinas solares eléctricas potentes (48V, 180V). No es buena idea construir estos sistemas por ti mismo a menos que cuentes con la ayuda de un electricista calificado, ya que estos voltajes pueden provocar accidentes fatales.

Quienes deseen construir sus propias cocinas solares eléctricas (de bajo voltaje) encontrarán manuales completos tanto en Living Energy Farm como en Cal Poly. ²⁶ Los dispositivos se pueden fabricar con materiales simples. El material de aislamiento debe ser ignífugo. Ejemplos de materiales son lana de roca, fibra de vidrio, lana natural o arcilla.

Se pueden utilizar diferentes tecnologías para los elementos calefactores, pero incrustar alambres de nichrome en cemento es la opción más sencilla. Estos cables se pueden obtener de varios electrodomésticos como tostadoras, hornos y placas calientes. En principio, los cables calefactores se pueden sujetar directamente a la olla, pero es más práctico hacer un “nido” calefactado en el que se pueda colocar una olla.

Imagen: Inspirada en el trabajo de Cal Poly, Living Energy Farm también desarrolló varias cocinas solares eléctricas, una de las cuales [ofrecen a la venta a través de su sitio web](https://livingenergylights.com/product/roxy-solar-electric-oven/). El horno Roxy se puede utilizar como placa caliente u horno, por ejemplo, para hornear pan. La puerta también permanece cerrada cuando se utiliza como placa caliente. Esta cocina solar no tiene almacenamiento de energía.

Imagen: El horno Roxy sin la puerta y con el aislamiento de lana de vidrio visible. El dispositivo, fabricado en el taller de metal con energía solar directa, funciona con 48V y requiere un panel solar de 200 a 500 vatios. Living Energy Farm también ofrece el refrigerador solar Sunstar [a la venta en línea](https://livingenergylights.com/product/sunstar-direct-drive-8-cuft-chest-style-refrigerator-freezer/).

¿Desperdicia energía la energía solar directa?

La sostenibilidad de una instalación solar depende no solo de la energía requerida para producir y mantener la infraestructura, sino también de la energía producida por los paneles solares durante su vida útil. Algunas personas argumentarán que el uso directo de la energía solar es inferior a las instalaciones solares convencionales conectadas a la red o alimentadas por baterías en este aspecto.

Después de todo, la aspiradora, la lavadora y el taladro no se utilizan todos los días, y si no hay ningún electrodoméstico conectado, entonces un panel solar no producirá energía. En consecuencia, la cantidad de electricidad producida por el panel disminuirá a lo largo de su vida útil, mientras que la energía necesaria para fabricar el panel permanece igual. Esto hace que la energía de un panel solar directo sea más intensiva en carbono.

Sin embargo, dado que el almacenamiento de energía en baterías (o la alternativa conectada a la red) representa una gran proporción de la energía total invertida, un panel solar independiente puede desperdiciar bastante energía antes de volverse menos sostenible que su contraparte con almacenamiento de batería o conexión a la red.

Además, el uso directo de la energía solar evita las pérdidas de carga y descarga causadas por las baterías, o las pérdidas de energía en la infraestructura de transmisión para los sistemas conectados a la red. Ambos deben ser compensados con paneles solares adicionales. Además, los paneles solares conectados a baterías o a la red también desperdician energía, como consecuencia de la gran diferencia en la producción de energía entre el verano y el invierno.

Maximizando la energía solar directa con servicios colectivos

Sin embargo, es importante maximizar la producción de energía de un panel solar directo. En ese contexto, es útil regresar por un momento al sistema de ejemplo original ubicado en mi balcón. La energía solar directa podría ser una buena adición a este sistema, especialmente para el refrigerador y la cocina. Fue por estos electrodomésticos que concluí en 2016 que era imposible desconectar completamente mi piso de la red.

Sin embargo, Living Energy Farm demuestra que se podría hacer: hay espacio para otros 200 vatios de paneles solares (4 x 50W) en el balcón, suficientes para alimentar tanto un refrigerador como una cocina con aislamiento térmico. No se necesitaría capacidad adicional de batería.

Para otros electrodomésticos, sin embargo, la energía solar directa no sería de mucha utilidad en mi caso. No sería muy eficiente instalar un panel solar adicional para la lavadora o el taladro, ya que solo se utilizan ocasionalmente. Esto parece favorecer a una red eléctrica “inteligente”, porque de esa manera muchos hogares pueden utilizar la misma energía solar: siempre hay alguien que necesita lavar la ropa o taladrar un agujero.

Sin embargo, una red inteligente de este tipo requiere mucha infraestructura, incluso si la energía solar directa se utilizara a esa escala. Puede que no requiera baterías o combustibles fósiles como respaldo, pero sí necesita infraestructura de transmisión y comunicación.

Imagen: Un tocadiscos con energía solar directa. Foto: Marie Verdeil. [Ver el video](https://www.youtube.com/watch?v=_LjSigJv0-0).

La Living Energy Farm demuestra una solución alternativa: la organización comunal de tareas domésticas y trabajo. En lugar de una red eléctrica comunal distribuyendo energía a muchos hogares individuales, podemos establecer servicios colectivos con producción de energía descentralizada.

En el taller comunal de la Living Energy Farm, la energía solar directa se puede utilizar de manera mucho más eficiente que en un taller individual que solo se utiliza ocasionalmente. Una lavandería colectiva en cada calle también utilizaría la energía solar directa de manera mucho más eficiente. Además, ahorramos mucha energía al construir electrodomésticos de esta manera y ganamos mucho espacio.

¿Energía eólica directa?

Esta estrategia se vuelve aún más importante si elegimos no la energía solar directa, sino la energía eólica directa, o una combinación de ambas. La Living Energy Farm se encuentra en una región soleada, pero el mismo enfoque también podría funcionar en lugares ventosos.

Sin embargo, hay una diferencia importante entre la energía solar y la energía eólica. La eficiencia de un panel solar no depende de su tamaño, lo que hace que la energía solar sea ideal para la producción descentralizada de energía. En cambio, la eficiencia de un aerogenerador aumenta más que proporcionalmente a medida que aumenta el diámetro del rotor. Mucho mejor que un aerogenerador por hogar, por lo tanto, es un aerogenerador algo más grande para una comunidad de hogares, por ejemplo, para alimentar una lavandería o taller colectivo.

