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Manteniendo Algunas Luces Encendidas: Redefiniendo la Seguridad Energética

Tue, 16 Jan 2024 00:00:00 +0000

Mantener un suministro constante de algo que es finito es imposible. Imagen: [Camilla MP](https://www.flickr.com/photos/dieknochenblume/8454004839/in/photolist-nJrNa3-z9St6d-vicpX8-bjNYMa-CNWajb-PKUbFu-8TqWZX-qzaoch-r3Gb3J-28jYUV3-p3gMD1-snwVj-2chyArN-4ehCVH-cWuLz-dT3Z78-pnFKK9-5qGDSP-hxU2d7-24uoKVs-f7CoCe-93ZqZQ-jPMVaK-T4yoN-4HiX59-97Kq68-23hFdSw-jE59uD-9aFpr7-68DbEo-NvymKZ-335BtT-8RtT65-a6Jut4-nt2zNy-qrkSGP-HPM9ee-bcdyA2-5Fy731-FGSpvq-eqKSpH-8jGFmq-qcFSw4-6USSog-dJEYby-jk3JQ2-7BMzWV-jetX2F-hLnHJy-5SHzAW).

A medida que una sociedad depende más de las fuentes de energía para su funcionamiento diario, se vuelve más vulnerable si se interrumpe el suministro de energía. Este hecho evidente se ignora en las estrategias actuales para lograr la seguridad energética, volviéndolas contraproducentes.

¿Qué es la Seguridad Energética?

¿Qué significa para una sociedad tener “seguridad energética”? Aunque existen más de cuarenta definiciones diferentes del concepto, todas comparten el criterio fundamental de que el suministro de energía siempre debe satisfacer la demanda de energía. Esto también implica que el suministro de energía debe ser constante, sin interrupciones en el servicio. ¹ ² ³ ⁴ Por ejemplo, la Agencia Internacional de Energía (AIE) define la seguridad energética como “la disponibilidad ininterrumpida de fuentes de energía a un precio asequible”, el Departamento de Energía y Cambio Climático de EE. UU. (DECC) define el concepto como “los riesgos de interrupción en el suministro de energía son bajos”, y la UE lo define como un “suministro estable y abundante de energía”. ⁵ ⁶ ⁷

Históricamente, la seguridad energética se lograba asegurando el acceso a bosques o turberas para la energía térmica y a fuentes de energía mecánica como humana, animal, eólica o hidráulica. Con la llegada de la Revolución Industrial, la seguridad energética pasó a depender del suministro de combustibles fósiles. Como concepto teórico, la seguridad energética está estrechamente relacionada con las crisis del petróleo de la década de 1970, cuando embargos y manipulaciones de precios limitaron el suministro de petróleo a las naciones occidentales. Como resultado, la mayoría de las sociedades industrializadas aún acumulan reservas de petróleo equivalentes a varios meses de consumo.

Aunque el petróleo sigue siendo tan vital para las economías industriales como lo era en la década de 1970, principalmente para el transporte y la agricultura, ahora se reconoce que la seguridad energética en las sociedades modernas también depende de otras infraestructuras, como las que suministran gas, electricidad e incluso datos. Además, estas infraestructuras están interconectándose cada vez más y dependen unas de otras. Por ejemplo, el gas es un combustible importante para la producción de energía, mientras que ahora se requiere que la red eléctrica opere los gasoductos. Las redes eléctricas son necesarias para ejecutar las redes de datos, y ahora las redes de datos son necesarias para ejecutar las redes eléctricas.

Las redes eléctricas son necesarias para operar las redes de datos, y las redes de datos son necesarias para operar las redes eléctricas.

Este artículo investiga el concepto de seguridad energética centrándose en la red eléctrica, que se ha vuelto tan vital para las sociedades industriales como el petróleo. Además, la electrificación se considera una forma de disminuir la dependencia de los combustibles fósiles, como los vehículos eléctricos, las bombas de calor y los aerogeneradores.

La “seguridad” o “confiabilidad” de una red eléctrica se puede medir con precisión mediante indicadores de continuidad como la “Probabilidad de Pérdida de Carga” (LOLP) y el “Índice de Duración Promedio de Interrupción del Sistema” (SAIDI). Utilizando estos indicadores, solo se puede concluir que las redes eléctricas en las sociedades industriales son muy seguras. Por ejemplo, en Alemania, la electricidad está disponible el 99,996% del tiempo, lo que corresponde a una interrupción del servicio de menos de media hora por cliente al año.⁸ Incluso los países con peor rendimiento en Europa (Letonia, Polonia, Lituania) tienen escasez de suministro de sólo ocho horas por cliente al año, lo que corresponde a una confiabilidad del 99,90%.⁸ La red eléctrica de EE. UU. se encuentra entre estos valores, con interrupciones de suministro de menos de cuatro horas por cliente al año (confiabilidad del 99,96%).⁹

¿Qué tan segura es una red eléctrica renovable?

En la operación actual de las infraestructuras, el paradigma es que los consumidores podrían y deberían tener acceso a tanta electricidad, gas, petróleo, datos o agua como deseen, en cualquier momento que lo deseen y durante el tiempo que lo deseen. El único requisito es que paguen la factura. Mirando al sector eléctrico, esta visión de la seguridad energética es bastante problemática, por varias razones. En primer lugar, la mayoría de las fuentes de energía de las que se produce electricidad son finitas, y mantener un suministro constante de algo finito es, por supuesto, imposible. A largo plazo, la estrategia para mantener la seguridad energética está destinada a fracasar. A corto plazo, puede alterar el clima y provocar conflictos armados.

La Agencia Internacional de Energía (AIE), creada tras la primera crisis del petróleo a principios de la década de 1970, fomenta el uso de fuentes de energía renovable para diversificar el suministro de energía y mejorar la seguridad energética a largo plazo. Un sistema de energía renovable no depende de importaciones extranjeras de energía ni es vulnerable a manipulaciones en los precios del combustible, que son las principales preocupaciones en una infraestructura energética basada en gran medida en los combustibles fósiles. Por supuesto, los paneles solares y las turbinas eólicas tienen vidas útiles limitadas y deben fabricarse, lo que también requiere recursos que podrían provenir del extranjero o que pueden agotarse. Pero, una vez instalados, los sistemas de energía renovable son “seguros” de una manera y por un período de tiempo que los combustibles fósiles (y la energía atómica) no lo son.

Las fuentes de energía renovable plantean desafíos fundamentales para la comprensión actual de la seguridad energética.

Además, la energía solar y eólica brinda mayor seguridad en cuanto a fallos físicos o sabotajes, aún más cuando la producción de energía renovable está descentralizada. Las plantas de energía renovable también tienen emisiones de CO2 más bajas, y los eventos climáticos extremos causados por el cambio climático representan un riesgo para la seguridad energética. Sin embargo, a pesar de todas estas ventajas, las fuentes de energía renovable plantean desafíos fundamentales para la comprensión actual de la seguridad energética. Lo más importante es que las fuentes de energía renovable con mayor potencial, como el sol y el viento, solo están disponibles intermitentemente, según el clima y las estaciones. Esto significa que la energía solar y eólica no cumplen con el criterio que todas las definiciones de seguridad energética consideran esencial: la necesidad de un suministro ininterrumpido e ilimitado de energía.

Imagen: [Eduard Bezembinder](https://www.flickr.com/photos/bezembinder/3560945758/in/photolist-6qEM7w-7urQui-iSeKZ-8VjqeD-dUgKQ-e4ybCy-eke2Zk-ekeCdc-eke4NV-qBE1z-6Dfw5n-68EJKh-ekk6Rs-qBE2V-NqkS-oWp8Du-psYQc1-pCDop-5JSFFH-9fr321-oguPbE-6pZ6MT-dZ9YLx-vhpHJb-3oeLdu-69J2h1-7hatWp-d26CpQ-27dVzAC-5BEpZz-sUBfz-7B8zeq-HkygG-bHhG5R-2UoYjD-bRCZnx-o1e2oL-4LcBmy-69vhwD-ekz9ec-bLqreV-5jtvAp-2GUCLK-GpCny7-s36gn-dy6aBU-8moRHP-8rrRxd-5BJJyC-8KdmGR).

La fiabilidad de una red eléctrica con un alto porcentaje de energía solar y eólica estaría significativamente por debajo de los estándares actuales de continuidad del servicio. ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ ¹⁴ En una red eléctrica renovable de este tipo, el suministro de energía las 24 horas, los 7 días de la semana, solo se puede mantener a costos muy elevados, ya que requiere una infraestructura extensa para el almacenamiento de energía, la transmisión de energía y la capacidad de generación excedente. Esta infraestructura adicional corre el riesgo de hacer que una red eléctrica renovable sea insostenible, porque, por encima de un cierto umbral, la energía de los combustibles fósiles utilizada para construir, instalar y mantener esta infraestructura se vuelve más alta que la energía de los combustibles fósiles ahorrada por los paneles solares y las turbinas eólicas.

Las fuentes de energía renovable como el viento y el sol tienen ventajas que las definiciones actuales de seguridad energética no capturan

La intermitencia no es la única desventaja de las fuentes de energía renovable. Aunque muchos medios de comunicación y organizaciones medioambientales han pintado un panorama de la energía solar y eólica como fuentes abundantes de energía (“El sol entrega más energía a la Tierra en una hora de la que el mundo consume en un año”), la realidad es más compleja. El suministro “bruto” de energía solar (y eólica) es realmente enorme. Sin embargo, debido a su muy baja densidad de potencia, para convertir este suministro de energía en una forma útil, los paneles solares y las turbinas eólicas requieren magnitudes de espacio y materiales mucho mayores en comparación con las plantas de energía térmica, incluso si se incluye la extracción y distribución de combustibles. ¹⁵ Por lo tanto, una red eléctrica renovable no puede garantizar que los consumidores tengan acceso a tanta electricidad como deseen, incluso si las condiciones meteorológicas son óptimas.

¿Qué tan seguro es un sistema de energía fuera de la red?

Las políticas energéticas actuales relacionadas con la electricidad intentan conciliar tres objetivos: un suministro ininterrumpido e ilimitado de energía, la asequibilidad de los precios de la electricidad y la sostenibilidad ambiental. Una red eléctrica basada principalmente en combustibles fósiles y energía nuclear no puede lograr el objetivo de la sostenibilidad ambiental y solo puede alcanzar los otros objetivos siempre y cuando los proveedores extranjeros no corten los suministros o aumenten los precios de la energía (o mientras no se agoten las reservas nacionales o internacionales).

Sin embargo, una red eléctrica renovable tampoco puede conciliar estos tres objetivos. Para lograr un suministro ininterrumpido las 24 horas, los 7 días de la semana, la infraestructura debe ser sobredimensionada, lo que la hace cara e insostenible. Sin esa infraestructura, una red eléctrica renovable podría ser asequible y sostenible, pero nunca podría ofrecer un suministro ilimitado las 24/7. En consecuencia, si queremos una infraestructura de energía que sea asequible y sostenible, necesitamos redefinir el concepto de seguridad energética y cuestionar el criterio de un suministro de energía ilimitado e ininterrumpido.

Si miramos más allá de las típicas infraestructuras centralizadas a gran escala en las sociedades industriales, queda claro que no todos los sistemas de provisión ofrecen un suministro ilimitado de recursos. La microgeneración fuera de la red, la producción y almacenamiento local de electricidad mediante baterías y paneles solares fotovoltaicos o aerogeneradores, es un ejemplo. En principio, los sistemas fuera de la red pueden dimensionarse de manera que estén “siempre encendidos”. Esto se puede lograr siguiendo el “método del peor mes”, que sobredimensiona la capacidad de generación y almacenamiento para que el suministro pueda satisfacer la demanda incluso durante los días más cortos y oscuros del año.

