Conectados con el Sol

La luz solar nos baña con mucha más energía de la que necesitamos, sólo tenemos que captar la que nos hace falta.

Durante un despejado amanecer de noviembre, en el desierto de Mojave, el sol apenas roza las cumbres de la cordillera McCullough, perfilándolas con un fulgor sonrosado mientras, al fondo, la luna llena intenta ocultarse del desmedido resplandor eléctrico de Las Vegas. La planta Nevada Solar One aún duerme, pero su día de trabajo está por comenzar.

Es difícil imaginar una planta eléctrica igual de hermosa: 100 hectáreas de espejos suavemente curvados y alineados en largos canales como ríos de luz. Con la cara vuelta hacia el suelo durante la noche, los más de 182 000 espejos empiezan a despertar siguiendo la trayectoria del sol.

“Al parecer hoy será un día de 370 grados”, comenta uno de los operarios en la sala de control. Su tarea consiste en supervisar las hileras de espejos parabólicos que concentran la luz solar en largas tuberías de acero repletas de aceite que, al calentarse, adquiere una temperatura de hasta 400 ºC. Al regresar del campo de espejos, las tuberías vierten el bullente líquido en gigantescos radiadores que extraen el calor y hierven agua transformándola en vapor. A su vez, este activa una turbina y un generador, los cuales introducen hasta 64 megavatios en la red de suministro eléctrico público, cantidad suficiente para electrificar 14 000 hogares o un puñado de casinos de Las Vegas. “Cuando el sistema produce vapor, su función es por demás convencional; el estándar de la industria”, explica el gerente de la planta, Robert Cable, quien señala una planta generadora que opera con gas al otro lado del Paseo Eldorado Valley. “Usamos las mismas herramientas y refacciones que aquel sitio”.

Cuando inició sus actividades, en 2007, Nevada Solar One fue la primera gran planta solar construida en Estados Unidos en más de 17 años a pesar de que, en aquellos días, la tecnología solar florecía por doquier. Nevada Solar One es propiedad de Acciona, compañía española que produce electricidad en el territorio estadounidense y la vende a NV Energy, empresa regional de servicios públicos. Sin embargo, los espejos son de fabricación alemana.

Protegidos con cascos y gafas oscuras, a bordo de una furgoneta, recorremos lentamente hilera tras hilera de espejos junto con Cable. Desde una pipa, unos hombres usan mangueras para mojar algunos de ellos. “Cualquier tipo de polvo los afecta”, informa Cable. Nos detenemos en el extremo más apartado del campo de espejos y bajamos de la furgoneta para dar un vistazo más de cerca. A fin de demostrar la resistencia del cristal, Cable lo golpetea como un tambor. Por arriba, en el punto focal de la parábola, la tubería de aceite se encuentra recubierta con cerámica negra para absorber la luz, contenida en un cilindro hermético de vidrio que hace las veces de aislante. En un día despejado de verano, con el sol directamente encima, Nevada Solar One puede convertir en electricidad casi 21 % de los rayos solares. Es verdad que las plantas de gas son más eficientes, pero este combustible es gratuito y no desprende el bióxido de carbono que calienta el planeta.

Cada 30 segundos, aproximadamente, se escucha un suave zumbido conforme un motor eleva poco a poco los espejos; hacia mediodía estarán completamente vueltos hacia el cielo. El silencio es casi absoluto, nadie imaginaría la cantidad de trabajo que está llevándose a cabo: cada uno de los 760 espejos puede producir unos 84 000 vatios, casi 113 caballos de fuerza. A las ocho de la mañana, el aceite que circula por las tuberías alcanza la temperatura operativa. Una columna de vapor blanco se desprende de una pila de enfriamiento. Media hora después, el sonido de la turbina situada en la estación generadora produce un agudo chillido. Nevada Solar One está lista para entrar en línea.

Parece que la energía solar finalmente ha alcanzado la madurez con una nueva administración estadounidense comprometida a responder al desafío del calentamiento global y acabar con la dependencia del petróleo extranjero. El año pasado, los precios del crudo llegaron a más de 140 dólares por barril para luego desplomarse junto con el resto de la economía, recordatorio del peligro de fincar el futuro en algo tan imprevisible como el oro negro. Mientras responde a la peor recesión desde la década de 1930, Washington empieza a desarrollar enormes proyectos que modificarán la infraestructura nacional, incluyendo el suministro eléctrico. En su discurso inaugural, el presidente Barack Obama prometió “controlar el sol, los vientos y el suelo para impulsar nuestros vehículos y fábricas”. Aunque seguramente las turbinas de viento y los biocombustibles serán contribuidores importantes, ninguna forma de energía es más abundante que la del sol.

