Kapitsa se equivocó al evaluar las perspectivas de las energías alternativas
Tanque de biogás, paneles fotovoltaicos y aerogenerador. Foto: wikipedia.org
El 8 de octubre de 1975, el académico Pyotr Leonidovich Kapitsa habló en una sesión científica dedicada al 250 aniversario de la Academia de Ciencias del país. El académico, que tres años después será galardonado con el Premio Nobel de Física, leyó un documento conceptual en el que, basándose en principios físicos básicos, enterró casi todo tipo de "energías alternativas". El científico hizo una excepción solo para la fusión termonuclear controlada.
Casi medio siglo después, la situación ha cambiado. Aunque la proporción de energías alternativas todavía representa una generación de electricidad insuficiente, el desarrollo y crecimiento de esta dirección es obvio. Según la compañía de petróleo y gas British Petroleum, en 2019, la generación de fuentes alternativas de energía renovable (excluidas las grandes centrales hidroeléctricas) alcanzó el 10,4 por ciento de la generación de electricidad mundial. Por primera vez, la energía alternativa ha pasado por alto la energía nuclear en este indicador.
De que hablaba el académico Pyotr Kapitsa
La energía alternativa es un gran conjunto de métodos prometedores para obtener, transferir y utilizar energía (muy a menudo estamos hablando de fuentes renovables). Este tipo de energía es de interés primordial por su aprovechamiento ventajoso y bajo riesgo de causar daños al medio ambiente.
Las consideraciones del famoso científico y académico se basaron en el hecho de que no importa qué fuente de energía consideremos, siempre se puede caracterizar utilizando dos parámetros principales: la tasa de transferencia de energía (propagación) y la densidad de energía, es decir, su cantidad. por unidad de volumen. El producto de las dos cantidades indicadas daría a la salida la potencia máxima que podría obtenerse de una superficie unitaria utilizando energía de un tipo u otro.
Pyotr Kapitsa dijo que la densidad de la energía solar es insignificante. Además, se propaga a una velocidad tremenda: la velocidad de la luz. Es por eso que el flujo solar que llega a la Tierra no es para nada pequeño, da vida a toda la vida de nuestro planeta. Sin embargo, el científico creía que la energía solar como principal fuente de energía para toda la humanidad es muy ineficaz.
Pyotr Leonidovich Kapitsa en la década de 1930
Como dijo el académico Kapitsa, a nivel del mar, teniendo en cuenta las pérdidas en la atmósfera de la Tierra, una persona puede finalmente utilizar un flujo de 100-200 W por metro cuadrado. En ese momento, la eficiencia de los dispositivos que convertían la energía solar en electricidad alcanzó el 15 por ciento.
Para cubrir solo las necesidades domésticas de un hogar, se requerirían paneles con un área de 40-50 metros cuadrados. Para reemplazar todas las fuentes de combustibles fósiles existentes en la Tierra por energía solar, sería necesario construir una central eléctrica que ocuparía toda la parte terrestre del ecuador, mientras que el ancho de los paneles solares alcanzaría los 50-60 km. El académico consideró que tal proyecto era irrealizable ya sea por razones técnicas, financieras o incluso más políticas.
Casi medio siglo después, las cifras se han mantenido prácticamente sin cambios. La mayoría de los paneles solares en condiciones normales tienen una eficiencia del 15 al 20 por ciento (al mismo tiempo, se han desarrollado y probado experimentalmente muestras con una eficiencia del 25 al 30 e incluso del 45 por ciento). Pero el consumo de electricidad de los electrodomésticos modernos se ha reducido significativamente. La tendencia de la eficiencia energética se ha establecido y mantenido en todo el mundo.
Es cierto que la energía solar todavía carece de estrellas del cielo, aunque recibió un gran impulso en su desarrollo. Pero, como antes, ella sola no puede suplir todas las necesidades de los habitantes de la Tierra, sin embargo, mientras la humanidad no enfrenta esa tarea.
Kapitsa rechazó la energía geotérmica por obvias razones geográficas. Solo se puede desarrollar de manera efectiva en lugares con actividad volcánica. De hecho, estos ejemplos tienen éxito, pero a una escala limitada. Al mismo tiempo, dicha energía tenía sus ventajas: no depende del clima, la época del año, la generación de energía geotérmica se puede realizar de manera continua, y sus reservas, de hecho, son inagotables.