Ajustar el suministro a la demanda en todo momento hace que un sistema fuera de la red sea muy costoso e insostenible, especialmente en climas con alta estacionalidad

Sin embargo, al igual que en una imaginaria red de energía renovable a gran escala, ajustar el suministro a la demanda en todo momento hace que un sistema fuera de la red sea muy costoso e insostenible, especialmente en climas con alta estacionalidad. ¹⁶ ¹⁷ ¹⁸ Por lo tanto, la mayoría de los sistemas fuera de la red se dimensionan según un método que busca un equilibrio entre confiabilidad, costo económico y sostenibilidad. El “método de dimensionamiento de la probabilidad de pérdida de carga” especifica un número de días al año en los que el suministro no coincide con la demanda. ¹⁹ ²⁰ ²¹ En otras palabras, el sistema se dimensiona no sólo según una demanda de energía proyectada, sino también según el presupuesto disponible y/o el espacio disponible.

Imagen: [Stephen Yang / The Solutions Project](https://www.flickr.com/photos/149368236@N06/33068752693/in/photolist-Sob15v-bBnpyx-keyKG-cuaVX3-nuP1zk-U2eVh7-cuaWEf-pskKMf-cuaswE-p27cJW-cu9SQu-cuaMky-mCLFCt-ajiCfB-4AFrsp-943usV-TyoqrN-pu9HK-erKVcJ-aYHgDT-7zrUXc-tQv77b-6xot6g-baF4gg-Xjymka-qHgAkg-ii2jys-9eD7tj-9fJDFi-Ge2Mn-guUowg-amvdKB-cvDZ15-79wfLn-c6XjSS-ddFjjF-9KYuQV-8Zp8z6-guV3wK-9P1nHp-q5c2cz-9RCRVu-cD8w4d-9YDNzC-7ehy1e-4obYkG-8tkNMS-cvDZru-4obYtN-23Aqhr).

Dimensionar un sistema de energía fuera de la red de esta manera genera reducciones significativas de costos, incluso si se reduce un poco la “confiabilidad”. Por ejemplo, un cálculo para una casa fuera de la red en España muestra que disminuir la confiabilidad del 99.75% al 99.00% produce una reducción del 60% en los costos, con beneficios similares para la sostenibilidad. El suministro se interrumpiría durante 87.6 horas al año, en comparación con las 22 horas en el sistema de mayor confiabilidad. ¹⁶

Según la comprensión actual de la seguridad energética, los sistemas de energía fuera de la red dimensionados de esta manera son un fracaso: el suministro de energía no siempre satisface la demanda de energía. Sin embargo, aquellos que viven fuera de la red no parecen quejarse de la falta de seguridad energética, al contrario. Hay una razón simple para esto: adaptan su demanda de energía a un suministro de energía limitado e intermitente.

En su libro de 2015 Off-the-Grid: Re-Assembling Domestic Life, Phillip Vannini y Jonathan Taggart documentaron sus viajes por Canadá para entrevistar a alrededor de 100 hogares fuera de la red. ²² Entre sus observaciones más importantes se encuentra que aquellos que viven fuera de la red de manera voluntaria utilizan menos electricidad en general y se adaptan rutinariamente a su demanda de energía según el clima y las estaciones.

Quienes viven fuera de la red de manera voluntaria utilizan menos electricidad en general y se adaptan rutinariamente a su demanda de energía según el clima y las estaciones.

Por ejemplo, las lavadoras, aspiradoras, herramientas eléctricas, tostadoras o consolas de videojuegos no se usan en absoluto o solo se utilizan durante períodos de abundante energía, cuando las baterías ya no pueden almacenar más carga. Si el cielo está nublado, quienes viven fuera de la red actúan de manera diferente para consumir menos energía y tener algo más para el día siguiente. Vannini y Taggart también observan que quienes viven fuera de la red de manera voluntaria parecen sentirse perfectamente satisfechos con niveles de iluminación o calefacción diferentes a los estándares que muchos en el mundo occidental han llegado a esperar. A menudo, esto se manifiesta en la concentración de actividades alrededor de fuentes de calor y luz más localizadas. ²²

Observaciones similares se pueden hacer en lugares donde las personas, de manera involuntaria, dependen de infraestructuras que no están siempre en funcionamiento. Si las redes centralizadas de agua, electricidad y datos están presentes en países menos industrializados, a menudo se caracterizan por interrupciones regulares e irregulares en el suministro. ²³ ²⁴ ²⁵ Sin embargo, a pesar de la muy baja confiabilidad de estas infraestructuras, según los indicadores comunes de continuidad, la vida continúa. Las rutinas diarias en los hogares se adaptan a las interrupciones de los sistemas de suministro, que se perciben como normales y una parte en gran medida aceptada de la vida. Por ejemplo, si la electricidad, el agua o Internet solo están disponibles durante ciertas horas del día, las tareas domésticas u otras actividades se planifican en consecuencia. Además, las personas utilizan menos energía en general: la infraestructura simplemente no permite un estilo de vida intensivo en recursos. ²³

Más confiable, ¿menos seguro?

La muy alta “confiabilidad” de las redes eléctricas en las sociedades industriales se justifica mediante el cálculo del “valor de la carga perdida” (VOLL), que compara la pérdida financiera debido a las escaseces de energía con los costos adicionales de inversión para evitar estas escaseces. ¹ ¹⁰ ²⁶ ²⁷ ²⁸ ²⁹ Sin embargo, el valor de la carga perdida depende en gran medida de cómo esté organizada la sociedad. Cuanto más dependa de la electricidad, mayores serán las pérdidas financieras debido a las escaseces de energía.

Las definiciones actuales de seguridad energética consideran que la oferta y la demanda no están relacionadas y se centran casi por completo en asegurar la oferta de energía. Sin embargo, las formas alternativas de infraestructuras energéticas, como las descritas anteriormente, demuestran que las personas se adaptan y ajustan sus expectativas a un suministro de energía limitado y no siempre disponible. En otras palabras, la seguridad energética se puede mejorar no solo aumentando la confiabilidad, sino también reduciendo la dependencia de la energía.

Imagen: Terminal de almacenamiento de gas natural. [Jason Woodhead](https://www.flickr.com/photos/woodhead/7150825737/in/photolist-bTTRmV-85JomL-jysSQn-fw7gTZ-5Jkm2T-eDueWy-ohYc4x-fFxZCm-eD8VG8-eDfhqy-8pCnxZ-qPTdqx-22WNtVf-fFybmb-fFxRVG-fFyhCf-mGNU1p-24mDPG2-8efS2s-fFguSX-nN4pMi-fFgpjT-6br69i-hVGdgU-9DSQQ5-cDwVt-EqVP-dp7vJX-fwmwQh-oHAfHH-fFy6QS-fFgvS8-aaCofJ-fFxW5L-agEkAL-eDfonE-fFgrrn-eD9m9a-PLLffy-fFggcX-fFgka6-nRdzs-fFgwFH-88JrU8-nN4epz-2atchc9-nN523B-24mDNL4-2atciAb-GFzRM).

La demanda y la oferta también están interconectadas y se influyen mutuamente en sistemas eléctricos 24/7, pero con el efecto opuesto. Al igual que las infraestructuras de energía “no confiables” fuera de la red fomentan estilos de vida menos dependientes de la electricidad, las infraestructuras “confiables” fomentan estilos de vida que dependen cada vez más de la electricidad.

Las sociedades industriales con redes eléctricas “confiables” son, de hecho, las más débiles y frágiles frente a las interrupciones en el suministro.

En su libro de 2018 Infrastructures and Practices: the Dynamics of Demand in Networked Societies, Olivier Coutard y Elizabeth Shove argumentan que un suministro de energía ilimitado e ininterrumpido ha permitido que las personas en las sociedades industriales adopten una multitud de tecnologías dependientes de la energía, como lavadoras, aires acondicionados, refrigeradores, puertas automáticas o acceso a Internet móvil las 24 horas del día, los 7 días de la semana, que se vuelven “normales” y centrales para la vida cotidiana. Al mismo tiempo, formas alternativas de hacer las cosas, como lavar la ropa a mano, almacenar alimentos sin electricidad, mantenerse fresco sin aire acondicionado o navegar y comunicarse sin teléfonos móviles, han desaparecido o están desapareciendo.

Como resultado, la seguridad energética es, de hecho, mayor en los sistemas de energía fuera de la red y en infraestructuras de energía central “no confiables”, mientras que las sociedades industriales son las más débiles y frágiles frente a las interrupciones en el suministro. Lo que generalmente se asume como una prueba de seguridad energética, un suministro de energía ilimitado e ininterrumpido, en realidad está volviendo a las sociedades industriales cada vez más vulnerables a las interrupciones en el suministro: las personas carecen cada vez más de las habilidades y la tecnología para funcionar sin un suministro continuo de energía.

Redefiniendo la seguridad energética

Para llegar a una definición más precisa de la seguridad energética, es necesario definir el concepto no en términos de commodities como kilovatios-hora de electricidad, sino en términos de servicios energéticos, prácticas sociales o necesidades básicas. ¹ Las personas no necesitan electricidad en sí misma. Lo que necesitan es almacenar alimentos, lavar la ropa, abrir y cerrar puertas, comunicarse entre sí, moverse de un lugar a otro, ver en la oscuridad, y así sucesivamente. Todas estas cosas se pueden lograr ya sea con o sin electricidad, y en el primer caso, con más o menos electricidad.

Definida de esta manera, la seguridad energética no se trata solo de asegurar el suministro de electricidad, sino también de mejorar la resiliencia de la sociedad, de manera que dependa menos de un suministro continuo de energía. Esto incluye la resiliencia de las personas (¿tienen las habilidades para hacer cosas sin electricidad?), la resiliencia de dispositivos y sistemas tecnológicos (¿pueden manejar un suministro intermitente de energía?), y la resiliencia de las instituciones (¿es legal operar una red eléctrica que no está siempre encendida?). Dependiendo de la resiliencia de la sociedad, una interrupción del suministro eléctrico puede o no conducir a una interrupción de los servicios energéticos o prácticas sociales.

Por ejemplo, aunque nuestro sistema de distribución de alimentos depende de una cadena de frío que requiere un suministro continuo de energía, existen muchas alternativas. Podríamos adaptar los refrigeradores a un suministro eléctrico irregular aislando mucho mejor, podríamos reintroducir bodegas frías (que mantienen los alimentos frescos sin electricidad), o podríamos volver a aprender métodos antiguos de almacenamiento de alimentos, como la fermentación. También podríamos mejorar las habilidades de las personas en términos de cocina fresca, cambiar a dietas basadas en ingredientes que no necesitan almacenamiento en frío y fomentar las compras diarias locales en lugar de viajes semanales a grandes supermercados.

Para mejorar la seguridad energética, debemos volver menos confiables las infraestructuras.

Si examinamos la seguridad energética de manera más integral, teniendo en cuenta tanto la oferta como la demanda, rápidamente queda claro que la seguridad energética en las sociedades industriales sigue deteriorándose. Seguimos delegando cada vez más tareas a máquinas, computadoras e infraestructuras a gran escala, aumentando así nuestra dependencia de la electricidad. Además, Internet se está volviendo tan esencial como la red eléctrica, y tendencias como la computación en la nube, el Internet de las cosas y los vehículos autónomos se basan en varias capas interconectadas de infraestructuras que operan de manera continua.