“Si hablamos de energía geotérmica o eólica, no podemos dejar de señalar que la cantidad de esas fuentes de energía renovable es limitada –dijo Eicke Weber, director del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar en Friburgo, Alemania, donde nos entrevistamos el otoño pasado–. Hoy día, la necesidad eléctrica total del planeta es de aproximadamente 16 teravatios (un teravatio equivale a un billón de vatios). Pero se espera que, para el año 2020, la demanda aumente a 20 teravatios. La luz del sol en la parte sólida de la Tierra equivale a unos 120 000 teravatios y, desde esa perspectiva, la energía solar es virtualmente ilimitada”.

Son dos los métodos más importantes para el aprovechamiento de dicha energía. El primero consiste en la producción de vapor, ya sea en canales parabólicos como los de Nevada o con un campo de helióstatos, espejos planos dirigidos por computadora que enfocan la luz solar en un receptor situado en lo alto de una enorme “torre de energía”. El segundo sistema convierte la luz solar directamente en energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos (PV, por sus siglas en inglés) fabricados con materiales semicondutores, como el silicio.

Cada estrategia ofrece ventajas particulares. En estos momentos, la generación de vapor, conocida también como tecnología de concentración solar o solar térmica, ha resultado más eficaz que la fotovoltaica, pues convierte en electricidad un porcentaje mayor de la luz solar captada. No obstante, requiere hectáreas de terreno y largas líneas de transmisión para llevar la electricidad al mercado, mientras que los paneles solares pueden instalarse en el techo del lugar donde hace falta la energía. En todo caso, los dos esquemas comparten un mismo obstáculo: pierden eficacia en días nublados y su utilidad es nula al caer la noche. Por ello, se han organizado equipos de ingenieros dedicados a desarrollar sistemas que almacenen esa energía y permitan aprovecharla en las horas de oscuridad.

Los optimistas aseguran que, dado que no se necesitan grandes descubrimientos sino sólo mejoras continuas e incrementales (amén de apoyo gubernamental significativo), la energía solar podría volverse tan económica y eficiente como los combustibles fósiles. Por su parte, los pesimistas afirman que esos argumentos son trillados y que, de hecho, fueron planteados hace 30 años durante la presidencia de Jimmy Carter.

Aquella también fue una época de crisis nacional precipitada por el embargo petrolero árabe de 1973. En su discurso a la nación, ataviado con un suéter de punto, el presidente Carter clamó por una nueva política nacional en la cual la energía solar tuviera una mayor participación. Para 1979, la revolución islámica iraní volvió a disparar los precios del crudo y los conductores estadounidenses formaron largas filas para adquirir gasolina, mientras en sus radios retumbaban canciones como “Bomb Iran”, de Vince Vance & The Valiants (con la música de “Barbara Ann”, de los Beach Boys). Fiel a su palabra, Carter ordenó colocar calentadores solares de agua en el techo de la Casa Blanca.

En los siguientes años, a unos 260 kilómetros al suroeste de Las Vegas, cerca de Daggett, California, se instalaron dos grandes campos de canales parabólicos denominados SEGS I y II (siglas en inglés de Estación Solar para Generación Eléctrica), seguidos en breve por otras siete plantas en las cercanías, en Kramer Junction y junto al desecado lago Harper. Aún operativas, las instalaciones tienen un total aproximado de un millón de espejos dispersos en 650 hectáreas y capacidad para generar 354 megavatios. Desde lejos, el conjunto parece una ilusión óptica.

Sin embargo, el movimiento solar perdió fuerza conforme la economía se adecuaba al impacto petrolero de Irán y el precio del combustible disminuía junto con la sensación de inminencia, de suerte que el capital para inversión se redujo y el sol quedó como un mero factor secundario en la ecuación energética. De hecho, las plantas SEGS seguían en construcción cuando el presidente Ronald Reagan ordenó retirar los calentadores de agua solares del techo de la Casa Blanca. Y así, la primera revolución solar se extinguió.

Dos décadas más tarde, parece que una nueva revolución solar está a punto de estallar.