La vida útil de las baterías de plomo-ácido depende de muchos factores. Si se descargan demasiado profundamente o no se cargan completamente regularmente, la vida útil puede ser inferior a tres años. Por otro lado, una batería de plomo-ácido que apenas se utiliza o no se descarga en absoluto puede durar mucho más de cinco años. Sin embargo, la literatura académica establece una expectativa de vida de tres a cinco años, y esta también ha sido mi experiencia con las baterías que he utilizado desde 2016. Consulte, por ejemplo, “Optimal Sizing and Life Cycle Assessment of Residential Photovoltaic Energy Systems With Battery Storage”, A. Celik, en “Progress in Photovoltaics: Research and Applications”, 2008, y “Energy pay-back time of photovoltaic energy systems: present status and prospects”, E.A. Alsema, en “Proceedings of the 2nd World Conference and Exhibition on photovoltaics solar energy conversion”, julio de 1998. ↩︎
La fabricación de una batería de plomo-ácido (basada en gran medida en materiales reciclados) requiere aproximadamente 1 MJ de energía por vatio-hora de capacidad de almacenamiento. Mi batería de 100 amperios-hora equivale a una capacidad de almacenamiento de 1,200 vatios-hora, y así la energía incorporada es de 1,200 MJ. A lo largo de una vida útil de 30 años, necesitaría seis de estas baterías como máximo, lo que suma un total de 7,200 MJ. Fuente: “Energy Analysis of Batteries in Photovoltaic systems. Part one (Performance and energy requirements)” y “Part two (Energy Return Factors and Overall Battery Efficiencies)” (PDF). Energy Conversion and Management 46, 2005. ↩︎
No se ha investigado mucho sobre la energía incorporada de los controladores de carga. Los datos más relevantes que encontré indican un valor de 1 MJ por vatio de potencia máxima: Kim, Bunthern, et al. “Life cycle assessment for a solar energy system based on reuse components for developing countries.” Journal of cleaner production 208 (2019): 1459-1468. Para una capacidad de 120W (mi controlador de carga tiene una capacidad máxima de 10A x 12V = 120W), esto equivale a 120 MJ. Para la vida útil estimada, encontré valores de 7 y 12.5 años: misma referencia que anteriormente mencioné, así como Kim, Bunthern, et al. “Second life of power supply unit as charge controller in PV system and environmental benefit assessment.” IECON 2016-42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2016. Por lo tanto, hice el cálculo con una vida útil estimada de 10 años. ↩︎
Nawaz, I., and G. N. Tiwari. “Embodied energy analysis of photovoltaic (PV) system based on macro-and micro-level.” Energy Policy 34.17 (2006): 3144-3152. Según esta fuente ampliamente citada, se necesitan 3,500 MJ para producir 1 m2 de panel solar. Mis dos paneles solares juntos miden 0.65 m2, lo que representa un costo total de energía de 2,275 MJ. Una revisión bibliográfica más reciente sitúa el costo energético de la producción de diferentes tipos de paneles solares entre 1,034 y 5,150 MJ/m2. Los estudios más recientes sobre paneles solares de silicio en esta revisión sitúan el costo energético en alrededor de 1,000 MJ/m2, mucho más bajo que la cifra que estoy utilizando. Consultar: Ludin, Norasikin Ahmad, et al. “Prospects of life cycle assessment of renewable energy from solar photovoltaic technologies: A review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 96 (2018): 11-28. ↩︎
Las baterías de iones de litio son mucho más caras que las baterías de plomo-ácido, pero a diferencia de estas últimas, pueden descargarse más profundamente (hasta el 15% de su capacidad total) y tienen una vida útil más larga (de 7 a 10 años). En consecuencia, se necesitan menos y más pequeñas baterías. Teniendo en cuenta estos factores, el costo de por vida de la batería es de 750 euros, en comparación con los 1,020 euros de las baterías de plomo-ácido. Por otro lado, las baterías de iones de litio requieren un controlador de carga más sofisticado y más caro: un controlador de carga de 10A cuesta entre 200 y 600 euros, según la calidad. Suponiendo un precio de 400 euros para el controlador de carga y una vida útil de 10 años tanto para la batería como para el controlador de carga, el almacenamiento de batería representa el 95% del costo total de por vida (un total de 2,070 euros, mucho más que el costo total del sistema con baterías de plomo-ácido). Fuentes: https://www.lithiumion-batteries.com/products/product/12v-50ah-lithium-ion-battery & https://www.lithiumion-batteries.com/products/12v-lithium-ion-battery-chargers/ ↩︎
Aunque la producción de una batería de iones de litio consume más energía que la producción de una batería de plomo-ácido (1.4-1.9 MJ/Wh frente a 1 MJ/Wh), esto se compensa con una vida útil más larga y una mayor capacidad de descarga. El costo energético de las baterías de iones de litio durante una vida útil de 30 años es de aproximadamente 3,000 MJ, significativamente menos que un sistema de baterías de plomo-ácido comparable. En cambio, el controlador de carga contiene electrónica más compleja. Desafortunadamente, no hay datos disponibles sobre el costo energético de dicho controlador de carga. Por lo tanto, no queda más remedio que estimar el costo energético en función del costo financiero, que es de cuatro a doce veces más caro que un controlador de carga para una batería de plomo-ácido. Suponiendo un costo cuatro veces más alto, la energía incrustada del controlador de carga aumenta a 480 MJ, o 1,440 MJ durante un período de 30 años. El costo total de energía para el sistema es entonces de 6,685 MJ, menos que un sistema comparable con baterías de plomo-ácido. De esto, casi el 70% se atribuye al almacenamiento de la batería. ↩︎
Las baterías de níquel-hierro son incluso más grandes y más pesadas que las baterías de plomo-ácido y requieren un mantenimiento regular. Pero pueden descargarse completamente y tienen una vida útil muy larga (20 años). Además, se pueden utilizar con los mismos controladores de carga que las baterías de plomo-ácido. El costo de por vida durante 30 años para la batería es de 750 euros, más barato que las seis baterías de plomo-ácido de capacidad similar. El costo total de por vida para un sistema de batería de níquel-hierro con paneles solares de 100 W es de 1,020 euros, de los cuales el 85% se destina al almacenamiento de energía. Lamentablemente, las baterías de níquel-hierro son difíciles de encontrar, especialmente los modelos más pequeños. Fuentes: https://beyondoilsolar.com/product/nickel-iron-battery-industrial-series/ & https://beyondoilsolar.com/product-category/batteries/nickel-iron/ ↩︎
De hecho, el precio de los paneles solares en una instalación solar algo más grande sería proporcionalmente aún menor. Esto se debe a que los paneles solares con tamaños pequeños (como 50W) son proporcionalmente más caros por vatio de capacidad pico que los paneles solares con tamaños más convencionales (a partir de 250W en adelante). Más o menos lo mismo se aplica al costo energético. ↩︎
https://livingenergyfarm.org ↩︎
Alexis Zeigler, fundador de Living Energy Farm, escribió un libro sobre el proyecto, que está disponible en línea en su totalidad: Empowering Communities. A Practical Guide to Energy Self Sufficiency and Stopping Climate Change. Tambien se puede comprar en formato impreso. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Dado que la energía solar directa no requiere un controlador de carga para cada sistema por separado, dividir un sistema solar no implica costos adicionales ni consumo de energía. ↩︎
La investigación muestra que duplicar el grosor del aislamiento de 2.5 cm (aislamiento estándar) a 5 cm reduce el consumo anual de electricidad de un refrigerador (capacidad de 50 litros) de 250 a 125 kilovatios-hora.¹³ Con un grosor de aislamiento de 10 a 12.5 cm, el consumo de electricidad se reduce a la mitad nuevamente, llegando a alrededor de 60 kilovatios-hora por año. Un aislamiento aún más grueso produce una reducción más pequeña en el consumo de electricidad y ya no resulta atractivo debido a que el aislamiento adicional también aumenta el costo y el tamaño del refrigerador. El estudio se refiere a un refrigerador con energía solar que funciona gracias a un inversor y una batería, siendo menos eficiente en términos de energía que un refrigerador solar directo. ↩︎
Gupta, B. L., Mayank Bhatnagar, and Jyotirmay Mathur. “Optimum sizing of PV panel, battery capacity and insulation thickness for a photovoltaic operated domestic refrigerator.” Sustainable Energy Technologies and Assessments 7 (2014): 55-67. ↩︎ ↩︎
Esta masa térmica puede ser literalmente un recipiente de agua colocado dentro del refrigerador o algunas botellas de agua para beber. Pero el agua también se puede almacenar en depósitos a lo largo del costado del electrodoméstico, detrás de un revestimiento interno que las mantiene en su lugar y las oculta a la vista. El agua tiene una mayor densidad de almacenamiento de calor que el aire, lo que ayuda a mantener la temperatura estable por más tiempo. ↩︎
Ewert, M., et al. “Photovoltaic direct drive, battery-free solar refrigerator field test results.” Proceedings of the solar conference. American solar energy society; American institute of architects, 2002. ↩︎ ↩︎
Esta ventaja sólo se aplica si el refrigerador se instala en una habitación no climatizada. La moderna costumbre de colocar un refrigerador en una cocina climatizada cuando la temperatura exterior en invierno es igual o inferior a la del refrigerador es evidentemente absurdamente derrochadora. Sin embargo, esta ventaja tampoco es válida en países tropicales, donde las temperaturas son altas durante todo el año. ↩︎
El uso de energía solar directa para la refrigeración de espacios no se ha analizado tan exhaustivamente como en el caso de los refrigeradores domésticos. Consulta: Luerssen, Christoph, et al.“Life cycle cost analysis (LCCA) of PV-powered cooling systems with thermal energy and battery storage for off-grid applications.” Applied energy 273 (2020): 115145. Además, es poco probable lograr ahorros de energía igualmente significativos. Un refrigerador siempre está aislado, pero en el caso de una habitación o edificio enfriado por aire, esto no es necesariamente así. Además, un refrigerador se coloca en una habitación donde hay una temperatura estable. Un edificio está sujeto a mayores fluctuaciones de temperatura y también puede ser calentado por radiación solar directa. Por lo tanto, la refrigeración solar directa del aire es mucho más complicada. Consulta: Qi, Ronghui, Lin Lu y Yu Huang. “Parameter analysis and optimisation of the energy and economic performance of solar-assisted liquid desiccant cooling system under different climate conditions.” Energy conversion and management 106 (2015): 1387-1395. ↩︎
Solar Electric Cooking, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Consulta this PowerPoint del mismo autor. ↩︎
Insulated Solar Electric Cooker with Solid Thermal Storage, Andrew McCombs et al., 2022. See also this video. ↩︎
Consulta: Ferreira, Carlos Infante, and Dong-Seon Kim. “Techno-economic review of solar cooling technologies based on location-specific data.” International Journal of Refrigeration 39 (2014): 23-37. ///// Riffat, James, et al. “Development and testing of a PCM enhanced domestic refrigerator with use of miniature DC compressor for weak/off grid locations.” International Journal of Green Energy 19.10 (2022): 1118-1131. ///// Du, Wenping, et al. “Dynamic energy efficiency characteristics analysis of a distributed solar photovoltaic direct-drive solar cold storage.” Building and Environment 206 (2021): 108324. ///// Alsagri, Ali Sulaiman. “Photovoltaic and photovoltaic thermal technologies for refrigeration purposes: an overview.” Arabian journal for science and engineering 47.7 (2022): 7911-7944. ↩︎
Debido a la falta de investigación, no está claro si lo mismo se aplica al consumo de energía incrustada. ↩︎
En ambos casos, sin embargo, es necesario omitir el interruptor del dispositivo, porque la electricidad de corriente continua (CC) produce más calor que la electricidad de corriente alterna (CA). En su lugar, un interruptor externo adecuado puede ayudar, pero al hacerlo, se evita el mecanismo de seguridad del dispositivo, lo cual obviamente representa un riesgo. ¹⁰ Una vez más, esto no tiene que ser así: es técnicamente posible fabricar dispositivos aptos para funcionar con energía solar directa. ↩︎
Un compresor de velocidad fija solo puede utilizar el 50% de la energía solar producida de forma útil, mientras que un compresor de velocidad variable utiliza aproximadamente el 75% de forma útil. ¹⁵ Se necesita un condensador para proporcionar al compresor un impulso de energía durante la fase de arranque. ↩︎
En lugar de un convertidor CC-CC, también puede instalar una pequeña “batería de reserva” y un controlador de carga. Al igual que un convertidor CC-CC, el controlador de carga garantizará un voltaje de salida estable. Además, la pequeña batería puede proporcionar un almacenamiento de energía limitado que puede ser útil para manejar picos cortos en el consumo de energía. Por ejemplo, algunos dispositivos tienen un pico de corriente cuando se cargan. La desventaja de una batería de reserva es que el costo y la energía incorporada aumentan, y los componentes adicionales pueden fallar. Un condensador es una tecnología alternativa para absorber picos de potencia. ↩︎
Sin embargo, el uso de dispositivos de corriente continua de bajo voltaje es mucho más eficiente energéticamente porque los paneles solares también producen corriente continua de bajo voltaje: https://qelnixcor.cloud/2016/04/slow-electricity-the-return-of-dc-power/ ↩︎
Insulated Solar Cooker Construction Manual, Living Energy Farm. Insulated solar electric cooker manual, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Roxy Oven Manual, Living Energy Farm. Video presentation manual solar electric cookers, Alexis Zeigler, Living Energy Farm. Video manual for making heating wires. Thermal heat storage: Insulated Solar Electric Cooker with Solid Thermal Storage, Andrew McCombs et al., 2022. Also see this video. ↩︎

