¿Cómo será el mercado de energía en el futuro?

¿Qué tipos de tecnologías nos encontraremos en el futuro?  ¿Qué podemos esperar para el futuro?  Una gran parte del debate sobre las fuentes de energía del futuro se centra hoy en la producción de energía limpia, pero se omiten otros factores.  Asimismo no se plantea cómo será el funcionamiento del mercado de energía en el futuro.

No pretendo anticipar el futuro, porque este sólo lo conoce Dios, sino que se trata de una presentación de información exploratoria acerca del futuro de la energía, para iniciar un debate.

Tareas primarias en el mercado de la energía

De lo que se puede observar, pareciera haber 4 tareas básicas:

• Extracción del insumo energético (obtener el recurso de la naturaleza)
• Procesamiento para obtener la energía (tecnologías)
• Almacenamiento de energía
• Distribución de la energía

Distribución de energía

La distribución de energía en EUA actualmente representa un gran problema. 

Al estar la infraestructura de energía en manos privadas y al estar el mercado desregulado, los pequeños productores no disponen de herramientas para acceder a dichos medios para hacer llegar la energía a sus clientes.  Es decir, cada uno sálvese como pueda.  Por este motivo en el mercado de energía no hay libre mercado, porque los canales de distribución están acaparados por las grandes firmas que no están interesadas en darle espacio a competidores pequeños.

The Daily Beast (21st Century Power) señala que:

Es esencial que modernicemos la infraestructura eléctrica mundial para apoyar la energía renovable y el incremento en eficiencia energética.  "los sistemas globales de transmisión eléctrica y sistemas de distribución simplemente no le han podido seguir el ritmo a nuestra sociedad que crece y exige energía limpia y fiable" dice Gina Domanig, Managing Partner de Emerald Technology Ventures.

Almacenamiento de energía

Existen varios tipos de baterías (Batería - wikipedia):

• Alcalinas
• Alcalinas de manganeso
• Níquel-Cadmio
• Níquel-hidruro metálico
• Iones de litio
• Polímero de litio
• Pilas de combustible
• Condensador de alta capacidad

En un articulo publicado en Investigación y Ciencia en 1996 (Baterías de litio. La alternativa al plomo y al cadmio) se dice esto:

Actualmente existen dos tipos de baterías recargables que dominan el mercado: las baterías de plomo y las de niquel-cadmio.  Las baterías de plomo reinan en nuestros automóviles pero sólo destinadas a cubrir las necesidades de arranque, iluminación e ignición (no tienen suficiente energía para mover el coche).   Las baterías de níquel-cadmio a falta de mejores baterías, se emplean en artículos de electrónica de consumo como videocámaras y ordenadores o teléfonos móviles.

Así como el cadmio y el plomo son muy contaminantes, el litio es reactivo y venenoso también, y las pilas suelen tener un efecto de memoria que hace que con el tiempo dejen de ser tan recargables.  ¿Qué otras alternativas existen?

Las pilas de combustible

Una pila de combustible no es exactamente una batería tradicional, en tanto no se almacena energía eléctrica sino química. 

Un ejemplo de ello es la tecnología del hidrógeno.  Puedes obtener hidrógeno del agua, que se consigue en todo el planeta y es el gas más abundante en el universo.  Al combinarse de nuevo con oxígeno, se obtiene una reacción de altísimo octanaje.  Tu podrías tener el oxígeno e hidrógeno separados por tiempo indefinido y puedes combinarlos cuando quieras, de modo que la energía química queda almacenada de forma indefinida sin que haya pérdida.

Los motores principales del transbordador espacial (Space Shuttle Main Engine también llamado SSME), han logrado 100% de éxito en el vuelo y han demostrado una fiabilidad por encima de 0.9999.  Son motores fabricados por Boeing que son reutilizables y usan combustión de oxígeno (LOX) e hidrógeno (LH2).  Los SSME posen un coeficiente de impulso específico (Isp) de 453 segundos. El Isp es una medida de eficiencia de uso de propelente en un motor a reacción, y a mayor ISP la eficiencia es mayor.  Indica la cantidad de impulso que se puede obtener por unidad de propelente.  Cabe indicar que el ISP no tiene nada que ver con la fuerza de empuje (thrust) que un motor provee, sino esencialmente con el consumo de propelente.

La diferencia entre impulso específico y empuje puede ser ilustrada con las marchas de un carro.  La primera marcha gasta mucho combustible (poca eficiencia) pero proporciona suficiente empuje para subir una montaña empinada (alto empuje).  La sexta marcha de un auto gasta poco combustible (alta eficiencia) pero si tratas de arrancar el auto en dicha marcha probablemente se te apague el carro porque sta marcha no tiene suficiente fuerza para mover un carro estacionado (bajo empuje).

Fuente: Specific impulse

Aunque observamos que la propulsión de iones y el motor VASIMR tienen un Isp mayor, desafortunadamente son tecnologías que están optimizadas para operar en el vacío del espacio y su empuje es muy bajo.  Destaco el motor VASIMR de la empresa Ad Astra Rocket, porque me parece un invento muy interesante que podría usarse en el mercado energético a futuro, y no sólo para viajes espaciales como el viaje a Marte (Conceptual Mars mission using 3 VASIMR engines).