En Golden, Colorado, se prepara el resurgimiento de otro legado de la era Carter: el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés), principal centro gubernamental para la investigación solar, eólica, de hidrógeno y otros combustibles alternativos. Cuando visité la institución, el otoño pasado, observé que estaban construyendo nuevas oficinas y un campus de investigación. Antaño descuidado por el gobierno, el NREL comienza a beneficiarse del dinero adicional que la administración Obama destina a la energía renovable.

Con la finalidad de abatir costos y limitar la necesidad de incentivos, los ingenieros del NREL ensayan con espejos hechos de polímeros ligeros en vez de vidrio, así como con tuberías de recepción que asimilen más luz solar y disipen menos calor. Asimismo, se empeñan en resolver el principal problema de la energía solar: cómo almacenar parte del calor generado durante las horas de luz para utilizarlo más tarde.

El año pasado, la ciudad española de Guadix, al oriente de Granada, inauguró la primera planta solar comercial con capacidad para almacenamiento de calor. Durante el día utilizan la luz de un campo de espejos para fundir sal; por la noche, cuando la sal se enfría, libera calor produciendo más vapor. La Estación Generadora Solana, en Arizona, también usará sal fundida para almacenar calor.

La construcción de Solana corre a cargo de la empresa española Abengoa Solar, lo cual pone de relieve el retraso de Estados Unidos en el desarrollo de esta tecnología.

Ya en la década de los ochenta, un ingeniero llamado Roland Hulstrom calculó que si tres décimos porcentuales del territorio estadounidense (una superficie de 25 600 kilómetros cuadrados) quedaran cubiertos con paneles fotovoltaicos, esta importante tecnología alternativa permitiría electrificar todo el país.

En este momento, los paneles resultan muy costosos y su eficiencia es de sólo 10 a 20 % contra 24 % de los canales parabólicos, pero la culpa es más de la historia que de la física. Luego del auge solar de mediados de los años ochenta, muchos de los mejores ingenieros emigraron a la industria de la computación, donde utilizaban la misma materia prima: silicio y otros semiconductores. Sin embargo, ahora los grandes talentos de la ingeniería empiezan a reintegrarse al campo de las tecnologías solares para impulsar su desarrollo.

A partir de la premisa de que distintos semiconductores capturan diferentes colores del espectro de luz solar, el año pasado los investigadores del NREL utilizaron varias capas de fosfuro de galio-indio y arseniuro de galio-indio, compuestos que, en combinación con una lente concentradora de luz solar, produjeron una celda PV con eficiencia de 40.8 % (récord mundial que aún no ha sido superado). No obstante, la producción en masa es inviable por el momento.
“La tecnología es increíblemente sofisticada”, informa Ray Stults, director asociado del laboratorio. “Podemos producir celdas con un costo de 10 000 dólares por centímetro cuadrado y, como es evidente, muy pocas personas estarán dispuestas a comprarlas”.

Otra estrategia consiste en sacrificar la eficiencia en aras del costo. Aunque generan menos energía por centímetro cuadrado, los semiconductores de película delgada requieren menos materia prima y, por ende, son más económicos que las grandes instalaciones fotovoltaicas. Sin embargo, los ingenieros del NREL tratan de llegar más lejos y actualmente trabajan en el desarrollo de líquidos fotovoltaicos. “El objetivo es producirlos al costo de un litro de pintura –señala Stults–. La eficiencia no será de 40 o 50 %, sino de 10 % a lo sumo, pero a un costo muy bajo. Con sólo pintar sus paredes tendrá electricidad”.

Los paneles fotovoltaicos no están restringidos al uso en vivien-das o bodegas. Al noreste de Las Vegas, a orillas de la ciudad, la Base Nellis de la Fuerza Aérea produce un promedio de 25 % de la electricidad que consume con tecnología fotovoltaica. El sistema de SunPower Corporation, construido en 2007 en escasas 26 semanas, genera 14.2 megavatios y es la mayor instalación fotovoltaica de Estados Unidos. Con todo, ocupa apenas el lugar 25 en el mundo, pues casi todos los sistemas de mayor tamaño se encuentran en países que han hecho fuertes inversiones en energía solar, como España y Alemania.