Compresor de aire accionado por humanos

Sun, 09 Jul 2023 00:00:00 +0000

Imagen: Compresor de aire accionado por humanos y sistema de almacenamiento de energía. Foto de Andy Lagzdins.

Cuando miro alrededor de mi taller de motocicletas, las herramientas neumáticas están por todas partes. Desde herramientas manuales como pistolas de impacto, lijadoras, tijeras, sierras y amoladoras hasta equipos grandes que incluyen una cabina de chorreado de arena y una máquina de neumáticos; el aire es una parte vital para realizar una amplia variedad de tareas.

El compresor de aire que he estado utilizando desde la década de 1990 utiliza un motor eléctrico de 220V y 7hp para hacer girar una bomba de aire de dos etapas a 800 rpm, que llena el tanque de 80 galones a 150 psi en unos cinco minutos. Ha sido una máquina muy confiable, hasta el punto en que casi nunca pienso en ella. Solo cuando hay un corte de energía me doy cuenta de cuánto dependo de un suministro constante de aire comprimido.

En un mundo en constante cambio donde la energía económica y confiable en el futuro ya no es una garantía, me propuse construir un sistema para llenar mis tanques de aire sin el uso de electricidad o combustible. Mi diseño estaría libre de electrónica de cualquier tipo, y con un mantenimiento mínimo, los componentes deberían durar toda la vida. Quería usar la mayor cantidad posible de piezas de segunda mano, en un esfuerzo por reducir costos e inspirar el reciclaje y la reutilización.

Componentes

El primer paso fue encontrar un tanque de aire. Encontré un compresor de aire Ingersoll Rand de 80 galones que fue fabricado en 1952. Quité la bomba de aire y el motor eléctrico. La bomba de aire original fue reemplazada por una nueva unidad Speedaire que está calificada para 115 psi y normalmente requiere un motor de ½hp para hacerla funcionar. La bomba está montada en la parte superior del tanque de aire con una placa de acero que se atornilla a la placa del motor original.

En el lugar del motor eléctrico, instalé un eje de acero sólido en rodamientos de almohada auto-centrantes. Este eje sostiene tres poleas de compresor de 20kg utilizadas como volantes para suavizar el funcionamiento. Estas poleas tienen un orificio de 1 ⅜” y tienen un diámetro de 16”. Una sola correa en V de la serie 4L conecta el eje del volante con la bomba de aire.

Imagen: Compresor y poleas del compresor utilizadas como volantes. Foto de Andy Lagzdins.

Imagen: Eje de acero sólido con tres poleas de compresor utilizadas como volantes. Foto de Andy Lagzdins.

Lo siguiente en la agenda fue encontrar una fuente de energía humana para hacer girar los volantes. Encontré una bicicleta de ejercicios Schwinn de la década de 1970 que estaba muy bien construida con casi todos los componentes de acero. La desmonté hasta dejar solo lo esencial e instalé un buje de bicicleta interno de ocho velocidades Sturmey Archer en lugar de la rueda de radios original. Este buje tiene un rango de relaciones de 1:1 a 3.25:1, y los cambios de marcha se realizan utilizando un interruptor selector en el manillar.

Para manejar la fuerza de pedaleo intenso, el conjunto del pedalier se reemplazó con brazos de biela de aleación de Cr-Mo tubular, rodamientos sellados y pedales de plataforma de una bicicleta de carreras BMX. Los manillares y la potencia se reemplazaron con componentes de Cr-Mo para minimizar la flexión durante el uso intensivo, y se utilizan cadenas de bicicleta de la más alta resistencia de 1/8” para garantizar la fiabilidad.

En este punto, la bicicleta y el tanque de aire se alinearon entre sí y se montaron en marcos de madera tratada de 6”x6” en la posición correcta. El piñón de salida de la bicicleta está conectado por otra cadena a un piñón similar en el extremo del eje del volante, y el sistema de transmisión está completo.

Imagen: Una bicicleta de ejercicios Schwinn de la década de 1970. El conjunto del pedalier se reemplazó con brazos de biela de aleación de Cr-Mo tubular, rodamientos sellados y pedales de plataforma de una bicicleta de carreras BMX. Foto de Andy Lagzdins.

Imagen: Buje de bicicleta interno de ocho velocidades Sturmey Archer. Foto de Andy Lagzdins.