Imagen: Una línea eléctrica abandonada.[Miura Paulison](https://www.flickr.com/photos/paulisson_miura/10318768955/in/photolist-gHQovz-kCLi9r-82pqq6-f4539G-6i3Aih-5m5G9b-6RkZvr-6V6k85-2b9wdNP-4DvxJx-WfvmJT-5CGLgF-5C1ojh-eANWrM-kjDG4Z-9QKWz-DnnTH9-ntvKWL-82sxbf-UssMS3-deJRBD-d6qh1S-5C1ooU-tkcYLj-MpbqCB-84zF9u-5CM5d7-5CM51J-82ppX6-a1H2sr-Rd9o59-a1LEed-6W3He9-VCD56X-bg3vgT-5BW5CT-82sxDb-2b1hTxi-6hpZ1g-8d19tj-qm9Cy-cgpx3-gszM15-eANtbt-MpbCWK-98h2dj-7HyrGe-5md8aD-d9fLdq-2cyGoSv).

Porque la demanda y la oferta se influyen mutuamente, llegamos a una conclusión contraintuitiva: para mejorar la seguridad energética, necesitamos hacer que la red eléctrica sea menos confiable. Esto fomentaría la resiliencia y la sustitución, haciendo que las sociedades industriales sean menos vulnerables a las interrupciones en el suministro. Coutard y Shove argumentan que “tendría sentido prestar más atención a las oportunidades de innovación que surgen cuando los grandes sistemas de red se debilitan y abandonan, o cuando se vuelven menos confiables”. Añaden que las experiencias de quienes viven sin conexión a la red “brindan algunas ideas sobre los tipos de configuración en juego”. ³⁰

Argumentar a favor de un suministro eléctrico menos confiable seguramente generará controversia. De hecho, la frase “Mantener las luces encendidas” se utiliza a menudo para justificar reformas energéticas como la construcción de más plantas atómicas o mantenerlas en funcionamiento más allá de sus vidas útiles planificadas. Para lograr una seguridad energética real, “mantener las luces encendidas” debería ser reemplazado por frases como “mantener algunas de las luces encendidas”, “¿cuáles luces deberíamos apagar a continuación?” o “¿qué tiene de malo un poco más de oscuridad?”. ³¹ Obviamente, un suministro de energía menos confiable traería cambios fundamentales a las rutinas y tecnologías, ya sea en hogares, fábricas, sistemas de transporte o redes de comunicación – pero ese es precisamente el punto. Las formas de vida actuales en las sociedades industriales simplemente no son sostenibles.

Este artículo fue originalmente escrito para el Centro de Demanda del Reino Unido.

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Al-Rubaye, Mohannad Jabbar Mnati, and Alex Van den Bossche. “Decades without a real grid: a living experience in Iraq.” International Conference on Sustainable Energy and Environment Sensing (SEES 2018). 2018. https://biblio.ugent.be/publication/8566224 ↩︎
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Schröder, Thomas, and Wilhelm Kuckshinrichs. “Value of lost load: an efficient economic indicator for power supply security? A literature review.” Frontiers in energy research 3 (2015): 55. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2015.00055/full ↩︎
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¿Como diseñar un mercante a vela para el siglo 21?

Tue, 11 May 2021 00:00:00 +0000

En alta mar a boro del velero *Garthsnaid*. Vista desde la jarcia. Foto de Allan C. Green, alrededor de 1920.

Los veleros son un ejemplo de sostenibilidad “de manual”. Durante al menos 4.000 años, los buqes a vela han transportado pasajeros y carga por los mares y océanos de la tierra sin consumir siquiera una gota de combustibles fósiles. Si queremos seguir viajando y comerciando globalmente en una sociedad de bajas emisiones de carbono, los veleros son la alternativa lógica a los actuales buques mercantes, bien sean portacontenedores o cargueros y también a los aviones.

Sin embargo los mercantes a vela no son, por definición, una tencnología neutra en emisiones de carbono. Durante la mayor parte de la historia, los buques a vela fueron construidos en madera, pero entonces bosques enteros eran talados para esos barcos y esos árboles a menudo no volvían a crecer. Al final del siglo diecinueve y principios del veinte los buques a vela empleaban cada vez más el acero, material que también tiene una significativa huella de carbono.

La neutralidad en carbono de la vela en el siglo 21 es aún más esquiva. Esto se debe a que la humanidad ha cambiado profundamente desde la Era de los Grandes Veleros. Comparado con nuestros antecesores, hemos aumentado nuestras exigencias de seguridad, confort, comodidad y limpieza. Estas nuevas exigencias son difíciles de conseguir a menos que el barco cuente con un motor y un generador diesel a bordo.

El renacimiento del transporte a vela

El transporte marítimo a vela ha tenido un modesto renacimiento en la última década, especialmente en lo que a mercancías se refiere. En 2009 la compañía Holandesa Fairtransport empezó a transportar carga entre Europa y América con el Tres Hombres, un velero mercante construido en 1943. La compañía continúa su actividad a la hora de escribir este artículo y tiene un segundo barco en servicio desde 2015, el Nordlys (construido en 1873).

Desde entonces otros se han unido a la actividad del transporte a vela. En 2016 la compañía alemana Timbercoast empezó a enviar carga con el Avontuur, un buque construido en 1920. ¹ En 2017, la francesa Blue Schooner Company empezó a transportar mercancías entre Europa y América con el Gallant, un velero construido en 1916. ² Todos estos barcos a vela fueron construidos en los siglos diecinueve o veinte y restaurados en una fecha posterior. Sin embargo, un renacimiento de la marina a vela no puede basarse sólo en veleros históricos, porque no hay suficientes. ³

El Noach, construido en 1857.

En el momento de escribir este artículo, hay al menos dos veleros de carga en desarrollo que están siendo construidos desde cero: el Ceiba y el EcoClipper500. El primero está siendo construido en Costa Rica por una compañía llamada Sailcargo. Está construido en madera e inspirado en un velero Finlandés del siglo veinte. El segundo está siendo diseñado por una compañía llamada EcoClipper y liderada por uno de los fundadores de la holandesa FairTransport, Jorne Langelaan. Su EcoClipper500 es una réplica en acero de un Clipper Holandés de 1857: el Noach.

“Los diseños tradicionales no son necesariamente mejores”, dice Jorne Langelaan, “pero cuando se usa un diseño probado, uno puede estar seguro de sus prestaciones. Un diseño nuevo es más una apuesta; además en los siglos 20 y 21 la tecnología de los veleros ha evolucionado hacia diseños más veloces, lo que es una historia completamente diferente a los veleros que tienen que ser capaces de llevar mercancías.”

Los barcos a vela son más económicos

Estos dos barcos – uno en construcción y otro en fase de diseño – tienen el potencial de hacer el transporte marítimo mucho más económico de lo que es hoy en día. Esto es porque tienen mucha más capacidad de carga que los buques a vela que están operando actualmente. Un barco un poco más grande aumenta su capacidad de carga más que proporcionalmente.

El EcoClipper500 es una réplica a tamaño real del Noach.

El Ceiba, de 46 metros de eslora, está propulsado por 580 m2 de vela y puede llevar 250 toneladas de carga. El EcoClipper500 con 60 metros de eslora está propulsado por casi 1,000 m2 de tela y puede cargar 500 toneladas. En comparación, el Tres Hombres no es mucho más pequeño con 32 metros de eslora, pero sólo puede llevar 40 toneladas de carga – doce veces menos que el EcoClipper500. Un barco más grande es también más rápido y ahorra mano de obra. El Tres Hombres necesita siete tripulantes, mientras que el EcoClipper500 sólo lleva una dotación ligeramente superior con 12 tripulantes.

Análisis del ciclo de vida de un buque a vela

Aunque el EcoClipper500 está todavía en fase de diseño, será el protagonista de este artículo. El motivo es que la compañía realizó un estudio del ciclo de vida del velero antes de construirlo. ⁴ Por lo que yo se, este es el primer estudio que se hace del ciclo de vida de un buque. El estudio desvela que se producen unas 1.200 toneladas de carbono para construir el barco.

La mitad de esas emisiones se generan durante la producción del acero y aproximadamente un tercio de las mismas se generan en los procesos de trabajo del acero y otras actividades del astillero. Pinturas basadas en disolventes así como los sistemas eléctricos y electrónicos suman cada uno aproximadamente un 5% de las emisiones. Las emisiones producidas durante la fabricación de las velas no están incluidas porque no hay datos científicos disponibles, pero una cálculo aproximado (para velas basadas en fibra de aramida) muestra que su contribución total a la huella de carbono es muy baja. ⁵

El EcoClipper500 tiene una huella de carbono de dos gramos por tonelada y kilómetro, lo que es cinco veces inferior que la huella de carbono de un portacontenedores convencional.

Si estas 1.200 toneladas de emisiones fueran distribuidas durante un ciclo de vida estimado en 50 años, entonces el EcoClipper500 tendría una huella de carbono de unos 2 gramos de CO2 por tonelada-kilómetro de carga, concluye el investigador Andrew Simons, quien ha hecho el cálculo del ciclo de vida del barco. Esto es aproximadamente cinco veces menos que la huella de carbono de un portacontenedores convencional (10 gramos de CO2/tonelada-kilómetro) y tres veces menos que la huella de carbono de un carguero (6 gramos de CO2/tonelada_kilómetro). ⁶

Mirando a popa desde la arboladura del 'Parma' en fondeo. Alan Villiers, 1932-33. El trabajo de Villiers recoge con fidelidad el periodo marítimo histórico del inicio del siglo 20, cuando los veleros mercantes o Grandes Veleros estaban en rápida desaparición.

Transportar una tonelada de mercancías una distancia de 8.000km (aproximadamente la distancia entre el Caribe y Holanda) produciría 16 kg de carbono con el EcoClipper500, comparado con los 80 de un portacontenedores o los 48 de un carguero. Las proporciones son similares si consideramos otros factores ambientales como el agotamiento de ozono, ecotoxicidad, polución del aire y demás.

Aunque el velero lidera por un margen destacado, puede que no sea tan grande como parece. Primero porque, como Simons explica, hay motivos de escala. Un portacontenedores o carguero tiene la misma ventaja sobre el EcoClipper500 que el EcoClipper500 tiene sobre el Tres Hombres. Puede llevar mucha más carga – de media 50.000 toneladas en lugar de 500 toneladas – y requiere una tripulación sólo ligeramente mayor, de unas 20-25 personas. ⁷

Segundo, los buques propulsados por combustibles fósiles son más rápidos que los veleros, lo que significa que se necesitan menos barcos para transportar una cierta cantidad de carga en un periodo de tiempo dado. El diseño original en el que se basa el EcoClipper500 navegó entre Holanda e Indonesia entre 65 y 78 días, mientras que un portacontenedores lo hace en aproximadamente la mitad de tiempo (acortando por el Canal de Suez).

Construyendo una flota de veleros

Hay dos formas de bajar aún más las emisiones de carbono de los veleros en comparación con los portacontenedores o los graneleros. Una es construir los veleros en madera en lugar de acero, como el Ceiba. Si se vuelven a plantar los árboles cortados (cosa que han prometido los constructores del Ceiba), ese barco podría incluso considerarse como un colector de carbono.

Sin embargo, hay buenas razones por las que el EcoClipper500 se construirá en acero: la intención de la compañía es construir no sólo uno, si no una flota de veleros. Jorne Langelaan: “Hay muy pocos astilleros que pueden producir barcos de madera hoy en día. El acero permite construir una flota en un periodo de tiempo menor.”