Por ahora, ninguna de esas plantas incluye un sistema de almacenamiento. Dado que las celdas fotovoltaicas producen electricidad directamente, no requieren tanques para atrapar el calor de la sal fundida. Una opción sería desviar parte de la corriente fotovoltaica producida durante el día para impulsar bombas y comprimir aire en cavernas subterráneas –aire que, desde hace décadas, se ha utilizado en Alemania y Alabama para almacenar la producción nocturna de las plantas de energía convencionales, que es más barata y puede aprovecharse durante los picos diurnos. En una planta solar el ciclo se invierte: cuando se necesita electricidad por la noche, la energía acumulada durante las horas de luz se libera rápidamente para impulsar una turbina.

Las personas que actualmente viven “desconectadas” de la red pública y generan su propia electricidad con paneles PV instalados en sus techos dependen de baterías comunes para pasar la noche, pero en un futuro no lejano podrían utilizar electrolizadores solares que separen las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno; al recombinarse en una celda de combustible, estos gases pueden generar electricidad. Aunque la idea ya es ampliamente conocida, Daniel Nocera, químico del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusets), el año pasado informó que había logrado un adelanto importante: un nuevo catalizador que vuelve mucho más económica la separación de los componentes del agua.

Nadie conoce, a ciencia cierta, el futuro de la energía solar, pero empieza a surgir un consenso en torno de sus infinitas posibilidades; por supuesto, a condición de que nos comprometamos a reactivar la tecnología.

Una fría mañana de diciembre, al oeste de Frankfurt, Alemania, la niebla pende de los árboles y las nubes obstruyen la luz del sol. Aterido, en un puente que domina la población de Morbach, observo una turbina de viento de 100 metros de altura cuyas aspas, al girar, parecen entrar y salir de entre las sombras. Abajo, un campo de paneles fotovoltaicos lucha por recibir luz. ¿Quién habría pensado que Alemania se convertiría en el mayor productor mundial de energía fotovoltaica, con una capacidad de más de cinco gigavatios?

Una fracción de esa energía procede de plantas centralizadas, como la pequeña instalación de Morbach o incluso el extenso Parque Solar Waldpolenz, de 110 hectáreas y construido hace poco con tecnología de película delgada en una base aérea soviética abandonada, próxima a Leipzig. Dado el alto costo de la tierra en Alemania, los paneles solares se instalan en tejados, granjas e incluso campos de futbol o junto a las autopistas. Aunque dispersos por la campiña, todos están conectados con la red eléctrica nacional y las compañías de servicios públicos están obligadas a pagar una prima de 50 centavos de euro por kilovatio-hora, incluso a los productores más pequeños.

“Nos pagan por vivir en esta casa”, asegura Wolfgang Schnürer, residente de Solarsiedlung (“asentamiento solar”), complejo de condominios de Friburgo. Afuera, la nieve resbala de los paneles solares que cubren los techos del desarrollo. El día anterior, el sistema de Schnürer produjo apenas 5.8 kilovatios-hora, ni siquiera suficiente para un hogar germano, pero en los soleados días de mayo la instalación puede generar hasta siete veces esa cantidad.

Luego de servir café y galletas navideñas, Schnürer extiende unos documentos en la mesa. En 2008, su planta de energía personal produjo 6 187 kilovatios-hora, más del doble de lo que su familia requiere; después de restar la electricidad consumida de la cantidad producida, los Schnürer salieron ganando más de 2 500 euros (casi 3 700 dólares estadounidenses).

Asentada a orillas de la Selva Negra, en el sur del país, la “soleada Friburgo” (así descrita en los folletos turísticos) ha sido transformada por el uso extensivo de la energía solar. Al otro lado de la calle, frente a Solarsiedlung, hay un estacionamiento y una escuela cubiertos con paneles fotovoltaicos, y en la parte vieja de la ciudad, muros fotovoltaicos colosales dan la bienvenida a quienes visitan la estación de trenes. En el vecino Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar se desarrolla la tecnología de siguiente generación. Uno de los proyectos utiliza lentes Fresnel para concentrar 500 veces la luz solar y elevar a 23 % la eficiencia de un panel fotovoltaico estándar.

Investigaciones como esta son impelidas por la demanda que ha creado el programa gubernamental de “aranceles de alimentación” (en inglés, feed-in tariffs), explica Eicke Weber, director del instituto. Cualquiera que instale un sistema fotovoltaico tiene una tasa preferencial garantizada a 20 años, equivalente a un rendimiento anual de 8 % sobre la inversión inicial.