Para gestionar el flujo de aire, incorporé un sistema de dos etapas. Un tanque de 10 galones y el tanque de 80 galones están valvulados por separado para que pueda llenar cada uno de forma independiente, ambos juntos o transferir aire de un tanque a otro. Se utilizan manómetros en cada tanque para monitorear las presiones. Cuando el tanque grande se llena inicialmente, lo llevo hasta 50 psi alimentándolo directamente desde la bomba de aire. En ese punto, comienzo a llenar el tanque pequeño por sí solo hasta 100 psi y luego lo vuelco en el tanque grande.

Transmisión de ocho velocidades

La transmisión de ocho velocidades ayuda considerablemente durante el proceso de llenado. Cuando la presión del tanque es baja, la bicicleta se puede pedalear en las marchas más altas. Cuando la presión llega al rango de 70-100 psi, se utilizan las marchas más bajas para superar la resistencia de la bomba de aire.

El proceso de llenado de los tanques vacíos hasta 100 psi requiere de 5 a 10 sesiones de pedaleo por día durante aproximadamente una semana. Cuando estoy ocupado en el taller, subirme a la bicicleta durante un rato es en realidad una buena manera de despejar la mente y en clima frío me calienta y activa mi circulación sanguínea. Puedo poner la bicicleta en marcha baja y pedalear mientras uso mi teléfono o escucho música.

Tener que pedalear para crear el aire comprimido realmente me hace concentrarme en no desperdiciar aire al usar herramientas. También es crucial asegurarse de que no haya fugas sellando todas las conexiones adecuadamente.

Imagen: Herramientas eléctricas de aire comprimido. Imagen de Andy Lagzdins.

Las partes de esta máquina que son más susceptibles al desgaste son las juntas de la bomba de aire, la correa de transmisión y las cadenas, los piñones y la manguera de goma única. Mantengo repuestos de estos elementos a mano para garantizar un funcionamiento sin problemas durante años. Cualquier mantenimiento o reparación se puede realizar con herramientas básicas de mano, y todas las piezas son reparables y reconstruibles.

Un beneficio adicional de usar aire comprimido para energía es el bajo costo de las herramientas neumáticas. La tendencia actual apunta hacia un equipo más alimentado por batería, por lo que las personas están vendiendo sus herramientas neumáticas “anticuadas”. Hay muchos compresores de aire usados en venta que tienen motores o bombas defectuosas, y por lo tanto son bastante económicos. También hay un buen suministro de bicicletas estacionarias usadas; probablemente debido a que las personas las compran con la intención de comenzar un programa de ejercicios pero no siguen adelante con los planes. La próxima modificación será agregar otro tanque de 80 galones para aumentar la capacidad de almacenamiento.

En resumen, los principales beneficios del compresor de aire accionado por bicicleta son: no se necesita energía externa, se puede operar en áreas remotas en cualquier momento, está construido principalmente con componentes reciclados que son fácilmente reconstruibles y no cuesta nada de usar. Los beneficios adicionales son numerosos, y cada vez se descubren más efectos positivos a medida que uso esta máquina. En el núcleo de los resultados se encuentran un cuerpo sano por el pedaleo y una mente sana por pensar de manera innovadora.

Imagen: Compresor de aire accionado por humanos y sistema de almacenamiento de energía. Ilustración de Andy Lagzdins.

Especificaciones:

Tanque de aire principal: 80 galones horizontal, Ingersoll Rand
Tanque de llenado: 10 galones, 125 psi, SnapOn
Bomba de aire: Monofásica, 1hp máximo, 115 psi, Speedaire 40KH94
Bicicleta estática: Schwinn Exerciser
Transmisión: Cubo de engranajes internos de 8 velocidades, Sturmey Archer S80 XRK8
Volantes de inercia: Hierro fundido, diámetro de 16”, orificio de 1 ⅜”
Rodamientos: P207 sellados, autocentrantes, de pie sólido
Correa: Correa en V de la serie 4L
Cadenas: 1/2x1/8 KMC Z1EHX Wide
Válvulas: Válvulas de bola de ½” NPT, de latón
Filtro de aire: Filtro K&N tipo pod, de tela y malla de acero

Video

Observa cómo funciona el compresor de aire accionado por pedal en este video.

Como hacer nuevamente sostenible la energía de biomasa

Sun, 20 Sep 2020 00:00:00 +0000

Imagen: Copas de árboles podadas en Alemania. Imagen: René Schröder (CC BY-SA 4.0).

¿Cómo puede ser sostenible talar árboles?

Abogar por el uso de biomasa como fuente de energía renovable - reemplazando los combustibles fósiles - se ha vuelto un tema controvertido entre los defensores del medio ambiente. Los comentarios que generó el artículo anterior, que discutía el uso de cocinas termoeléctricas, lo demuestran claramente:

“Tal como el film Planeta de los Humanos muestra, la biomasa - o sea, árboles muertos - no es de ninguna manera una fuente renovable, aunque la UE la clasifique de esa forma.”
“¿Cómo puede ser sostenible talar árboles?”
“El artículo no menciona que una cocina a leña produce más CO2 que una planta de carbón, por cada tonelada de leña/carbón quemada”
“Esto es una locura. Quemar árboles para reducir nuestra huella de carbono es un oxímoron.”
“Tan solo la huella de carbón es horrorífica.”
“El mayor problema con quemar algo es que una vez que se lo quema, desaparece para siempre.”
“La única pregunta tonta que puedo agregar a la tontera de esta pieza es, ¿De dónde proviene toda esa madera?”

Al contrario de lo que sugieren estos comentarios, el artículo no propone expandir el uso de biomasa como fuente de energía. Lo que hace es argumentar que se podría aprovechar la actual quema de biomasa – realizada por aproximadamente el 40% de la población mundial actual – para producir electricidad como un producto derivado, adosando un módulo termoeléctrico. Sin embargo, varios usuarios mantuvieron sus críticas luego de leer el artículo más cuidadosamente. Uno de ellos escribió: “Deberíamos intentar eliminar la quema de biomasa, no hacerla más atractiva”.

Aparentemente el enfoque de alta tecnología ha penetrado la mente de los medioambientalistas (urbanos) hasta tal punto, que ven a la biomasa como una fuente de energía intrínsecamente problemática, similar a los combustibles fósiles. Para ser claro, los críticos tienen razón en denunciar las prácticas no sostenibles en la producción de biomasa. Sin embargo, estas son consecuencia de un abordaje “industrial” y relativamente reciente a la silvicultura. Si miramos las prácticas tradicionales de manejo de bosques, resulta claro que la biomasa es una de las fuentes de producción potencialmente más sostenibles del planeta.

Poda de vástagos: obtener madera sin matar al árbol

Hoy en día, la mayoría de la madera se cosecha matando árboles, pero antes de la revolución industrial, se la tomaba de árboles vivos a los que se “recepaba”, cosechando solo sus vástagos. El principio de recepar se basa en la habilidad natural de varios árboles de hoja ancha, de crecer nuevamente a partir de troncos o raíces dañados – daño causado por incendios, viento, nieve, animales, patógenos, o (en laderas) la caída de piedras. La administración del recepado consiste en cortar los árboles a ras del suelo, luego de lo cual la base – el “tocón” – genera nuevos vástagos, resultando en un árbol con múltiples tallos.

Imagen: Un tocón recepado. Crédito: Geert Van der Linden.

Imagen: Conjunto de robles recientemente recepados. Crédito: Henk vD. (CC BY-SA 3.0)

Imagen: Tocones recepados en Surrey, Inglaterra. Crédito: Martinvl (CC BY-SA 4.0)

Cuando pensamos en un bosque, o una plantación de árboles, imaginamos un paisaje cubierto por árboles altos. Sin embargo, hasta principios del siglo veinte, al menos la mitad de los bosques europeos estaban recepados, dándoles una apariencia más similar a arbustos. ¹ El recepado de árboles se remonta a la era de piedra. La gente construía sus viviendas y senderos a través de pantanos, usando miles de ramas del mismo tamaño – tarea que solo podrían realizarse mediante el recepado de árboles. ²

Mapas: La extensión histórica aproximada de los bosques recepados en la República Checa (arriba) y España (abajo). Fuente: \"Coppice forests in Europe\", ver [^1]

Desde entonces, la técnica ha formado parte de la producción de madera no solo en Europa, sino en todo el mundo. El recepado se expandió enormemente durante los siglos dieciocho y diecinueve, cuando el crecimiento poblacional y el auge de la actividad industrial (producción de vidrio, hierro, cerámicas y cal) aumentaron la demanda de madera.