Un posible compromiso sería una construcción híbrida, en la que un esqueleto de acero es recubierto en un fondo, costados y cubierta de madera. Andrew Simons: “Esto reduciría la huella de carbono de la construcción a la mitad. También sería posible hacer las superestructuras y algunas de las secciones de los mástiles y arboladura en madera en lugar de acero.”

Rociones sobre la cubierta principal del 'Parma'. Alan Villiers, 1932-33.

En el futuro, otra posibilidad de disminuir las emisiones de carbono por tonelada-kilómetro de un velero sería construirlos aún más grandes. Mientras el EcoClipper500 tiene una mayor capacidad de carga que los buques a vela en funcionamiento actualmente, está muy lejos de los gandes veleros jamás construidos.

Veleros históricos como el Great Republic (5,000 tonnes), el Parma (5,300 tonnes), el France II (7,300 tonnes), y el Preussen (7,800 tonnes), medían más de 100 metros de eslora y podían llevar más de 10 veces la carga del EcoClipper500. Langelaan ya sueña con un EcoClipper3000.

Pasajeros

La mayor parte de los buques mercantes que viajan por el mundo hoy en día pueden también aceptar pasajeros. A plena carga, el EcoClipper500 lleva 12 tripulantes, 12 pasajeros y 8 alumnos (pasajeros que están aprendiendo a navegar). Si la cubierta superior no se usa para carga, otros 28 alumnos pueden embarcar, así el velero puede llevar hasta 60 personas a bordo (con una disminución en el volumen de carga: 480 m3 en lugar de 880 m3).

La huella de carbono de los pasajeros asciende a 10 g por pasajero-km, comparado con los aproximadamente 100 g por pasajero-km en un avión.

En consecuencia, y como los transatlánticos han desaparecido, el EcoClipper500 también se convierte en una alternativa al avión. Según los resultados del estudio del ciclo de vida, la huella de carbono de los pasajeros en el EcoClipper500 ascendría a 10 gramos por pasajero-kilómetro, comparado con los aproximadamente 100 gramos por pasajero-kilómetro en un avión. Transportar un pasajero produce las mismas emisiones de carbono que llevar una tonelada de carga.

¿Motor o no?

Muy importante: el estudio del ciclo de vida del EcoClipper500 asume que no lleva motor diesel a bordo. En un velero, el motor diesel puede servir para dos cosas, que se pueden combinar. Primero, permite propulsar el barco cuando no hay viento o las velas no se pueden emplear, por ejemplo entrando o saliendo de puerto. Segundo, combinado con un alternador, un motor diesel puede producir electricidad para las necesidades de a bordo.

A lo largo de la historia el consumo de energía a bordo de un velero no era muy problemático. Había lumbre de leña para cocinar y calentarse y había velas y lámparas de aceite para la iluminación. No había neveras para conservar los alimentos, no había duchas ni lavadoras o lavaplatos, ni instrumentos electrónicos para la navegación o las comunicaciones ni bombas eléctricas para emplear en caso de vías de agua o fuego a bordo.

Sin embargo, hoy en día tenemos estándares más altos en seguridad, salud, higiene, confort térmico y comodidades. El problema es que estos elevados estándares son más difíciles de conseguir cuando el barco no cuenta con un motor que consume combustibles fósiles. Los sistemas modernos de calefacción, de cocina, calentadores de agua, neveras, congeladores, iluminación, equipo de seguridad e instrumentos electrónicos, todos necesitan energía para funcionar.

Tripulante del 'Parma' con un modelo de su barco. Alan Villiers, 1932-33.

Los veleros actuales suelen emplear un motor diesel para producir esa energía (y para propulsar el barco si fuese necesario). Un ejemplo es el Avontuur de Timbercoast, que cuenta con un motor de 300 HP, un generador de 20 kW, y un tanque de gasoil de 2,330 litros. Los grandes buques-escuela y veleros de crucero tienen varios motores y generadores a bordo. Por ejemplo el Brig Morningster de 48m de eslora tiene un motor de 450 HP y tres generadores con una capacidad total de 100 kW, mientras que el Bark Europa de 56m de eslora tiene dos motores de 365 HP con tres generadores y quema cientos de litros de combustible al día.

Dependiendo de la forma de vida de la gente a bordo, las emisiones por pasajero-kilómetro pueden llegar o incluso superar el nivel de un avión.

Obviamente, las emisiones y otros contaminantes de estos motores tienen que tenerse en cuenta cuando se calcula la huella ecológica de un viaje a vela. Dependiendo de la forma de vida de la gente a bordo, las emisiones por pasajero-kilómetro pueden llegar o incluso superar el nivel de un avión. Hasta cierto punto, el consumo eléctrico a bordo también aumenta las emisiones de la carga transportada.

Consumo de energía a bordo de un velero

El EcoClipper500 no tiene motor diesel a bordo, lo que es una segunda razón por la que interesarnos por este barco. Obviamente, un velero sin motor no puede continuar su viaje cuando no hay viento. Esto se puede fácilmente resolver “a la antigua”: el EcoClipper500 se queda parado hasta que el viento vuelve. Un barco sin motor también necesita remolcadores – que normalmente consumen combustibles fósiles – para entrar y salir de los puertos. En el EcoClipper500, estos servicios de remolcadores suponen 0.3 g/tkm de la huella total de carbono de 2 g/tkm.

Sin un motor diesel, el barco tiene que generar toda la energía que se necesita a bordo de fuentes de energía locales, y esta es la parte difícil. La energía renovable es intermitente y tiene baja densidad energética comparada con los combustibles fósiles, lo que implica que se necesita más espacio para generar una cantidad de energía dada, cosa aún más problemática en el mar que en tierra.

Renovando el calafateado en la popa del 'Parma'. Alan Villiers, 1932-33.

Para hacer el EcoClipper500 autosuficiente en terminos energéticos se tomó desde el inicio la decisión de diseño de tratar de disociar el uso de energía del consumo eléctrico. Esto tiene mucha importancia en el caso de la calefacción, que no podía generarse empleando bombas de calor eléctricas. El barco contará a bordo con una estufa de pellets como fuente de calor y un biodigestor -empleado por primera vez en un barco- para convertir residuos humanos y de la cocina en gas para cocinar. El aislamiento térmico del buque es otra prioridad.

De todas formas, incluso con la estufa de pellets, el biodigestor (ambos necesitan electricidad para funcionar) y el aislamiento térmico, el consumo eléctrico del barco puede llegar a los 50 kilovatios-hora cada día (media de consumo de 2 kwh) . Este sería un escenario muy pesimista, con el barco navegando en aguas frías y 60 personas a bordo. El consumo energético disminuiría en un clima más cálido o con menos tripulación a bordo. En una emergencia el consumo energético puede aumentar hasta los 8 kw, necesitandose 24 kvh de suministro en tres horas.

Hidrogeneradores

¿Cómo se podría producir toda esta energía? Los paneles solares y los aerogeneradores son sólo una parte de la solución. Producir 50 kwh de energía por día requeriría al menos 100 metros cuadrados de paneles solares, un espacio que no está disponible en un velero de 60 metros. La fragilidad de los paneles y la sombra de las velas complica aún más la cosa. Se podrían también instalar aerogeneradores en el aparejo, pero su capacidad de generación también es limitada. El bajo potencial de la energía solar y eólica se demuestra en el barco Avontuur antes mencionado: tiene un generador de 20 kw, movido por el motor diesel, pero sólo 2.1 kw de paneles solares y 0.8 kw de generadores eólicos.

El hidrogenerador es la única fuente de energía renovable que puede proporcionar a un gran buque la suficiente electricidad como para emplear tecnología moderna a bordo.

El hidrogenerador es la única fuente de energía renovable que puede proporcionar a un gran buque la suficiente electricidad como para emplear tecnología moderna a bordo. Los hidrogeneradores se montan bajo el casco y funcionan en el sentido opuesto a las hélices del motor. En lugar de que la hélice haga moverse al barco, el movimiento del barco hace girar la hélice que mueve un generador que produce electricidad. A pesar de su nombre y aspecto el hidrogenerador es una fuente de energía eólica: las velas mueven las hélices. Obviamente esto sólo es posible cuando el barco navega a suficiente velocidad.

Recogiendo vela en la verga de mayor del Parma. Alan Villiers, 1932-33.

El EcoClipper500 estará equipado con dos grandes hidrogeneradores, de los que Simons ha calculado la capacidad de generación a distintas velocidades, teniendo en cuenta que el freno que suponen reducirá algo la velocidad del barco. Su conclusión es que el EcoClipper500 tiene que navegar a una velocidad de al menos 7.5 nudos para generar la suficente electricidad. A esa velocidad los hidrogeneradores producirían 2.000 vatios de energía, lo que supondría más o menos unos 50 kwh de electricidad cada día (24 horas de navegación).

A una velocidad de 4.75 nudos los generadores producirían 350 vatios, lo que supondrían 8.4 kwh de suministro en 24 horas – sólo una sexta parte de la energía necesaria. Por el contrario, a velocidades superiores los hidrogeneradores producirán más electricidad de la necesaria: a una velocidad de casi 10 nudos generarían 120 kwh/día, a 12 nudos serían 182 kwh/día – 3.5 veces más de lo necesario.

Baterías de agua salada

En función de su velocidad de casco, el EcoClipper500 podría navegar a algo más de 16 nudos de velocidad máxima – justo el doble de la velocidad mínima necesaria para generar la suficiente electricidad. Llegar a esta velocidad será poco frecuente porque requiere mar en calma y vientos con el ángulo adecuado. En cualquier caso, con buenas condiciones de viento el barco navegará lo suficientemente rápido como para generar toda la electricidad que se necesita a bordo.

Las buenas condiciones de viento pueden durar varios días, especialmente en medio del océano, donde los vientos son más fuertes y predecibles que en tierra. Sin embargo, no están garantizados y el buque también navegará a velocidades reducidas o se encontrará con condiciones de calma – cuando los hidrogeneradores serán tan inútiles como los paneles solares en plena noche.

Como no tiene motor, el EcoClipper500 tiene un doble problema cuando no hay viento: no avanza y no puede producir electricidad para mantener la vida a bordo.

Como no tiene motor, el EcoClipper500 tiene un doble problema cuando no hay viento: no avanza y no puede producir electricidad para mantener la vida a bordo. El primer problema es fácilmente resoluble, pero el segundo no. La vida a bordo continúa y en consecuencia hay una necesidad constante de energía. Para suministrarla, el barco necesita almacenar esa energía.

Para cubrir las necesidades de tres días flotando en aguas frías, se requeriría un almacenaje de energía de 150 kwh, sin contar con las pérdidas de la carga y la descarga. Cinco o siete días de consumo a bordo requerirían entre 250 y 350 kwh de almacenamiento. Para emergencias se necesitarían otros 25 kwh de energía almacenada.

Baldeando la cubierta del 'Parma'. Alan Villiers, 1932-33.

No tener motor, generador ni tanques de combustible ahorra espacio a bordo, pero esta ventaja se puede perder muy rápidamente cuando se empiezan a añadir baterías para los hidrogeneradores. Las baterías de iones de litio son muy compactas, pero no se pueden considerar sostenibles y tienen riesgos de seguridad. Por eso Jorne Langelaan y Andrew Simons ven más potencial – muy correctamente – en las baterías de agua salada que no son inflamables, ni tóxicas, son fáciles de reciclar, funcionan en un buen rango de temperatura y pueden durar más de 15 años. Como el biodigestor, aún no se han empleado en un buque a vela.