Planta de energía geotérmica Nesavetlir en Islandia
Son inagotables, además de la energía solar y geotérmica, también las reservas de agua. La energía hidroeléctrica, obtenida mediante la represa de ríos y durante las mareas altas, puede utilizarse eficazmente en la economía. A mediados de la década de 1970, la energía hidroeléctrica representaba el 5 por ciento del balance energético. Kapitsa creía que sería extremadamente difícil aumentar esta participación, ya que solo ciertos ríos, preferiblemente en áreas montañosas, eran aptos para la construcción de potentes centrales hidroeléctricas.
El académico consideró el uso de energía eólica insuficientemente justificado económicamente debido a la baja densidad del flujo de energía. Al mismo tiempo, Kapitsa cree que el uso de fuentes de energía alternativas puede tener demanda para las necesidades domésticas, pero consideró que la escala de dicho uso es pequeña.
Después de casi medio siglo, se puede afirmar que algunos países han logrado el éxito en el uso de fuentes de energía alternativas debido a su ubicación geográfica y baja población, como Islandia. Toda la electricidad en este país se genera sobre la base de fuentes renovables (70 por ciento - energía hidroeléctrica, 30 por ciento - energía geotérmica). Pero el éxito de la energía eólica, probablemente, habría sorprendido sobre todo a Petr Leonidovich. Hoy en día, las turbinas eólicas en varios países europeos representan una gran parte de la generación de electricidad, y esto está lejos del consumo doméstico.
Perspectivas de las energías alternativas hoy
Hoy en día, las perspectivas de las energías alternativas parecen mucho más preferibles que hace apenas medio siglo. Esto se debe en gran parte al desarrollo de la tecnología, la ciencia y la tecnología. En los países desarrollados, la proporción de energías alternativas está creciendo gradualmente, principalmente en la generación de electricidad. Por ejemplo, en Estados Unidos, la contribución de las energías alternativas a la generación de electricidad a fines de 2017 se estimó en 17,1 por ciento (teniendo en cuenta la operación de grandes centrales hidroeléctricas). Y este no es un resultado sobresaliente.
En Europa, en varios países, las cifras son mucho más altas. Por ejemplo, en la primera mitad de 2020 en Alemania, las energías renovables representaron el 56 por ciento de la generación de electricidad. Al mismo tiempo, en este país europeo, solo el 4 por ciento correspondió a centrales hidroeléctricas clásicas, el 52 por ciento son fuentes alternativas, de las cuales la energía solar representó el 11,4 por ciento, la eólica - el 30,6 por ciento de la generación eléctrica.
Aerogeneradores cerca de la costa danesa. Foto: wikipedia.org
En algunos países europeos, la producción de electricidad a partir de fuentes de energía renovables es incluso mayor. Los líderes son los países escandinavos. Por ejemplo, Suecia se está fijando un objetivo ambicioso de eliminar por completo el uso de combustibles de carbono para 2040.
Dinamarca, el país escandinavo más al sur, también está estableciendo objetivos ambiciosos para reducir las emisiones de CO2030 en un 2 por ciento para 70 desde los niveles de 1990. Aquí también se está implementando un programa a gran escala para el desarrollo de la energía eólica. A finales de 2019, la participación de la energía eólica en la producción de electricidad en Dinamarca alcanzó el 55,2 por ciento, lo que ya es un resultado excelente.
China, que sigue siendo el principal consumidor de carbón del mundo, también anuncia planes muy ambiciosos para el desarrollo de energías alternativas. Al mismo tiempo, el carbón es uno de los tipos de combustibles fósiles más sucios para la ecología del planeta. Aunque aquí también vale la pena hacer una concesión por el tiempo. La mayoría de las centrales térmicas chinas modernas tienen excelentes filtros de purificación y minimizan el daño al ecosistema.
Según los expertos chinos, para 2050, el país debería reducir la producción de energía de las centrales eléctricas de carbón al 30-50 por ciento del consumo total de energía. Se prevé que el 50-70 por ciento restante se proporcione con el uso de gas natural, petróleo y fuentes de energía renovables, incluida la energía nuclear, la energía hidroeléctrica, la energía eólica y la energía solar.