Ciclos de rotación cortos

Dado que los vástagos de un árbol recepado pueden aprovechar su sistema de raíces bien desarrollado, su producción de madera es más rápida que la de un árbol alto. Para ser más precisos: a pesar de que su eficiencia de fotosíntesis es la misma, un árbol alto provee mayor cantidad de biomasa bajo tierra (en las raíces), mientras que uno recepado produce mayor cantidad arriba (en los vástagos) – lo que resulta claramente más práctico para la cosecha. ³ Parcialmente debido a eso, el recepado se basaba en ciclos de rotación cortos, generalmente de entre dos y cuatro años, aunque también se empleaban rotaciones de solo un año, o de hasta 12 años o más.

Imágenes: Tocones recepados con distintos ciclos de rotación. Crédito: Geert Van der Linden.

Gracias a sus ciclos de rotación cortos, los bosques recepados eran una fuente regular y confiable de leña. Se los dividía frecuentemente en una cantidad de areas de acuerdo a la cantidad de años de la rotación planificada. Por ejemplo, si se cosechaban los vástagos cada tres años, el bosque se dividía en tres areas, de las que se cosechaba una por año. Los ciclos de rotación cortos también significaban que el carbón emitido al quemar la leña se absorbía luego de unos pocos años, haciendo esta técnica realmente carbono-neutral. Con ciclos de rotación muy cortos, los nuevos crecimientos podían ser cosechados en el momento en que los viejos ya se habían secado lo suficiente como para poder ser quemados.

La capacidad de regeneración de los tocones de algunas especies se reduce a medida que se vuelven viejos. Luego de varias rotaciones, estos árboles se cosechaban completamente y eran reemplazados por árboles nuevos, o se los cosechaba usando ciclos de rotación más prolongados. Otras especies se regeneran bien sin importar la edad, y pueden proveer vástagos por siglos, especialmente en suelos ricos y con una buena provisión de agua. Algunos árboles recepados han sobrevivido probablemente más de 1000 años.

Biodiversidad

Podemos hablar de “bosque recepado”, o de “plantación recepada”, pero en realidad no se trataba ni de uno ni del otro; quizás algo entre medio. A pesar de ser administrados por humanos, los bosques recepados no destruían el medio ambiente, sino todo lo contrario. Cosechar la madera de árboles vivos, en vez de matarlos, es beneficial para los seres que dependen de ellos. Los bosques recepados pueden tener una biodiversidad mayor que los bosques no administrados, porque contienen siempre areas con diferentes niveles de luz y de crecimiento. Esto no es el caso de las plantaciones industriales, que albergan muy poca vida animal o vegetal, y que tienen ciclos de rotación largos (al menos veinte años).

Imagen: Troncos recepados en los Países Bajos. Credit: K. Vliet (CC BY-SA 4.0)

Imagen: Castaños recepados en Flexham Park, Sussex, England. Crédito: Charlesdrakew, dominio público.

Pero nuestros antecesores también cortaban árboles altos con troncos de gran diámetro, solo que no para leña. Los árboles grandes solo eran “matados” cuando se necesitaban maderas grandes, por ejemplo para construir barcos, edificaciones, puentes o molinos. ⁴ Los bosques recepados podían contener árboles altos (un “recepado con estándares”), a los que se dejaba crecer por décadas, mientras que los otros árboles eran regularmente cosechados. Sin embargo, inclusive estos árboles podían ser parcialmente recepados, por ejemplo cosechando sus ramas.

Árboles multipropósito

La plantación arquetípica promovida por el mundo industrializado consiste en árboles de una única especie, en hileras con intervalos regulares, y provee un único producto – madera para la construcción, pulpa de madera para producir papel, o combustible para plantas de energía. En contraste, en los bosques recepados de tiempos pre-industriales, se le daban múltiples propósitos a los árboles: proveían leña, pero también material para la construcción y alimento para animales.

El tamaño deseado de la madera, dado por el uso que se le daría a los vástagos, determinaba el período de rotación del recepado. No todos los tipos de madera son adecuados para todos los usos, por lo que los bosques recepados contenían frecuentemente árboles de diversas especies y de distintas edades. Del mismo tocón podían también cosecharse vástagos de distintas edades (“recepado selectivo”) y las rotaciones podían cambiar a lo largo del tiempo, dependiendo de las necesidades y prioridades de la actividad económica.

Imagen: Una pequeña arboleda con una mezcla de árboles estándar, recepados, y con su copa podada. Crédito: Geert Van der Linden.

La madera recepada se usaba para construir prácticamente cualquier cosa que fuera necesaria en la comunidad. ⁵ Por ejemplo, los vástagos de sauces jóvenes, que son muy flexibles, se trenzaban para hacer canastas y cajones, mientras que los brotes de castaño, que no se expanden ni contraen luego del secado, se usaban para construir todo tipo de barriles. Los fresnos y sauces cabrunos, de madera recta y resistente, proveían el material para fabricar los mangos de escobas, hachas, palas, rastrillos y otras herramientas.

Los vástagos de avellanos jóvenes se cortaban longitudinalmente, se los intercalaba entre las vigas de las construcciones, y luego se los sellaba con marga y estiércol de vaca, resultando en la llamada construcción bahareque o fajina. Los brotes de avellanos también se usaban para mantener firmes los techos de paja. Los alisos y sauces se usaban como pilotes de cimientos o para reforzar los márgenes de los ríos, dado que pueden mantenerse en buen estado bajo el agua por tiempo prácticamente ilimitado. Pero el uso de los bosques para proveer insumos para la construcción y herramientas no limitaba su capacidad de proveer energía: dado que la madera se usaba mayormente en la misma localidad, al final de su vida útil podía ser usada como leña.

Imagen: Cosechando pienso de hojas en la comuna Leikanger, Noruega. Crédito: Leif Hauge. Fuente: [^19]

Los bosques recepados también proveían comida. Por un lado, para las personas: frutas, frutos del bosque, trufas, nueces, hongos, hierbas, miel y carne de caza. Por el otro, eran una fuente importante de alimento para los animales de granja, y antes de la revolución industrial, muchas ovejas y cabras se alimentaban con “pienso de hojas” ⁶ – con o sin ramas.

Los olmos y fresnos eran algunas de las especies más nutritivas, pero las ovejas recibían también hojas de abedul, avellanos, tilos y hasta robles, y las cabras, de alisos. En las regiones montañosas los caballos, ganado, cerdos y gusanos de seda recibían también pienso de hojas, que se dejaba crecer en rotaciones de tres a seis años, cuando las ramas proveían la mayor relación de hojas por madera. Luego de que los animales comieran las hojas, aún se podía quemar la madera.

Copas y setos podados

Los tocones recepados son vulnerables a los animales de pastoreo, especialmente cuando los vástagos son aún jóvenes, por lo que los bosques recepados eran a menudo protegidos por una cerca, zanja, o setos. En contraste, el podado de copas permitía combinar animales y árboles en la misma tierra. Los árboles se podaban al igual que los recepados, pero a una altura de al menos dos metros, para proteger a los vástagos jóvenes de los animales.

Ilustración: Distintas formas de desramar un árbol. Crédito: Helen J. Read, ver [^1]

Imagen: Árboles con sus copas podadas, en Segovia, Spain. Crédito: [Ecologistas en Acción](https://www.ecologistasenaccion.org/35724/).