A diferencia de las baterías de iones de litio, las baterías de agua salada son grandes y pesadas. Con 60kg de peso por cada kwh de almacenamiento, una batería con capacidad de 150 kwh añadiría un peso de 9 toneladas mientras que una batería con 350 kwh de capacidad supondría 21 toneladas. Esto supondría sólo una pequeña cantidad de la capacidad de carga total del barco (500 toneladas) y las baterías podrían hacer la doble función de lastre si se colocan en la parte baja del casco. Tampoco el espacio sería problemático; incluso 350 kwh de almacenaje de electricidad requeriría entre 14 y 29 metros cúbicos de espacio, lo que es pequeño comparado con los 880 metros cúbicos de capacidad de carga.

Las emisiones producidas por la fabricación de los hidrogeneradores, el biodigestor y las baterías no se han incluido en el análisis del ciclo de vida del barco porque no hay datos disponibles. Sin embargo tienen que ser relativamente pequeñas. Los hidrogeneradores tienen una mayor densidad energética que las turbinas eólicas y en consecuencia una relativamente baja energía incorporada. Un cálculo rápido permite estimar que la huella de carbono de 350 kwh de baterías de agua salada estaría en torno a las 70 toneladas de CO2. ⁸

Energía humana

Hay otra fuente y almacenamiento de energía renovable a bordo del EcoClipper y son los mismos humanos. Como la estufa de pellets y el biodigestor, el uso de energía humana podría reducir la necesidad de electricidad. Tanto los mercantes de hoy en día como los grandes veleros mueven eléctrica o hidráulicamente molinetes, bombas y el sistema de gobierno, ahorrando mano de obra a cambio de un mayor uso de energía. En contraste el EcoClipper apuesta lo más posible por el accionamiento manual de estos mecanismos

La tripulción del Parma levando el ancla. Alan Villiers, 1932-33.

Simons y Langelaan también están considerando instalar unas cuantas máquinas de remo conectadas a generadores para producir energía en caso de emergencia. Dos máquinas de remo podrían producir 400 vatios de energía. Si se mantienen funcionando permanentemente en turnos, podrían proveer unos 9.6kwh de energía al día (ignorando pérdidas energéticas del sistema), una quinta parte del consumo máximo diario de electricidad.

De hecho, como les digo a Simons y Langelaan diez máquinas de remo funcionando permanentemente en turnos proveerían tanta energía como los hidrogeneradores navegando a una velocidad de 7.5 nudos. Si hay 60 personas a bordo y todos generasen energía menos de una hora al día, ni siquiera se necesitarían baterías ni hidrogeneradores. “Interesante reflexión” responde Simons “pero ¿qué impresión transmitiríamos?”

¿Duchas calientes?

Incluso contando con el biodigestor, los hidrogeneradores, baterías y las máquinas de remo los pasajeros y tripulantes del EcoClipper no disfrutarían de muchos lujos y a algunos podría faltarles comodidades. Por ejemplo si las 60 personas a bordo del barco se dan una ducha diaria de agua caliente – lo que requiere una media de 2,1kwh de energía y 76.5 litros de agua cuando se hace en tierra- el consumo energético diario sería de 126 kwh, más del doble que la energía que el barco es capaz de producir a 7.5 nudos de velocidad.

El barco podría generar esta energía navegando más rápido, pero además se necesitarían 4.590 litros de agua al día que sólo se podrían producir potabilizando el agua del mar – un proceso que requiere muchísima energía. Incluso una tripulación de 12 personas dándose una ducha diaria significaría 25.2kw de energía diaria, la mitad de lo que producen los hidrogeneradores a una velocidad de 7.5 nudos. El Bark Europa es el único velero mencionado en este artículo que cuenta con duchas calientes en cada camarote (compartido), pero también es el barco con los generadores más grandes y el mayor uso de combustible fósil.

En el castillo de proa del Parma con buen tiempo. Image by Alan Villiers, 1932.

Andrew Simons: “en el EcoClipper500 tiene que haber un compromiso razonable entre el consumo de energía y el confort. El consumo de energía a bordo tendrá que gestionarse de forma activa. Los recursos son limitados, como sucede con el planeta. En varios aspectos el barco es un micro cósmos de los desafíos a los que se enfrenta el mundo y a los que hay que dar solución”

Jorne Langelaan: “en alta mar estás en un mundo diferente. No importa tanto si puedes o no darte una ducha diaria. Lo importante es la gente, los movimientos del barco y la vasta extensión de océano que te rodea”

Midiendo correctamente

Este artículo ha comparado el velero EcoClipper500 con un porta contenedores, un granelero y un avión en términos de emisiones por tonelada/pasajero/kilómetro. Sin embargo estos valores son abstracciones que ensombrecen informaciones mucho más importantes: las emisiones totales que son producidas por todos los pasajeros y toda la carga en todos los kilómetros recorridos.

El comercio marítimo internacional ha pasado de 4 billones de toneladas de carga en 1990 a 11.2 billones en 2019, resultando en más de 1 billón de toneladas de emisiones. El número de pasajeros de vuelos internacionales creció de 1 billón en 1990 a 4.5 billones en 2019, resultando en 915 millones de toneladas de emisiones. En consecuencia, reducir las emisiones por tonelada/pasajero/kilómetro no es una necesidad ni una garantía de reducción de emisiones.

Si redujesemos el tráfico de mercancias marítimas más de cinco veces y el de pasajeros más de diez veces, entonces las emisiones de todos los portacontenedores y aviones serían menores que las de todos los buques a vela que transportasen 11.2 billones de toneladas de carga y 4.5 billones de pasajeros. Y al contrario: si nos pasamos a buques a vela pero seguimos transportando más y más mercancías y pasajeros por todo el planeta, llegaremos a producir tantas emisiones como hacemos hoy con el transporte alimentado por combustibles fósiles.

La mesana del 'Grace Harwar'; mirando a popa desde las vergas de mayor. Alan Villiers, 1932-33.

Por supuesto, nada de esto sucederá. La cantidad de mercancías transportadas por los océanos en 2019 iguala a la capacidad de carga de 22.4 millones de EcoClippers. Asumiendo que el EcoClipper500 puede hacer 2-3 viajes por año necesitaríamos construir y operar al menos 7.5 millones de barcos, con una tripulación total de al menos 90 millones de personas. Esos barcos sólo podrían llevar medio billón de pasajeros (12 pasajeros y 8 alumnos por barco), así que necesitaríamos millones de barcos y tripulantes más para reemplazar el tráfico aéreo internacional.

No deberíamos engañarnos con números relativos abstractos, que sólo sirven para mantener el foco en el crecimiento y la eficiencia.

Todo esto sería técnicamente posible y, como hemos visto, produciría menos emisiones que las alternativas actuales. Sin embargo, es más probable que un cambio a buques a vela se acompañase de un decrecimiento en el tráfico de carga y pasajeros y esto está directamente relacionado con la escala y la velocidad. Un montón de mercancías no viajarían si no fuera por las altas velocidades y bajos costos de los aviones y portacontenedores de hoy en día.

Tendría poco sentido transportar piezas de iPhones, pedidos de Amazon, ropa deportiva o patinetes eléctricos en veleros. Un barco a vela es algo más que un mero medio de transporte: implica otra forma de ver el consumo, la producción, el tiempo, el espacio, el ocio y viajar. Por ejemplo, mucha mercancía viaja hoy en diferentes direcciones hacia cada próxima etapa de producción antes de ser transportado como producto final. En contraste, todas las compañías de transporte a vela mencionadas en este artículo sólo llevan mercancías que no pueden ser producidas localmente, lo que significa un único viaje del productor al consumidor. ⁹

Esto significa también que, incluso si los buques a vela tienen motores diesel a bordo, aún trearían consigo una significativa reducción de las emisiones totales del tráfico de pasajeros y carga, sólo porque reducirían el número total de pasajeros, carga y kilómetros. No deberíamos engañarnos con números relativos abstractos, que sólo sirven para mantener el foco en el crecimiento y la eficiencia.

Más información sobre el EcoClipper500. La mayoría de las imágenes: Colección de Alan Villiers.

Entre 1978 y 2004 el Avontuur operó como buque a vela de carga a las ordenes del Capitán Paul Wahlen. El Apollonia, construido en 1946 es otro buque a vela que transporta mercancías desde 2014. Tiene 19.5 metros de eslora y puede llevar 10 toneladas de carga. ↩︎
Recientemente, se construyó y botó el Grain de Sail para el transporte transatlántico de vino y cacao. Es un buque a vela moderno sin motor, construido en aluminio y que puede llevar 35 toneladas de carga. ↩︎
Andrew Simons: “hay muchos grandes veleros históricos, pero sería muy caro actualizarles como buques de carga certificados, porque se emplean para otras funciones o porque simplemente no servirían.” ↩︎
El estudio puede descargarse una vez que te suscribes a la newsletter del EcoClipper. La investigación está basada en el típico análisis de un ciclo de vida, pero nótese que no es un estudio revisado por pares. ↩︎
Lamentablemente, el sobre se perdió. ↩︎
En el caso del EcoClipper la mayoría de las emisiones se producen durante la construcción del barco, mientras que en el caso de los graneleros y los porta contenedoresnestas se producen durante su operación y la producción de ls combustibles. ↩︎
Los portacontenedores más grandes pueden llevar 190.000 toneladas de carga actualmente. ↩︎
No hay mucha información disponible sobre las baterías de agua salada, pero su construcción consume mucha menos energía que otros tipos de baterías. El cálculo está basado en una estimación de 66kg CO2 por Kwh de capacidad y tres recambios de baterías en un periodo de 50 años. ↩︎
Al menos un tercio de toda la mercancía transportada son los propios combustibles fósiles. ↩︎

Cómo Hacer Funcionar la Economía con el Clima

Thu, 21 Sep 2017 00:00:00 +0000

Antes de la Revolución Industrial, las personas ajustaban su demanda de energía en base a la oferta de la misma, la cual era variable. Nuestro sistema de transporte y comercio global, que dependía de barcos de vela, operaban solo cuando el viento soplaba, así como los molinos que proporcionaban nuestro alimento y energizaban muchos procesos de manufactura.

El mismo enfoque podría ser muy útil hoy en día, especialmente cuando es mejorado con tecnología moderna. En particular, las fábricas y el transporte de carga, como barcos e incluso trenes, podrían solo operarse cuando haya energía renovable disponible. Ajustar la demanda de energía a la oferta haría que el cambio a la energía renovable fuera mucho más realista de lo que es hoy.

Energía renovable en tiempos preindustriales

Antes de la Revolución Industrial, tanto la industria como el transporte dependían en gran medida de fuentes de energía renovable intermitentes. Los molinos de agua, los molinos de viento y los veleros han estado en uso desde la Antigüedad, pero los europeos llevaron estas tecnologías a su pleno desarrollo a partir del siglo XV en adelante.

En su apogeo, justo antes del despegue de la Revolución Industrial, habían en Europa aproximadamente 200,000 molinos accionados por el viento y 500,000 molinos accionados por el agua. Inicialmente, los molinos de agua y los molinos de viento se usaban principalmente para moler grano, una tarea laboriosa que se había hecho a mano durante muchos siglos, primero con la ayuda de piedras y luego con un molino de mano giratorio.

“Een zomers landschap” (“Un paisaje de verano”), pintura de Jan van Os.