La tecnología del hidrógeno aún presenta algunos desafíos técnicos como:

• Filtraciones de hidrógeno: Las moléculas de hidrógeno son muy pequeñas y se escapan de los tanques metálicos como se escapa el agua a través de una bolsa de tela (Dynamic modeling of a solar hydrogen system under leakage conditions).  Según algunos el hidrógeno presenta riesgos al ser un gas invernadero (Environmental impacts of hydrogen based energy systems).  Una posible manera de compensar este problema sería combinar el hidrógeno en un compuesto que no sufra filtraciones y no ocasione efecto invernadero.
• Condiciones de operación: Para obtener el máximo de eficiencia del sistema, y con ello mejorar la cantidad de energía que se obtiene de la reacción, se ocupa enfriar mucho el hidrógeno hasta volverle líquido (Liquid Hydrogen Fuel).  En 1991 BMW introdujo su primer carro de hidrógeno.

Por supuesto, el uso de hidrógeno en la mente de algunos también genera temores, cuando se cita la explosión del transbordador Challenger o el desastre del Hindenburg que trajeron consecuencias fatales.  Sin embargo cabe señalar que a diferencia de dichos vehículos que fueron destruidos, un conductor de auto con motor de hidrógeno no estaría sentado sobre toneladas de combustible.

Energía nuclear

Lester Brown en su excelente artículo "The Flawed Economics of Nuclear Power" hace un interesante análisis de los problemas de la energía nuclear.  Los costos de energía que se suelen usar no incluyen la disposición final de desechos nucleares, el costo de disponer de instalaciones nucleares viejas, y costo real de asegurar las instalaciones contra accidente, que al trasladarse en forma de gasto público se ven como déficit de gobierno, y no como costo real de la energía.  Por esta razón los impulsores de este tipo de energía, quienes han querido hacer negocio aprovechando el tema del cambio climático, tienen serias fallas en sus propuestas.

Con el proceso de enriquecimiento de Uranio o al irradiar combustible nuclear, produce uranio empobrecido (What is depleted uranium?). El desecho de hexafluoruro de uranio es una sal (combinación de fluoruro o silicato con el uranio) altamente venenosa.  No hay tecnología actual que se use para procesar estos desechos de modo que se envían a basureros nucleares.

Una posible opción (que es una simple ocurrencia mía) para procesar estos desechos es usar un motor VASIMR que convierte todo en su interior en plasma a varios millones de grados, de modo que las moléculas se disocian y de obtiene los elementos químicos de dichas sustancias, estratificados según peso atómico. Claro, puede existir el problema de que el material radiactivo interfiera con el funcionamiento o surja algún problema técnico o de seguridad para procesar desechos tóxicos de esta manera.

Otra forma sería enviar los desechos al sol.  Se ocuparía un lanzador para llevar el desecho a la órbita, y luego la última etapa podría ser remolcada por una nave remolcadora reutilizable que también usaría un motor VASIMR. A diferencia de los cohetes de combustible químico que gastan mucho propelente, una nave VASIMR presenta cualidades de eficiencia que podrían permitir efectuar este tipo de maniobras orbitales a un costo muy inferior al de los motores de combustible químico.  El motor, aunque necesita probarse en el espacio, ya fue probado en tierra (VASIMR Fires At Full Power For 15 Seconds) de modo que ya no es ciencia ficción.

Sin embargo esta posible solución a uno de los problemas, no resuleve el resto de los aspectos mencionados por Brown para la fisión nuclear (división de átomos).  Quizá debamos entonces voltear los ojos al cielo y encontrar maneras de desarrollar minería de Helio 3 que se encuentra en la Luna y que fue depositado por el viento solar en la Luna.

Energía eólica

Brown tambien señaló desde 2003 que la energia eólica es el candidato perfecto para ser considerada como la fuente de energía del futuro (Wind Power Set to Become World's Leading Energy Source).  Si vemos hoy a nuestro alrededor es posible comprar por internet una pequeña turbina eólica en le techo de la casa que nos puede dar 900W (una luz incandescente casera puede consumir unos 100W) por un precio cercano a los $2000.

El futuro de la energía

Ya el petróleo parece tener sus días contados, y a pesar de esto su comportamiento podría no ser el esperado (Dudas en el alza del precio del crudo).  Muchos países ya se mueven en dirección hacia los renovables (Chile reactiva proyecto solar en desierto)

Actualmente es poco probable que sea EUA el que lidere el futuro de la energía por varias razones:

• Aunque se han identificado grandes yacimientos de litio en Afganistán (U.S. Identifies Vast Mineral Riches in Afghanistan), parece que será China y no EUA el que se beneficiaría de ello (China, Not U.S., Likely to Benefit from Afghanistan's Mineral Riches).  De esta manera, EUA gasta en lo militar y hace enemigos, mientras China genera empleo y hace amigos.
• China parece liderar la carrera por los renovables (China Leading Global Race to Make Clean Energy) mientras EUA acusa a China de subsidiar la innovación doméstica china (US accuses China of illegal wind power aid).  Si el subsidio es "ilegal", ¿cómo es que nadie castiga los subsidios agrícolas en EUA (Most U.S. Farm Subsidies Go to 10% of Recipients, Group Says)?  Evidentemente es una batalla política, la continuación del mal matrimonio codependiente de China y EUA.
• EUA no tiene políticas claras en materia energética que estimulen la innovación.  No hay perspectivas de estabilidad económica futura debido al fantasma fiscal donde no hay perspectivas de reducción de deuda, sino cada vez más y más déficit (USA may "collapse" like Soviet Union says Harvard's Ferguson).  La infraestructura de EUA está en manos de grandes productores y no hay incentivos claros para invertir en innovación.  La innovación no viene por accidente, sino a partir de políticas gubernamentales claras y un panorama estable que permita establecer una ganancia para recobrar los costos de la innovación.  EUA no presenta esas condiciones.

¿Irá China a ser el faro de innovación en materia energética en el futuro?