Los prados y campos arbolados – mosaicos de pasto y bosque – combinaban el pastoreo con la producción de alimento, leña y/o madera para la construcción, provenientes de árboles con sus copas podadas. Una práctica frecuente era enviar cerdos durante el otoño a los bosques de robles podados, para que pudieran alimentarse de las bellotas caídas. Este sistema fue durante siglos una parte importante de la producción de cerdo en Europa. ⁷ El “huerto de pradera” o “huerto con pastoreo” combinaba el cultivo de frutas y el pastoreo. Los árboles frutales con copa podada proporcionaban sombra a los animales, que no podían alcanzar la fruta, pero fertilizaban el suelo.

Imagen: Bosque o pradera? Algo entre medio. Una \"dehesa\" (granja forestal de cerdos) en España. Crédito: Basotxerri (CC BY-SA 4.0).

Imagen: Ganado pastando entre árboles con copa podada en Huelva, España. (CC BY-SA 2.5)

Imagen: Un huerto de pradera rodeado de setos en Rijkhoven, Bélgica. Credit: Geert Van der Linden.

Mientras que hoy día la agricultura y silvicultura son actividades estrictamente separadas, en el pasado la granja era el bosque y viceversa. Tendría mucho sentido volver a esa combinación, dado que la agricultura y la producción de ganado – y no la producción de madera – son los principales impulsores de la deforestación. Si los árboles proporcionaran comida para los animales, la producción de carne y de lácteos llevaría a la deforestación. Si se pudiera cultivar en un campo con árboles, la agricultura no llevaría a la deforestación. Las granjas-bosques podrían también mejorar las condiciones de los animales, la fertilidad del suelo, y controlar la erosión.

Plantaciones en línea

Extensas plantaciones podían consistir de árboles recepados o de copa podada, y era frecuente que fueran administradas comunalmente. Pero las técnicas de recepado y podado de copa no eran usadas exclusivamente en bosques de grandes dimensiones. Se las usaba también en pequeñas arboledas entre los campos, o junto a casas rurales, en cuyo caso podían ser administradas por cada hogar. Las plantaciones en línea producían una gran cantidad de madera alrededor de las granjas, los campos y praderas, cerca de edificaciones o al costado de caminos, senderos y vías fluviales. En esos casos se podían ver también árboles desramados y arbustos siendo usados como densos setos. ⁸

Imagen: Paisaje con setos en Normandía, Francia, alrededor de 1940. Crédito: W Wolny, dominio público.

Imagen: Plantaciones en línea en Flandes, Bélgica. Detalle del mapa Ferraris, 1771-78.

Aunque las plantaciones en línea se asocian normalmente con los setos en Inglaterra, eran comunes también en vastas áreas de Europa continental. En 1904, el historiador inglés Abbé Mann describió su sorpresa durante un viaje a Flandes (hoy día parte de Bélgica): “Todos los campos están tan rodeados de setos, densos con árboles, que el perfil entero del país, visto desde una cierta altura, parece un bosque continuo”. Una característica típica de la región era la gran cantidad de árboles con copas podadas. ⁸

Al igual que los bosques recepados, las plantaciones en línea tenían usos diversos, y proveían a la gente de leña, madera para la construcción y alimento para los animales. Sin embargo, a diferencia de los bosques recepados, tenían usos adicionales en función de su ubicación. ⁹ Uno de ellos era la separación de terrenos: dejaba a los animales de granja dentro, y a los animales salvajes, o de pastoreo, en los terrenos comunes, del lado de afuera. Había varias técnicas para hacer impenetrables los setos, inclusive para animales pequeños como los conejos. Alrededor de las praderas, se plantaban los setos o árboles de copas podadas (“setos de árboles podados”) muy cerca unos de otros, de forma tal que podían frenar inclusive a los animales grandes, como vacas. Si se entramaban ramas de sauce entre ellos, podían impedir también el ingreso de animales más pequeños. ⁸

Imagen: Detalle de un seto de Tejo. Crédito: Geert Van der Linden.

Imagen: Un seto. Crédito: Geert Van der Linden.

Imagen: Seto de árboles con copas podadas en Nieuwekerken, Bélgica. Crédito: Geert Van der Linden.

Imagen: Tocones recepados en una pradera. Crédito: Jan Bastiaens.

Los árboles y plantaciones en línea también ofrecían resguardo contra el clima. Las plantaciones en línea protegían del viento a los campos, huertas y cultivos de vegetales, evitando la erosión de la tierra y el daño de los cultivos. En climas más cálidos, los árboles también podían proteger a los cultivos del sol y fertilizar la tierra. Los tilos podados, de follaje tupido, se plantaban habitualmente junto a construcciones de fajina para protegerlos del viento, la lluvia y el sol. ¹⁰

Las montañas de estiércol podían ser protegidas por uno o más árboles, previniendo que tan valioso recurso se evaporara debido al sol o al viento. En el patio de un molino de agua, la rueda de agua podía ser protegida por un árbol para prevenir que la madera se expandiera o contrajera en momentos de sequía o inactividad. ⁸

Imagen: Un árbol de copa podada protege la rueda de un molino de agua. Crédito: Geert Van der Linden.

Imagen: Tilos con sus copas podadas protegen una construcción en una granja en Nederbrakel, Bélgica. Crédito: Geert Van der Linden.

La ubicación importa

A lo largo de caminos, senderos y vías fluviales, las plantaciones en línea servían los mismos propósitos – en función de su ubicación – que servían en las granjas. Se conducía al ganado y los cerdos por vías pecuarias marcadas a ambos lados con setos, árboles recepados o con su copa podada. Con la aparición del ferrocarril, las plantaciones en línea sirvieron para evitar las colisiones con animales. Protegían de las inclemencias del clima a los viajantes, y marcaban la ruta para evitar que tanto personas como animales se desviaran del camino en paisajes nevados. Prevenían la erosión del suelo en las márgenes de ríos y en los caminos excavados.

Todas estas funciones podían también ser provistas por cercas de madera “muerta”, que son más fáciles de mover que los setos, requieren menos espacio, no compiten por la luz y comida con los cultivos, y pueden instalarse en poco tiempo. ¹¹ Sin embargo, en épocas y lugares donde la madera era escasa, era preferible (y a veces obligatorio) un seto vivo, que proporcionaba continuamente madera, mientras que una cerca la consumía. Una cerca de madera muerta puede ahorrar madera y espacio en el lugar, pero la madera necesaria para su construcción y mantenimiento debe crecer y ser cosechada en algún otro lugar en las inmediaciones.

Imagen: Seto con árboles podados en Bélgica. Crédito: Geert Van der Linden.

Se maximizaba el uso local de las maderas. Por ejemplo, el árbol plantado junto a la rueda del molino de agua no era cualquier tipo de árbol. Era un cornejo rojo u olmo, cuya madera era la más adecuada para construir los engranajes en el interior del molino. Cuando hacía falta una parte nueva por reparaciones, se cosechaba la madera junto al molino. Asimismo se usaban las plantaciones en línea a lo largo de los caminos de tierra para su mantenimiento. Se usaban atados de vástagos para los cimientos o para rellenar agujeros. Los árboles se recepaban o se podaban sus copas, por lo que podía cumplir sus múltiples funciones al mismo tiempo.

Hoy en día, cuando se aboga por el plantado de árboles, se fijan objetivos en función del área cubierta, o la cantidad de árboles, sin prestar demasiada atención a su ubicación, que podría ser inclusive del otro lado del mundo. Sin embargo, como estos ejemplos muestran, plantar árboles cerca de donde será usada su madera, y en la ubicación correcta, puede optimizar significativamente su potencial.

Marcado por límites

El recepado prácticamente desapareció de las sociedades industriales, mientras que los árboles con copas podadas aún pueden verse en parques y en las calles. Sus recortes, que en otros tiempos servían de sustento a comunidades enteras, ahora se consideran productos residuales. Si el recepado funcionó tan bien, por qué se abandonó su uso como fuente de energía, materiales y comida? La respuesta es simple: los combustibles fósiles. Nuestros antecesores dependían del recepado porque no tenían acceso a combustibles fósiles; nosotros no dependemos del recepado porque sí lo tenemos.