Pronto los molinos accionados por agua y viento se adaptaron a procesos industriales destinados a aserrar madera, pulir vidrio, fabricar papel, taladrar tuberías, cortar mármol, cortar metal, afilar cuchillos, triturar tiza, moler mortero, fabricar pólvora, acuñar monedas, etc. . ¹ ² Los molinos de viento y agua también procesaron una gran cantidad de productos agrícolas: presionando aceitunas, descascarando cebada y arroz, moliendo especias y tabaco, y triturando linaza, colza y semillas de cáñamo para cocinar e iluminar.

Aunque el comercio internacional dependía de Fuentes intermitentes de viento, este fue crucial para muchas economías europeas antes de la Revolución Industrial.

Los llamados “molinos industriales de agua” se habían utilizado en la Antigüedad y fueron ampliamente adoptados en Europa en el siglo XV, pero los “molinos industriales de viento” aparecieron solo en los 1600 en los Países Bajos, un país que llevó la energía eólica al extremo. Los holandeses incluso aplicaron la energía eólica para recuperar tierras del mar, y todo el país se mantuvo seco mediante molinos de viento de funcionamiento intermitente hasta 1850. ²

Abraham Storck: Paisaje de un río con Pescadores en botes de remo, 1679.

El uso de la energía eólica para el transporte usando veleros, también prosperó desde el año 1500 en adelante, cuando los europeos “descubrieron” nuevas tierras. El transporte eólico apoyó un sistema de comercio internacional robusto, diverso y en constante expansión, tanto en productos a granel (como grano, vino, madera, metales, cerámica y pescado conservado), artículos de lujo (como metales preciosos, pieles, especias, marfil, sedas y medicinas) y esclavos humanos. ³

Aunque dependía de fuentes eólicas intermitentes, el comercio internacional fue crucial para muchas economías europeas. Por ejemplo, la industria de construcción naval holandesa, que se apoyaba en aproximadamente unas 450 serrerías eólicas, importó prácticamente todos sus víveres navales del Báltico: madera, alquitrán, hierro, cáñamo y lino. Incluso el suministro de alimentos podía depender del transporte impulsado por el viento. Hacia finales del siglo XVI, los holandeses importaron dos mil cargamentos de grano por año desde Gdansk. ³ Los veleros también fueron importantes para la pesca.

Tratando con la intermitencia en tiempos Pre-industriales

Aunque las fuentes de energía renovables variables fueron críticas para la sociedad europea durante los 500 años antes de que los combustibles fósiles tomaran el control, no habían ni baterías químicas, ni líneas de transmisión eléctrica ni capacidad de equilibrio de las centrales eléctricas de combustibles fósiles para manejar la energía variable del viento y el poder del agua. Entonces, ¿cómo lidiaron nuestros antepasados con la gran variabilidad de las fuentes de energía renovables?

Hasta cierto punto, contaban con soluciones tecnológicas para igualar la oferta de energía a la demanda de energía, tal como lo hacemos hoy. El nivel del agua en un río depende del clima y las estaciones. Los molinos flotantes y molinos situados en puentes se encontraban entre las primeras soluciones tecnológicas para este problema. Subiendo y bajando junto con el nivel del agua, les permitía mantener un régimen operativo más predecible. ¹ ⁴

Hasta cierto punto, nuestros antepasados contaban con soluciones tecnológicas para igualar la oferta de energía a la demanda, tal como lo hacemos hoy.

Sin embargo, la potencia hidráulica podría almacenarse para un uso posterior. Comenzando en la Edad Media, se construyeron presas, o azudes, para crear estanques, una forma de almacenamiento de energía similar a los depósitos de energía hidroeléctrica de hoy en día. Los depósitos de almacenamiento igualaron el flujo de arroyos y ríos y aseguraron que el agua estuviera disponible cuando fuese necesario. ⁴ ⁵

Molino movido por caballos, una pintura de James Herring. Ca. 1850.

Pero los ríos aún podrían secarse o congelarse durante períodos prolongados, haciendo inútiles las represas y las ruedas hidráulicas ajustables. Además, no habían soluciones disponibles de este tipo para los molinos de viento. ² ⁶ ⁷

Una solución tecnológica para la intermitencia del agua y la energía eólica era el “molino de tracción a sangre” o “molino de caballos”. ⁸ En contraste con la energía eólica y hidráulica, se puede contar con caballos, burros o bueyes para suministrar energía cuando sea necesario. Sin embargo, los molinos de bestias eran caros e ineficientes energéticamente: alimentar a un caballo requería un área de tierra capaz de alimentar a ocho humanos. ⁹ En consecuencia, el uso de la potencia animal en procesos de fabricación a gran escala era raro. Los molinos de tracción a sangre se usaban principalmente para la molienda de granos o como fuente de energía en talleres pequeños, utilizando animales de tiro. ¹

Obviamente, los molinos de tracción a sangre tampoco eran una fuente de energía de respaldo viable para barcos de vela. En principio, los veleros podrían usar la energía humana cuando el viento no estuviera disponible. Sin embargo, una cuadrilla de remo suficientemente grande necesitaba agua y alimentos adicionales, lo que habría limitado el alcance del buque o su capacidad de carga. Por lo tanto, el remo estaba restringido principalmente a barcos de guerra y botes más pequeños.

Ajustando la demanda a la oferta: Fábricas

Debido a las limitadas opciones tecnológicas que nuestros antepasados tenían para hacer frente a la variabilidad de las fuentes de energía renovables, recurrieron principalmente a una estrategia que hemos olvidado en gran medida: adaptaron su demanda de energía a la oferta variable de energía. En otras palabras, aceptaron que la energía renovable no siempre estaba disponible y actuaron en consecuencia. Por ejemplo, los molinos de viento y los veleros simplemente no se operaban cuando no había viento.

Pintura: [Molinos en Westzijderveld, cerca de Zaandam](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Claude_Monet_Mills_in_the_Westzijderveld_near_Zaandam.jpg), una pintura de Claude Monet.

En los molinos de viento industriales, se trabajaba cada vez que soplaba el viento, incluso si eso significaba que el molinero tenía que trabajar día y noche, tomando cortas siestas. Por ejemplo, un documento revela que en el Union Mill en Cranbrook, Inglaterra, el molinero solo durmió tres horas durante un período ventoso que duró 60 horas. ² Un libro de 1957 sobre molinos de viento, en parte basado en entrevistas con los últimos molineros supervivientes, revela la urgencia de usar el viento cuando estaba disponible:

A menudo, cuando soplaba el viento en otoño, el molinero trabajaba desde el domingo a la medianoche hasta el martes por la noche, desde el miércoles por la mañana hasta el jueves por la noche, y desde el viernes por la mañana hasta el sábado a medianoche, tomando solo algunos momentos de sueño; y un buen molinero siempre se despertaba cuando el viento soplaba, levantándose en la mitad de la noche para poner en marcha el molino, porque el viento era su capataz y debía aprovecharse cada vez que soplaba. Muchas veces, a un pueblo le ha faltado el pan de trigo porque el molino local estaba en un distrito sin agua antes de la invención de la máquina de vapor; y el pan de harina de cebada o incluso el pan de patata tenían que ser suficientes en la crisis de un otoño sin viento. ¹⁰

En el pasado, tiempos más conservadores, un molinero era castigado por trabajar el domingo, pero a este no siempre le importó. Cuando se realizó una protesta contra el trabajo dominical del Sr. Wade del molino de Wicklewood, Norfolk, él replicó: “Si el Señor es lo suficientemente bueno como para enviarme viento un domingo, lo voy a usar”. ¹¹ Por otro lado, cuando no había viento, los molineros hacían otros trabajos, como mantener su maquinaria, o tomarse un tiempo libre. Noah Edwards, el último molinero de la torre de molinos Arkley en Hertfordshire, se “sentaría en el escenario de una buena tarde y tocaría el violín”. ¹¹

Ajustando la demana a la oferta: Barcos de vela

Un enfoque similar existía para los viajes en altamar, utilizando veleros. Cuando no había viento, los marineros se quedaban en tierra, mantenían y reparaban sus barcos, o hacían otras cosas. Planeaban sus viajes según las estaciones, haciendo uso de vientos y corrientes estacionales favorables. Los vientos en el mar no solo son mucho más fuertes que los terrestres, sino también más predecibles.

Los marineros planeaban sus viajes según las estaciones del año, haciendo uso de los vientos y corrientes más favorables.

La atmósfera baja del planeta, la tropósfera, está rodeada por seis cinturones de viento principales, tres en cada hemisferio. Desde el ecuador hasta los polos, estos “vientos dominantes” son los vientos alisios, los vientos del oeste y los vientos del este. Los seis cinturones de viento se mueven hacia el norte durante el verano en el hemisferio norte y hacia el sur durante el invierno boreal. Cinco grandes corrientes marinas están correlacionados con los flujos de viento dominantes.

El Mass en Dordrecht, pintura de Aelbert Cuyp, 1660.

Poco a poco, los navegantes europeos descifraron el patrón global de los vientos y las corrientes y aprovecharon esta información para establecer nuevas rutas marítimas en todo el mundo. Para el año 1500, Cristóbal Colón había descubierto que la combinación de vientos alisios y vientos del oeste permitía una ruta de ida y vuelta para los veleros cruzando el océano Atlántico.

Los vientos alisios alcanzan su latitud más septentrional en/o después del final del verano septentrional, poniéndolos al alcance de España y Portugal. Estos vientos alisios de verano facilitaron la navegación desde el sur de Europa hasta el Caribe y América del Sur, porque el viento soplaba en esa dirección a lo largo de la ruta.

Mapa de vientos del Atlántico, 9 de Septiembre del 2017. Fuente: [Windy](https://www.windy.com)

Tomar la misma ruta de regreso sería casi imposible. Sin embargo, los marineros ibéricos primero navegaron hacia el norte para atrapar los vientos del oeste, que alcanzan su ubicación más al sur en/o después del final del invierno, y estos llevaron a los marineros directamente al sur de Europa. En la década de 1560, el explorador vasco Andrés de Urdaneta descubrió una ruta de ida y vuelta similar en el Océano Pacífico. ¹²

El uso de vientos favorables hizo que los tiempos de viaje de los veleros fueran relativamente fidedignos. El cruce del océano Atlántico mas rápido fue de 21 días, el más lento de 29 días.

El uso de vientos favorables hizo que los tiempos de viaje de los veleros fueran relativamente predecibles. Ocean Passages for the World menciona que los tiempos típicos de Nueva York al Canal de la Mancha para un velero de mediados del siglo XIX a principios del siglo XX fue de 25 a 30 días. De 1818 a 1832, el cruce más rápido fue de 21 días, el más lento de 29 días. ¹³

El viaje del Canal de la Mancha a Nueva York tomaba 35-40 días en invierno y 40-50 días en verano. Para Ciudad del Cabo, Melbourne y Calcuta tomaba 50-60 días, 80-90 días y 100-120 días, respectivamente. ¹³ Estos tiempos de viaje son el doble o el triple de los de los portacontenedores actuales, que varían su velocidad en función de los precios del petróleo y la demanda económica.

Viejo Enfoque, Nueva Tecnología

Como estrategia para tratar con fuentes de energía variables, ajustar la demanda de energía a la oferta de energía renovable es hoy una solución tan valiosa como lo era en tiempos preindustriales. Sin embargo, esto no significa que tengamos que volver a los medios preindustriales. Tenemos una mejor tecnología disponible, lo que hace que sea mucho más fácil sincronizar las demandas económicas con los caprichos del clima.