En los últimos años, China ya ha sido el líder mundial en términos de capacidad instalada en los sectores de energía hidroeléctrica, eólica y fotovoltaica. Según el jefe de la Administración de Energía del Estado de la República Popular China, Zhang Jianhua, en 2020, la generación de electricidad en China utilizando fuentes de energía renovable alcanzó los 2,2 billones de kWh, lo que representa un total del 29,5 por ciento del consumo total de electricidad del país. Esto es 9,5 por ciento más de lo que el país podría generar con energía renovable en 2012.
Un panorama de un parque eólico en la provincia de Shanxi, China. Foto: wikipedia.org
Al mismo tiempo, a diferencia de los países escandinavos, China tiene mejores perspectivas para el desarrollo de la energía solar. A finales de 2020, se puso en funcionamiento una estación solar con una capacidad de 2,2 GW en la República Popular China. La instalación de infraestructura energética está ubicada en el vasto desierto de la provincia de Qinghai. Además de las propias fotocélulas, la estación también está equipada con sistemas de almacenamiento de energía. La estación estaba conectada a áreas densamente pobladas del Imperio Celestial mediante una línea de transmisión de energía de voltaje ultra alto: 800 kV.
Tradicionalmente, se presta mucha atención a los problemas de energía verde en los Estados Unidos. Allí suele estar la agenda de las elecciones presidenciales. George W. Bush presentó el programa de biocombustibles. El nuevo presidente estadounidense Joe Biden también está promoviendo activamente ideas de energía verde. Estaba dispuesto a invertir dos billones de dólares en la transferencia de energía nacional a fuentes amigables con el medio ambiente, mientras que la transición completa está prevista para 2035.
Es poco probable que estos planes se implementen por completo, pero el ímpetu es bastante obvio. Las empresas del sector de la energía verde reaccionaron subiendo las acciones a la elección de Biden. Toda la cuestión es cuánto será posible implementar el ambicioso programa, ya que historia con los biocombustibles, si bien recibió un desarrollo serio en Estados Unidos, no alcanzó las cifras anunciadas por Bush.
Perspectivas de las energías alternativas en Rusia
En Rusia, como en el resto del mundo, comprenden la necesidad de desarrollar energías alternativas y reducir el impacto negativo sobre el medio ambiente. Al mismo tiempo, Rusia no tiene un gran éxito en este ámbito.
Uno de los principales obstáculos para el desarrollo de esta dirección se denomina tradicionalmente la presencia de grandes reservas de combustible orgánico en el país. Del total de recursos energéticos en Rusia en 2012, solo el 4 por ciento provino de fuentes renovables, de las cuales 2/3 fueron generadas por energía hidroeléctrica.
En la estructura de la generación de electricidad, la situación es mejor debido a las centrales hidroeléctricas, que en 2020 generaron alrededor del 20 por ciento de toda la electricidad, otro 12 por ciento recae en las centrales nucleares, la energía solar solo el 0,55 por ciento, la energía eólica - 0,07 por ciento (dentro de el margen de error). La mayor parte de la electricidad de Rusia todavía se genera en centrales térmicas: el 67 por ciento.
La mayor planta de energía solar de Rusia "Perovo" en Crimea. Foto: Activ Solar / flickr.com
Está previsto corregir esta situación mediante el desarrollo de programas de energías renovables. Para 2035, el volumen de apoyo estatal para proyectos en esta área solo debería ascender a 360 mil millones de rublos. Esto fue anunciado a principios de junio de 2021 por el sitio web oficial del Gobierno de la Federación de Rusia. Este ya es el segundo programa de desarrollo de energías renovables en Rusia, el primero debería completarse en 2024.
Como informó anteriormente el Ministerio de Energía, en 2023-2035, se espera que Rusia encargue alrededor de 2,4 GW de energía solar, 4,1 GW de energía eólica y 0,2 GW de pequeñas centrales hidroeléctricas. En total, para 2035, Rusia planea introducir alrededor de 6,7 GW de capacidad generada por fuentes de energía renovables, que en el mejor de los casos ascenderá a alrededor del 4 por ciento del balance energético del país.
A modo de comparación: en China, para 2035, esta participación debería superar el 25 por ciento y ya es del 15 por ciento. A finales de 2020, la capacidad total de energía solar en China era de 253,4 GW, la energía eólica - 281,6 GW.
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