Nuestros antecesores dependían del recepado porque no tenían acceso a combustibles fósiles; nosotros no dependemos del recepado porque sí lo tenemos

Los combustibles fósiles han desplazado a la madera como fuente de energía y materiales. El carbón, gas y petróleo reemplazaron a la leña en la cocina, calefacción del hogar y del agua, y en los procesos industriales basados en energía térmica. El metal, concreto y los ladrillos, materiales disponibles desde hace siglos, se volvieron alternativas viables a la madera solo luego de que su producción fuera posible con combustibles fósiles, que también nos proporcionaron los plásticos. Los fertilizantes artificiales, productos de combustibles fósiles, aumentaron la oferta y el transporte global de alimentos para animales, volviendo obsoleto el pienso de hojas. La mecanización de la agricultura, facilitada por combustibles fósiles, permitió el cultivo en lotes mucho más grandes, y llevó a la eliminación de los árboles y de las plantaciones en línea en las granjas.

Menos obvio, pero igual de importante, es que los combustibles fósiles transformaron la silvicultura misma. La cosecha de la madera, su procesamiento y transporte dependen hoy en día fuertemente de los combustibles fósiles, mientras que en otros tiempos se basaban enteramente en energía humana y animal, que a su vez proviene del consumo de biomasa. Fueron las limitaciones de estas fuentes de energía, de hecho, las que dieron lugar y forma al recepado a lo largo del mundo.

Imagen: Cosechando madera de árboles con sus copas podadas en Bélgica, 1947. Crédito: Zeylemaker, Co., Nationaal Archief (CCO)

Imagen: Transportando leña en el País Vasco. Fuente: Notes on pollards: best practices' guide for pollarding. Gipuzkoaka Foru Aldundía-Diputación Foral de Giuzkoa, 2014.

La madera se cosechaba y procesaba a mano, usando herramientas simples como cuchillos, machetes, corquetes, hachas, y (más tarde) sierras y serruchos. Como el trabajo necesario para cosechar los árboles a mano aumenta con el diámetro del tronco, era más conveniente y económico cosechar varias ramas, en vez de talar un par de árboles grandes. Adicionalmente, no había necesidad de dividir la madera recepada luego de su cosecha. Los vástagos se cortaban con una longitud aproximada de un metro, y se los ataba en haces, fáciles de manipular manualmente.

Fueron las limitaciones de estas fuentes de energía, de hecho, las que dieron lugar y forma al recepado a lo largo del mundo.

Para transportar la leña, nuestros antepasados dependían de carros tirados por animales, transitando caminos en general en mal estado. Esto significaba que, a menos que se los transportara por agua, la leña debía cosecharse en un radio de como mucho 15 a 30 kilómetros del lugar donde sería usada. ¹² Más allá de esas distancias, la cantidad de energía animal requerida para el transporte era mayor que la de la leña transportada, y hubiera tenido más sentido usar el campo para crecer la madera y no para alimentar al animal de carga. ¹³ Había algunas excepciones a esta regla. Algunas actividades industriales, como la producción de hierro o potasa, podían mudarse a bosques más distantes, dado que transportar hierro o potasa era más económico que transportar la leña necesaria para su producción. Sin embargo, en general los bosques recepados (y por supuesto, las plantaciones en línea) se encontraban en las inmediaciones de los asentamientos donde se emplearía su madera.

En resumen, el recepado surgió en un contexto con límites. Dado su crecimiento rápido y las diversas posibilidades de empleo del espacio, permitía maximizar la provisión de madera local en un área determinada. El uso de ramas pequeñas hacía su cosechado y transporte tan conveniente y económico como era posible.

¿Puede mecanizarse el recepado?

A partir del siglo veinte, la cosecha de madera se ha realizado con Motosierras, y desde los 80, cada vez más con vehículos poderosos que, en solo minutos, pueden talar árboles enteros y cortarlos en el mismo lugar. Los combustibles fósiles también permitieron mejor la infraestructura de transporte, dándonos acceso a reservas de madera que hasta entonces eran inalcanzables. En consecuencia, la leña puede cultivarse hoy en día en un lugar, y transportarse al otro extremo del mundo para su consumo.

El uso de combustibles fósiles agrega emisiones de carbono a lo que solía ser una actividad carbono-neutral. Pero mucho más importante es que ha llevado la producción de madera a una escala mucho más grande y menos sustentable. ¹⁴ El transporte usando combustibles fósiles destruyó la conexión entre oferta y demanda que existía en la silvicultura regional. Si la provisión de madera es limitada, una comunidad no tenía otra opción que lograr un balance entre el cosechado y la capacidad de regeneración del bosque. Si no, se arriesgaban a quedarse sin leña, madera para construir, o pienso de hoja, y debía ser abandonada.

Imagen: Plantaciones de sauces recepados, cosechados mecánicamente. Poco tiempo luego del recepado (derecha), crecimiento de 3 años (izquierda). Crédito: Lignovis GmbH (CC BY-SA 4.0).

El cosechado enteramente mecanizado ha llevado a la silvicultura a una escala que es incompatible con las prácticas forestales sustentables. Nuestros antepasados no cortaban árboles enteros para leña, porque no era económicamente viable. Hoy en día la industria hace exactamente eso, porque gracias a la mecanización, es la opción más rentable. Comparado con la industria forestal, donde un trabajador puede cosechar hasta 60m3 de madera en una hora, el recepado es extremadamente labor intensivo. En consecuencia, no puede competir en un sistema económico que promueve el reemplazo de la labor humana por máquinas alimentadas con combustibles fósiles.

El recepado no puede competir en un sistema económico que promueve el reemplazo de la labor humana por máquinas alimentadas con combustibles fósiles.

Algunos científicos e ingenieros intentaron solucionar esto, empleando máquinas para cosechar árboles recepados. ¹⁵ La mecanización, sin embargo, no es fácil. El uso de máquinas solo resulta práctico y rentable en terrenos relativamente grandes de cultivo (> 1 ha), con árboles de la misma edad y especie, cosechados con un único propósito (generalmente, leña para producir energía). Tal como hemos visto, esto excluye otras formas posible de administración del recepado, tal como árboles de usos múltiples y plantaciones en línea. Si uno agrega el uso de combustibles fósiles para su transporte, el resultado es un tipo de manejo industrial del recepado que ofrece pocas ventajas.

Imagen: Árboles recepados a lo largo de un arroyo en 's Gravenvoeren, Bélgica. Crédito: Geert Van der Linden.

El manejo sostenible de los bosques es esencialmente local y manual. Esto no significa que debamos repetir el pasado para hacer sostenible nuevamente el uso de biomasa. Por ejemplo, la distancia a las fuentes de madera puede ser mayor si usamos medios de transporte de bajo consumo energético, como bicicletas de carga o teleféricos, que pueden operarse sin necesidad de combustibles fósiles. Las herramientas manuales también mejoraron mucho en términos de eficiencia y ergonomía. Podríamos usar inclusive motosierras con biocombustibles – un uso mucho más realista que en motores de vehículos. ¹⁶

El pasado vive

Este artículo comparó la producción industrial de biomasa, con las formas históricas de manejo de bosques en Europa, pero la realidad es que no necesitamos mirar al pasado para encontrar inspiración. El 40% de la población mundial consiste en gente en sociedades de bajos recursos, que aún queman madera para cocinar, calentar el agua o el hogar. En vez de consumir madera producida industrialmente, obtienen su leña de la misma forma que empleábamos en tiempos pasados, aunque las especies de árboles y las condiciones del entorno puedan ser bastante distintas. ¹⁷

Un estudio de 2017 calculó que el consumo de madera por parte de gente en sociedades “en desarrollo” – representando el 55% de la cosecha de madera, y entre el 9 y 15% de la energía consumida globalmente – es responsable por entre un 2 y 8% de los impactos climáticos de causa antropocéntrica. ¹⁸ ¿Por qué tan poco? Porque de acuerdo a los científicos, en sociedades en desarrollo, alrededor de dos tercios de la madera se cosecha en forma sostenible. La gente recolecta principalmente madera muerta, crecen una gran cantidad fuera de los bosques, aplican recepado y poda de copas, y prefieren darle usos múltiples a los árboles, que son demasiado valiosos como para ser cortados. Los motivos son los mismos que los de nuestros antepasados: la gente no tiene acceso a combustibles fósiles, y por lo tanto deben limitarse a la madera de procedencia local, que debe ser cosechada y transportada manualmente.