Navegando en la calma, pintura de Charles Brooking, primera mitad del siglo XVIII.

En los párrafos siguientes, investigo más detalladamente cómo la industria y el transporte podrían operar solo con fuentes de energía variable, y demostrar cómo las nuevas tecnologías abren nuevas posibilidades. Luego concluyo analizando los efectos sobre los consumidores, los trabajadores y el crecimiento económico.

Manufactura Industrial

A escala mundial, la manufactura industrial representa casi la mitad de todo el consumo energético. Muchos procesos mecánicos que fueron manejados por molinos de viento siguen siendo importantes hoy en día, como serrar, cortar, perforar, triturar, martillar, afilar, pulir, fresar, tornear, etc. Todos estos procesos de producción se pueden ejecutar con una fuente de energía intermitente.

Lo mismo ocurre con los procesos de producción de alimentos (trituración o descascarado de granos, prensado de aceitunas y semillas), minería y excavación (recolección y paleo, trituración de rocas y minerales) o producción textil (relleno de tela, preparación de fibras, tejido y tejido). En todos estos ejemplos, la entrada de energía intermitente no afecta la calidad del proceso de producción, solo la velocidad de producción.

Muchos procesos industriales no se ven fuertemente afectados debido al suministro de energía de forma intermitente.

Ejecutar estos procesos con fuentes de energía variables se ha vuelto mucho más fácil de lo que era en épocas anteriores. Las plantas de energía eólica están ahora completamente automatizadas, mientras que el molino de viento tradicional requiere atención constante. ¹⁴

Imagen: “Travailler au moulin / Werken met molens/ Trabajando con molinos”, Jean Bruggeman, 1996.

Sin embargo, no solo las turbinas eólicas (y las turbinas hidráulicas) son más prácticas y poderosas que en épocas anteriores, ahora podemos utilizar la energía solar para producir energía mecánica. Esto se hace generalmente con paneles solares fotovoltaicos, que convierten la luz solar en electricidad para hacer funcionar un motor eléctrico.

En consecuencia, una fábrica que requiere energía mecánica puede funcionar con una combinación de energía eólica y solar, lo que aumenta las posibilidades de que haya suficiente energía para hacer funcionar su maquinaria. La capacidad de recolectar energía solar es importante porque es la fuente de energía renovable más ampliamente disponible. La mayor parte de la capacidad energética del agua ya está siendo utilizada. ¹⁵

Energía Térmica

Otra diferencia crucial con los tiempos preindustriales es que podemos aplicar la misma estrategia a los procesos industriales básicos que requieren energía térmica en lugar de energía mecánica. El calor domina el uso de energía industrial, por ejemplo, en la fabricación de productos químicos o microchips, o en la fundición de metales.

En tiempos preindustriales, los procesos de fabricación que requerían energía térmica se alimentaban de la quema de biomasa, turba y/o carbón. El uso de estas fuentes de energía causó graves problemas, como la deforestación a gran escala, la pérdida de tierras y la contaminación del aire. Aunque la energía solar se usó en épocas anteriores, por ejemplo, para evaporar sal a lo largo de las costas, para secar cultivos para su conservación o para secar el barro en ladrillos de arcilla, su uso se limitó a procesos que requerían temperaturas relativamente bajas.

Podemos aplicar la misma estrategia a los procesos industriales básicos que requieren energía térmica en lugar de energía mecánica, lo cuál no era posible antes de la Revolución Industrial.

En la actualidad, las energías renovables distintas de la biomasa pueden ser utilizadas para producir energía térmica de dos maneras. En primer lugar, podemos usar turbinas eólicas, turbinas hidráulicas o paneles solares fotovoltaicos para producir electricidad, que luego puede usarse para producir calor mediante resistencia eléctrica. Esto no era posible en la época preindustrial, porque no había electricidad.

Imprenta accionada mediante energía solar de Augustin Mouchot,1882.

En segundo lugar, podemos aplicar directamente el calor solar, utilizando colectores de placas planas a base de agua o colectores de tubos de vacío, que recogen la radiación solar desde todas las direcciones y pueden alcanzar temperaturas de 120 grados centígrados. También tenemos colectores de concentrador solar, que rastrean el sol, concentran su radiación y pueden generar temperaturas lo suficientemente altas como para fundir metales o producir microchips y células solares. Estas tecnologías solares solo estuvieron disponibles a finales del siglo XIX, siguiendo los avances en la fabricación de vidrio y espejos.

Almacenamiento de Energía Limitada

La ejecución de procesos en fábricas utilizando fuentes de energía variables no excluye aprovechar del almacenamiento de energía o plantas de energía de respaldo para el despacho de la misma. Ajustar la demanda a la oferta debe tener prioridad, pero otras estrategias pueden ser un apoyo. En primer lugar, el almacenamiento de energía o la capacidad de generación de energía de respaldo podrían ser útiles para procesos de producción críticos que no pueden detenerse durante períodos prolongados, como la producción de alimentos.

En segundo lugar, el almacenamiento de energía a corto plazo también es útil para ejecutar procesos de producción que están en desventaja debido a un suministro de energía intermitente. ¹⁶ En tercer lugar, el almacenamiento de energía a corto plazo es crucial para los procesos de fabricación controlados por computadora, permitiendo que sigan funcionando durante breves interrupciones en la fuente de alimentación y que las computadoras se apaguen de forma segura en caso de cortes de energía más prolongados. ¹⁷

Binnenshaven Rotterdam, una pintura de Jongkind Johan Berthold (1857)

En comparación con los tiempos preindustriales, ahora tenemos más y mejores opciones de almacenamiento de energía disponibles. Por ejemplo, podemos usar biomasa como fuente de energía de respaldo para la producción de energía mecánica, algo que los molineros preindustriales no podían hacer: antes de la llegada de la máquina de vapor, no había forma de convertir la biomasa en energía mecánica.

Antes de la llegada de la máquina de vapor, no había forma de convertir la biomasa en energía mecánica.

También contamos con baterías químicas, y sistemas de baja tecnología como volantes de motor (flywheels), almacenamiento de aire comprimido, acumuladores hidráulicos y plantas de almacenamiento por bombeo. La energía térmica puede almacenarse en depósitos de agua bien aislados (hasta 100 grados) o en sal, aceite o cerámica (para temperaturas mucho más altas). Todas estas soluciones de almacenamiento fracasarían por alguna razón u otra si se les encomendara almacenar una gran producción de energía renovable. Sin embargo, pueden ser muy útiles a menor escala para apoyar el ajuste de la demanda de energía.

La nueva era de la vela

El transporte de carga es otro candidato para el uso de energía renovable cuando está disponible. Los barcos todavía transportan alrededor del 90 por ciento del comercio mundial, y aunque es la forma de transporte más eficiente en términos de energía por tonelada-kilómetro, el uso total de energía es alto y los buques que funcionan con petróleo son extremadamente contaminantes.

Imagen de Arne List [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons

Una idea común de alta tecnología es instalar turbinas eólicas costa afuera, convertir la electricidad que generan en hidrógeno y luego usar ese hidrógeno para alimentar los buques de navegación marítima. Sin embargo, es mucho más práctico y eficiente energéticamente utilizar el viento para alimentar las naves directamente, como lo hemos hecho durante miles de años. Además, los buques de carga propulsados por petróleo suelen flotar inactivos durante días o incluso semanas antes de que puedan entrar y/o abandonar un puerto, lo que hace que la relativa imprevisibilidad de los veleros sea menos problemática.

Es mucho mas práctico y eficiente energéticamente usar el viento para alimentar barcos directamente.

Al igual que con la fabricación industrial, en la actualidad la tecnología ha avanzado y hay conocimiento disponible para basar una industria naviera mundial únicamente en la energía eólica. Tenemos nuevos materiales para construir barcos y velas, mejores y más duraderos, contamos con instrumentos de navegación y comunicación más precisos, tenemos previsiones meteorológicas más predecibles, podemos utilizar paneles solares como energía de respaldo del motor, y tenemos un conocimiento más detallado sobre vientos y corrientes.

Thomas W. Lawson era una Goleta de 7 mástiles y casco de acero construida en 1902 para el comercio del Pacífico. Tenía una tripulación de 18.

De hecho, los patrones mundiales de viento y corrientes solo se entendieron completamente cuando la era de la navegación a vela casi había terminado. Entre 1842 y 1861, el navegante estadounidense Matthew Fontaine Maury recolectó una amplia gama de registros de embarcaciones que le permitieron registrar los vientos dominantes y las corrientes marinas, así como sus variaciones estacionales. ¹⁸

El trabajo de Maury permitió a los marineros acortar considerablemente el tiempo de navegación, simplemente mediante el mejor aprovechamiento de los vientos dominantes y las corrientes marinas. Por ejemplo, un viaje de Nueva York a Río de Janeiro se redujo de 55 a 23 días, mientras que la duración de un viaje de Melbourne a Liverpool se redujo a la mitad, de 126 a 63 días. ¹⁸

Más recientemente, las carreras de yates han generado muchas innovaciones que nunca se han aplicado al envío comercial. Por ejemplo, en la Copa Americana del 2017, el equipo Emirates New Zealand introdujo bicicletas fijas en lugar de manivelas para alimentar el sistema hidráulico que dirige el barco. Debido a que nuestras piernas son más fuertes que nuestros brazos, el uso de pedal permite un viraje y giro más rápidos en una carrera, pero también podría ser útil para reducir los recursos humanos requeridos para veleros comerciales. ¹⁹

Los registros de velocidad de navegación también son reveladores. El velero más rápido en 1972 ni siquiera llegó a 50 km/h, mientras que el actual poseedor del récord – el Vestas Sailrocket 2 – navegó a 121 km/h en 2012. Si bien este tipo de barcos no son prácticos para transportar carga, podrían inspirar otros diseños que lo fuesen.

Trenes accionados por energía eólica y solar

Podríamos seguir un enfoque similar para el transporte terrestre, con el uso de trenes propulsados por energía eólica y solar. Al igual que los barcos de vela, los trenes podrían funcionar siempre que haya energía renovable disponible. Por supuesto esto no significaría poner velas en los trenes, sino accionarlos con electricidad producida por paneles solares fotovoltaicos o turbinas eólicas a lo largo de las vías. Esta sería una aplicación completamente nueva de una estrategia centenaria para tratar con fuentes de energía variables, solo posible gracias a la invención de la electricidad.

Trenes accionados por energía eólica y solar podrían ser la aplicación completamente nueva de una estrategia centenaria para tratar con fuentes de energía variables.

Accionar trenes de carga con energía renovable es un gran uso de la energía eólica intermitente, ya que generalmente se operan de noche, cuando la energía eólica a menudo es óptima y la demanda de energía es la más baja. Además, al igual que los buques de carga, los trenes de carga tienen horarios poco confiables porque a menudo permanecen estacionarios en los varaderos durante días, esperando cargarse por completo.

Cardiff Docks, una pintura de Lionel Walden, 1894

Incluso la velocidad de los trenes podría regularse dependiendo de la cantidad de energía renovable que esté disponible, al igual que la velocidad del viento determina la velocidad de un velero. Un enfoque similar también podría funcionar con otros sistemas de transporte eléctrico, como trolebús, trolebotes o teleféricos aéreos.

La combinación de trenes de carga y fábricas accionadas por energía solar y eólica crea posibilidades adicionales. Por ejemplo, a primera vista, los trenes de pasajeros impulsados por energía solar o eólica parecen ser imposibles, porque las personas son menos flexibles que los bienes. Si un tren con energía solar no funciona o funciona demasiado lento, es posible que hayan cambios en las agendas de las personas. Del mismo modo, en días nublados, pocas personas llegarían a la oficina.