El escaparate más espectacular para el futuro solar es, posiblemente, la Plataforma Solúcar, complejo español situado en la llanura andaluza. Ya había visto fotografías de la torre de energía de 11 megavatios llamada PS10, con una altura de 115 metros y rodeada de 624 espejos rastreadores que reflejan los rayos de luz solar hacia la cúspide, la cual se enciende con el fulgor de una estrella. Junto a ella se eleva la torre de energía PS20, que incluye el doble de helióstatos y, por consiguiente, duplica la capacidad de producción. Sin embargo, al alcanzar la cumbre de una colina, como a 25 kilómetros al oeste de Sevilla, veo que el clima alemán me ha seguido. El valle está envuelto en niebla, un recordatorio de que incluso en los tórridos paisajes del sur de España la energía solar siempre tendrá que complementarse con almacenamiento y otras formas de energía.

En cuanto me recibe en la entrada, el director de la planta propiedad de Abengoa Solar, Valerio Fernández, anuncia: “Anoche tuvimos un problema; se perdió la torre”. Escucho su risa mientras dirigimos la mirada hacia la PS10, cuyo remate está envuelto por las nubes. Un día cualquiera, la energía enfocada en la torre alcanzaría una potencia de cuatro megavatios por metro cuadrado, mucho más de la que puede utilizarse con seguridad; por ello, los operadores de la PS10 han debido limitar el flujo para evitar que el receptor se funda.

Las torres de energía son una versión distinta de la tecnología solar térmica, otra forma de aprovechar el sol para producir vapor. Aunque los canales parabólicos han demostrado su eficacia en áreas extensas y llanas, las torres de energía pueden adaptarse a terrenos montañosos, alineando los espejos para que converjan individualmente con el calentador elevado. Debido a que la torre incrementa aún más la temperatura del vapor, es potencialmente más eficiente.

No obstante, dado que la industria solar aún se encuentra en pañales, Abengoa Solar debe compensar sus riesgos. Cerca de las torres de energía, unas grúas montan filas de canales parabólicos. A espaldas de la PS10 se extiende un campo de celdas fotovoltaicas de tecnología avanzada que siguen el paso del sol sobre dos ejes (Norte-Sur y Este-Oeste) a fin de asegurar una exposición óptima durante todo el año. Cada panel ha sido adaptado con espejos o lentes Fresnel para intensificar la luz. “Nuestro objetivo es capitalizar cada uno de los rayos del sol”, declaró Fernández.

DE VUELTA EN ESTADOS UNIDOS, ENCUENTRO un artículo donde el autor desafía al país a apretar el paso en los esfuerzos para controlar el sol: “Cada hora, inunda la Tierra con un diluvio de energía térmica equivalente a 21 000 millones de toneladas de carbón –calcula el escritor–. Es casi imposible concebir la enorme producción que ofrece la energía solar”. Ilustrado con un dibujo de una planta solar futurista y enormes espejos generadores de vapor, el artículo lleva por título “¿Por qué no tenemos… energía solar?”. La fecha: septiembre de 1953.

Tal vez al fin ha llegado el momento oportuno. En febrero pasado, BrightSource Energy firmó contratos con Southern California Edison para construir una serie de torres de energía en los desiertos del suroeste que, con el tiempo, producirán 1.3 gigavatios de electricidad (lo mismo que una gran planta operada con carbón). Por supuesto, los ambientalistas están preparándose para combatir algunos de estos proyectos, pues cubrirán grandes extensiones de desierto y algunos utilizarán mucha de la escasa agua para el proceso de enfriamiento. Como cualquier otra forma de generación de energía, la solar conlleva ciertos sacrificios.

Con todo, falta mucho camino por recorrer. Durante mi estancia en Nevada conduje hasta la presa Hoover, uno de los primeros productores de electricidad renovable. Me dejó esperanzado. Al volver a la parte superior, mientras leía las opacas placas de bronce y admiraba la arquitectura art déco, reflexioné en la forma como Estados Unidos respondió al desafío de la Gran Depresión. El Nuevo Acuerdo, nombre impuesto a aquel primer paquete de estímulo, incluía no sólo a Hoover sino a la Autoridad del Valle de Tennessee, que llevó energía hidroeléctrica al sureste, y a la Administración de Electrificación Rural, que realizó el tendido eléctrico a lo largo del país. El paisaje de la nación se transformó durante una época de sufrimiento económico y, siete décadas más tarde, seguimos cosechando sus beneficios cada vez que movemos un interruptor.

Fuente: National Geographic