Imagen: Mujer africana transportando leña. (CC BY-SA 4.0)

Estos números confirman que la biomasa de por si no es el problema. Si el resto de la humanidad viviera como lo hace el 40% que aún quema biomasa regularmente, no tendríamos una crisis climática. Lo que es realmente insostenible es un estilo de vida con alto consumo energético. Claramente no podemos sostener una sociedad industrial de alta tecnología usando únicamente bosques recepados y plantaciones en línea. Pero lo mismo es cierto para cualquier otra fuente de energía, incluyendo el uranio o los combustibles fósiles.

Múltiples referencias: Unrau, Alicia, et al. Coppice forests in Europe. University of Freiburg, 2018. // Notes on pollards: best practices’ guide for pollarding. Gipuzkoako Foru Aldundia-Diputación Foral de Gipuzkoa, 2014. // A study of practical pollarding techniques in Northern Europe. Report of a three month study tour August to November 2003, Helen J. Read. // Aarden wallen in Europa, in “Tot hier en niet verder: historische wallen in het Nederlandse landschap”, Henk Baas, Bert Groenewoudt, Pim Jungerius and Hans Renes, Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, 2012. ↩︎
Logan, William Bryant. Sprout lands: tending the endless gift of trees. WW Norton & Company, 2019. ↩︎
Holišová, Petra, et al. “Comparison of assimilation parameters of coppiced and non-coppiced sessile oaks”. Forest-Biogeosciences and Forestry 9.4 (2016): 553. ↩︎
Perlin, John. A forest journey: the story of wood and civilization. The Countryman Press, 2005. ↩︎
La mayor parte de esta información proviene de una publicación Belga (en idioma Holandés): Handleiding voor het inventariseren van houten beplantingen met erfgoedwaarde. Geert Van der Linden, Nele Vanmaele, Koen Smets en Annelies Schepens, Agentschap Onroerend Erfgoed, 2020. For a good (but concise) reference in English, see Rotherham, Ian. Ancient Woodland: history, industry and crafts. Bloomsbury Publishing, 2013. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
A pesar de que el pienso de hoja se usaba a lo largo de toda Europa, era particularmente empleado en las regiones montañosas, como Escandinavia, los Alpes o los Pirineos. Por ejemplo, en 1850, 1,3 millones de cabras en Suecia consumieron un total de 190 millones de fajos de hojas caídas al año, provenientes de árboles no perennes, generalmente con sus copas podadas. Cosechar pienso de hoja precede el uso de heno como comida de invierno. Las ramas pueden cortarse con herramientas de piedra, mientras que hacen falta herramientas de bronce o de hierro para cortar paste. Mientras que el recepado y podado de copas solía realizarse en el invierno, el pienso de hojas se cosecha lógicamente en el verano. Atajos de pienso de hoja solían dejarse para secar sobre los árboles con copas podadas. Referencias: Logan, William Bryant. Sprout lands: tending the endless gift of trees. WW Norton & Company, 2019. // A study of practical pollarding techniques in Northern Europe. Report of a three month study tour August to November 2003, Helen J. Read. // Slotte H., “Harvesting of leaf hay shaped the Swedish landscape”, Landscape Ecology 16.8 (2001): 691-702. ↩︎
Wealleans, Alexandra L. “Such as pigs eat: the rise and fall of the pannage pig in the UK”. Journal of the Science of Food and Agriculture 93.9 (2013): 2076-2083. ↩︎
Información obtenida de varias publicaciones en idioma Holandés: Handleiding voor het inventariseren van houten beplantingen met erfgoedwaarde. Geert Van der Linden, Nele Vanmaele, Koen Smets en Annelies Schepens, Agentschap Onroerend Erfgoed, 2020. // Handleiding voor het beheer van hagen en houtkanten met erfgoedwaarde. Thomas Van Driessche, Agentschap Onroerend Erfgoed, 2019 // Knotbomen, knoestige knapen: een praktische gids. Geert Van der Linden, Jos Schenk, Bert Geeraerts, Provincie Vlaams-Brabant, 2017. // Handleiding: Het beheer van historische dreven en wegbeplantingen. Thomas Van Driessche, Paul Van den Bremt and Koen Smets. Agentschap Onroerend Erfgoed, 2017. // Dirkmaat, Jaap. Nederland weer mooi: op weg naar een natuurlijk en idyllisch landschap. ANWB Media-Boeken & Gidsen, 2006. // Una buena fuente en Inglés es: Müller, Georg. Europe’s Field Boundaries: Hedged banks, hedgerows, field walls (stone walls, dry stone walls), dead brushwood hedges, bent hedges, woven hedges, wattle fences and traditional wooden fences. Neuer Kunstverlag, 2013. // Si las plantaciones en línea se usaban principalmente para la producción de madera, los árboles se plantaban a cierta distancia unos de otros, recibiendo más luz, y por lo tanto aumentando la producción de madera. Si se las usaba principalmente como barreras entre lotes, entonces se los plantaba más cerca unos de otros. Esto reducía el tamaño de la cosecha, pero incentivaba un crecimiento más espeso. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
De hecho, los bosques recepados pueden tener también una función dada por su ubicación: podían ubicarse en los alrededores de una ciudad o asentamiento, y formar un obstáculo impenetrable para atacantes, vengan a pie o a caballo. No podían ser destruidos fácilmente con dispares, a diferencia de una pared. Fuente: ⁵ ↩︎
Los Tilos se usaba inclusive para prevenir incendios. Se los plantaba al lado de los hornos para prevenir que las chispas llegaran a las pilas de leña, heno, o a los techos de paja. Fuente: ⁵ ↩︎
El hecho de que los setos y árboles sean más difíciles de mover que las cercas de madera muerta y los postes, también tiene ventajas prácticas. En Europa, y hasta la era Francesa, no había registros de tierra, y los límites se marcaban físicamente sobre el terreno. El trabajo del topógrafo quedaba sellado con el plantado de un árbol, mucho más difícil de mover en forma sigilosa que un poste o una cerca. Fuente: ⁵ ↩︎
Y en caso de poder transportarla distancias mayores por agua, la madera debía ser cosechada unos 15 a 30 km del río o la costa. ↩︎
Sieferle, Rolf Pieter. The Subterranean Forest: energy systems and the industrial revolution. White Horse Press, 2001. ↩︎
Para ver distintas escalas de la producción de madera: Jalas, Mikko, and Jenny, Rinkinen. “Stacking wood and staying warm: time, temporality and housework around domestic heating systems”, Journal of Consumer Culture 16.1 (2016): 43-60. // Rinkinen, Jenny. “Demanding energy in everyday life: insights from wood heating into theories of social practice.” (2015). ↩︎
Vanbeveren, S.P.P., et al. “Operational short rotation woody crop plantations: manual or mechanised harvesting?” Biomass and Bioenergy 72 (2015): 8-18. ↩︎
Sin embargo, las motosierras tiene efectos adversos en algunas especies de árboles, tales como una reducción del crecimiento, o la transmisión de enfermedades. ↩︎
Múltiples fuentes que tratan sobre prácticas forestales tradicionales en África: Leach, Gerald, and Robin Mearns. Beyond the woodfuel crisis: people, land and trees in Africa. Earthscan, 1988. // Leach, Melissa, and Robin Mearns. “The lie of the land: challenging received wisdom on the African environment.” (1998) // Cline-Cole, Reginald A. “Political economy, fuelwood relations, and vegetation conservation: Kasar Kano, Northerm Nigeria, 1850-1915.” Forest & Conservation History 38.2 (1994): 67-78. ↩︎
Múltiples referencias: Bailis, Rob, et al. “Getting the number right: revisiting woodfuel sustainability in the developing world.” Environmental Research Letters 12.11 (2017): 115002 // Masera, Omar R., et al. “Environmental burden of traditional bioenergy use.” Annual Review of Environment and Resources 40 (2015): 121-150. // Study downgrades climate impact of wood burning, John Upton, Climate Central, 2015. ↩︎