Paneles fotovoltáicos solares cubren una vía férrea en Bélgica, 2016. Imagen: Infrabel

Sin embargo, esto podría resolverse utilizando las mismas fuentes de energía renovables para fábricas y trenes de pasajeros. Los paneles solares a lo largo de las líneas ferroviarias podrían dimensionarse para días nublados, y así garantizar un nivel mínimo de energía para un servicio mínimo de trenes de pasajeros (pero no de producción industrial). Durante los días soleados, la energía solar adicional podría usarse para hacer funcionar las fábricas a lo largo de la línea ferroviaria, o para ejecutar trenes adicionales de pasajeros (o carga).

Consecuencias para la sociedad: Consumo y Producción

Como hemos visto, si la producción industrial y el transporte de carga dependieran de la disponibilidad de energía renovable, aún podríamos producir una amplia gama de bienes de consumo y transportarlos por todo el mundo. Sin embargo, no todos los productos estarían disponibles todo el tiempo. Si se quisiera comprar zapatos nuevos, es posible que se deba esperar la temporada adecuada para su fabricación y entrega.

La producción y el consumo dependerían del clima y las estaciones. Las fábricas accionadas con energía solar tendrían mayores tasas de producción en los meses de verano, mientras que las fábricas eólicas tendrían mayores tasas de producción en los meses de invierno. Las temporadas de navegación también deberían tenerse en cuenta.

Si se quisiera comprar zapatos nuevos, es posible que se deba esperar la temporada adecuada para su fabricación y entrega.

Pero administrar una economía según los ritmos del clima no significa necesariamente que las tasas de producción y consumo disminuirían. Si las fábricas y el transporte de carga ajustan su uso de energía al clima, pueden utilizar la producción anual de energía total de las turbinas eólicas y los paneles solares.

Un Molino de viento en Zaandam, una pintura de Claude Monet, 1871.

Los fabricantes podrían contrarrestar la escasez de producción produciendo artículos estacionales ‘de temporada’ y luego almacenándolos cerca de los consumidores para la venta durante períodos de baja energía. De hecho, estos productos se convertirían en “reserva de energía” en este escenario. En lugar de almacenar energía para fabricar productos en el futuro, fabricaríamos productos siempre que haya energía disponible, y almacenaríamos los productos para su posterior venta.

Sin embargo, la producción estacional si podría conducir a menores tasas de producción y consumo. Sobre-producir en tiempos de alta energía requiere grandes instalaciones de producción y almacenes, que serían infrautilizados durante el resto del año. Para producir de forma rentable, los fabricantes deberán hacer compromisos. De vez en cuando, estos compromisos conducirán a la escasez de productos, lo que a su vez podría alentar a las personas a considerar otras soluciones, como la reparación y la reutilización de productos existentes, productos hechos a mano, bricolaje o intercambiar y compartir productos.

Consecuencias para la fuerza de trabajo

Ajustar la demanda de energía al suministro de energía también implica que la fuerza de trabajo se debe adaptar al clima. Si una fábrica funciona con energía solar, entonces la disponibilidad de energía se correspondería muy bien con los ritmos humanos. El único inconveniente es que los trabajadores estarían libres del trabajo, especialmente en invierno y en días nublados.

Sin embargo, si una fábrica o un tren de carga funciona con energía eólica, entonces la gente también tendría que trabajar durante la noche, lo que se considera poco saludable. Lo bueno es que tendrían vacaciones en verano y en días de buen clima.

Nachtelijk werk in de dokken (Trabajo nocturne en los muelles), una pintura de Henri Adolphe Schaep, 1856.

Si una fábrica o un sistema de transporte es operado solo con energía eólica o solar, los trabajadores también tendrían que lidiar con la incertidumbre sobre sus horarios de trabajo. Aunque tenemos pronósticos meteorológicos mucho mejores que en tiempos preindustriales, sigue siendo difícil hacer predicciones precisas con más de unos días de anticipación.

Sin embargo, no son solo las plantas de energía renovables las que ahora están completamente automatizadas. Lo mismo ocurre con las fábricas. Desde el siglo pasado se ha visto una creciente automatización de los procesos de producción, basados en computadoras y robots. Las llamadas “fábricas oscuras” ya están completamente automatizadas (no necesitan luces porque no hay nadie allí).

No son solo las plantas de energía renovables las que están ahora completamente automatizadas. Lo mismo ocurre con las fábricas.

Si una fábrica no tiene trabajadores, no importa cuándo esta esté operando. Además, muchas fábricas ya funcionan durante 24 horas por día, en parte operadas por millones de trabajadores haciendo el turno de noche. En estos casos, el trabajo nocturno en realidad disminuiría porque estas fábricas solo funcionarán durante la noche si hace viento.

Finalmente, también podríamos limitar la parte principal de la fabricación industrial y el transporte ferroviario a las horas de trabajo normales, y reducir el exceso de oferta durante la noche. En este escenario, simplemente tendríamos menos bienes materiales y más vacaciones. Por otro lado, habría una mayor necesidad de otros tipos de trabajos, como la artesanía y la navegación.

¿Qué hay del Internet?

En conclusión, la fabricación industrial y el transporte de carga, tanto terrestre como marítimo, podrían ejecutarse casi en su totalidad con fuentes de energía renovables variables, con poca necesidad de almacenamiento de energía, redes de transmisión, capacidad de equilibrado o sobre-construcción de plantas de energía renovable. En contraste, el enfoque moderno de alta tecnología de unir el suministro de energía a la demanda de energía en todo momento requiere una gran cantidad de infraestructura adicional que hace que la producción de energía renovable sea una tarea compleja, lenta, costosa e insostenible.

Ajustar la demanda de energía al suministro haría que el cambio a la energía renovable fuera mucho más realista de lo que es hoy. No habría reducción de energía ni pérdidas por almacenamiento y transmisión. Toda la energía producida por los paneles solares y las turbinas eólicas se usaría en el lugar y nada se desperdiciaría.

Marina, una pintura de Carol Popp de Szathmary, 1800s.

Ajustar la demanda de energía al suministro de energía puede ser menos sencillo en otros sectores. A pesar de que Internet podría operarse completamente con fuentes de energía variables, utilizando redes asíncronas y softwares tolerantes al retardo, muchas aplicaciones de Internet más nuevas desaparecerían.

En casa, probablemente no podemos esperar que las personas se sienten a oscuras o que no cocinen cuando no hay energía renovable. Del mismo modo, las personas no vendrán a los hospitales sino hace sol. En tales casos, existe una mayor necesidad de almacenamiento de energía u otras medidas para contrarrestar un suministro de energía intermitente. Esto es material para una próxima publicación.

Parte de la investigación de este artículo se realizó durante una beca en el Demand Center, Lancaster, Reino Unido.

Lucas, Adam. Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology. Vol. 8. Brill, 2006. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Hills, Richard Leslie. Power from wind: a history of windmill technology. Cambridge University Press, 1996. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Paine, Lincoln. The sea and civilization: a maritime history of the world. Atlantic Books Ltd, 2014. ↩︎ ↩︎
Reynolds, Terry S. Stronger than a hundred men: a history of the vertical water wheel. Vol. 7. JHU Press, 2002. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Una de las primeras represas hidroeléctricas más grandes fue la Cento Represa, en Italia (1450), que tenía 71 m de largo y casi 6 m de altura. En el siglo XVIII, las presas más grandes tenían hasta 260 m de largo y 25 m de alto, con canales de potencia que conducían a docenas de ruedas hidráulicas. ⁴ ↩︎
Aunque los molinos de viento tenían todo tipo de mecanismos internos para adpatarse a los cambios repentinos en la velocidad del viento, y la dirección del viento, la energía eólica no tenía equivalente en la presa de energía hidráulica. ↩︎
Esto explica por qué los molinos de viento se volvieron especialmente importantes en regiones con climas secos, en países planos, o en áreas muy frías, donde no había agua disponible. En países con buenos recursos hídricos, los molinos de viento solo aparecieron cuando la demanda de energía crecío y creó una crisis porque los mejores sitios de suministro de agua ya estaban ocupados. ↩︎
Las mareas eran técnicamente similares a los molinos de agua, pero eran más confiables porque el mar es menos propenso a secarse, congelarse o cambiar su nivel de agua comparado con un río. ↩︎
Sieferle, Rolf Peter, and Michael P. Osman. The subterranean forest: energy systems and the industrial revolution. Cambridge: White Horse Press, 2001. ↩︎
Freese, Stanley. Windmills and millwrighting. Cambridge University Press, 1957 ↩︎
Wailes, Rex. The English windmill. London, Routledge & K. Paul, 1954 ↩︎ ↩︎
El patrón global del viento se complementa con patrones de viento regionales, como la brisa terrestre y la brisa marina. El Océano Índico Norte tiene inviernos semi-anuales reversos a los vientos del Monzón. Estos soplan del suroeste desde junio a noviembre y del noreste desde diciembre a mayo. El comercio marítimo en el Océano Índico comenzó antes que en otros mares, y las rutas comerciales establecidas dependían por completo de la temporada. ↩︎
Jenkins, H. L. C. “Ocean passages for the world.” The Royal Navy, Somerset (1973). ↩︎ ↩︎
Las personas encargadas de los molinos de viento tenían que estar alertas para mantener la brecha entre las piedras constante, por muy agitado que fuera el viento. Antes de los días en los que gobierna el centrifugado, esto se hacía a mano. El molinero tenía que vigilar la fuerza del viento, juzgar la cantidad de tela que debía extenderse, y estar preparado para detener el molino a vela y tomar o sacar más tela, ya que no había velas patentadas. Y antes de que la fantail se pusiera en uso, también tenía que vigilar la dirección del viento y mantener las velas cuadradas en el ojo del viento. [11] ↩︎
Además de la electricidad, la Revolución Industrial también nos trajo aire comprimido, agua a presión y una mejor transmisión de potencia mecánica, que pueden ser todas alternativas valiosas para la electricidad en ciertas aplicaciones. ↩︎
Una distinción similar se hizo en pasado. Por ejemplo, cuando se hacía girar la tela, se requería una velocidad constante para evitar la caída de las ruedas dentadas y hacer que las máquinas entregaran partes gruesas y delgadas en mechas o hilos. [3] Es por eso que la hilatura solo se mecanizó utilizando energía hidráulica, que podría almacenarse para garantizar un suministro de energía más regular, y no energía eólica. La energía eólica tampoco era apta para procesos como la fabricación de papel, el transporte de minas o el funcionamiento de fuelles de alto horno en ferrerías. ↩︎
Se requiere un almacenamiento de energía a muy corto plazo para muchos procesos mecánicanicos que se ejecutan usando fuentes de energía variables, con el fin de suavizar las variaciones pequeñas y repentinas en el suministro de energía. Dichos sistemas mecánicos ya se usaban en molinos de viento preindustriales. ↩︎
Leighly, J. (ed) (1963) The Physical Geography of the Sea and its Meteorology by Matthew Fontaine Maury, 8th Edition, Cambridge, MA: Belknap Press. Cited by Knowles, R.D. (2006) “Transport shaping space: the differential collapse of time/space”, Journal of Transport Geography, 14(6), pp. 407-425. ↩︎ ↩︎
Rival teams rejected pedal power because they feared radical change, says Team New Zealand designer. The Telegraph, May 24, 2017. ↩︎