Electricidad: la moneda energética universal [*]

Por Harald Desing

03 de marzo de 2023

La energía se conserva. Contrariamente al lenguaje común, la energía no se puede «producir» ni «consumir», sino solo transformar. Sin embargo, existen formas de energía más y menos útiles: la electricidad, por ejemplo, es extremadamente versátil y puede transformarse en cualquier otra forma de energía con una eficiencia cercana al 100%. Por el contrario, el calor a baja temperatura ya no puede hacer mucho trabajo; es el «desperdicio» de energía sin potencial de trabajo. El potencial de trabajo se llama exergía: la electricidad tiene un contenido de exergía del 100%, mientras que el calor a la misma temperatura que el entorno tiene un 0%. La sociedad está impulsada por el trabajo útil proporcionado a través de diferentes recursos energéticos. Por lo tanto, las diferentes formas de energía deben compararse con el trabajo útil que pueden realizar.

Comúnmente, este no es el caso. Las estadísticas de energía, como las de la Agencia Internacional de la Energía, AIE, o de las oficinas nacionales de estadísticas, comparan manzanas con naranjas: la energía «primaria» se contabiliza en diferentes niveles: contenido de energía calorífica de los combustibles (es decir, el potencial de calor que se puede generar quemando el combustible) junto con electricidad solar y calor geotérmico a diferentes niveles de temperatura. Todos ellos tienen diferentes potenciales de trabajo, y luego se utilizan como diferentes formas de energía: calor para edificios e industria, electricidad o movimiento para la movilidad.

Cuando des fosilicemos el sistema energético, la mayoría de las aplicaciones de energía fósil, que aún no son electricidad, tienen que ser reemplazadas por electricidad renovable . Por ejemplo, en lugar de motores de combustión interna en automóviles y camiones, necesitamos vehículos eléctricos de batería y trenes eléctricos; las calderas de gas pueden ser reemplazadas por bombas de calor alimentadas por electricidad; y calor de alta temperatura para la industria con calentamiento eléctrico directo (como un horno de arco eléctrico) o hidrógeno producido con electricidad renovable (como el acero reducido en hidrógeno). Los colectores solares térmicos también podrían proporcionar calor a baja temperatura, con una eficiencia similar a la conversión a electricidad solar primero y al calor con bombas de calor después. Los sistemas solares concentradores podrían proporcionar calor a alta temperatura, sin embargo, esto actualmente no es muy práctico para la mayoría de las aplicaciones en la industria. En casos particulares, puede tener sentido proporcionar calor directamente de energía solar, biomasa o geotérmica. Sin embargo, en general, la electricidad es la forma de energía intermedia universal y versátil para todos los sectores.

No tenemos que reemplazar la energía fósil «primaria», sino solo el trabajo útil que proporcionan a la sociedad. La conversión ficticia de toda la energía primaria en equivalentes de energía eléctrica utilizando tecnologías de conversión de última generación proporciona una estimación más razonable de lo que realmente necesita ser reemplazado. Reduce el suministro de energía a la sociedad de casi 19 teravatios (TW) en 2019, según lo contado por la AIE como energía «primaria», a 7,3 TW . Las energías renovables ya aportan el 15% de esto, por lo que «solo» 6,3TW necesitan ser reemplazados durante la transición energética con electricidad renovable.

A veces, esta reducción se denomina «mejoras gigantescas de la eficiencia» cuando se cambia a sistemas de energía renovable, pero en realidad se trata simplemente de contar energías sobre la base de la utilidad para la sociedad. La eficiencia de los servicios energéticos subsiguientes sigue siendo la misma. La eficiencia del sistema de suministro de energía, por el contrario, podría medirse rastreando las conversiones de energía hasta su origen. Para la mayoría de las formas de energía, este es nuestro sol. La energía hidroeléctrica no es más que luz solar convertida: la luz solar en los océanos evapora el agua, forma nubes y genera vientos que transportan vapor sobre la tierra donde cae como lluvia. La diferencia de altura de la escorrentía de regreso a los océanos es lo que se puede utilizar como energía hidroeléctrica. Esta descripción ya deja en claro que, de la energía solar original, solo una pequeña fracción se puede convertir en hidroelectricidad. Lo mismo se aplica a la eólica y la biomasa. Todas ellas son mucho menos eficientes que la conversión directa de energía solar. Los combustibles fósiles tampoco son más que (antigua) luz solar. Habían sido producidos lentamente durante muchos millones de años por biomasa enterrada; ahora los quemamos a un ritmo más de diez mil veces más rápido de lo que fueron producidos. La energía solar que creó los depósitos de carbón, petróleo y gas es nuevamente mucho más que la energía solar almacenada en biomasa reciente, reduciendo aún más la eficiencia de conversión de la luz solar en trabajo útil. Las energías nuclear, geotérmica y mareomotriz no se originan en nuestro sol. Se originan a partir de estrellas en explosión y deben rastrearse hasta el Big Bang. La energía de nuestro sol también se remonta al Big Bang, que sería verdaderamente energía primaria: todo el trabajo útil a nuestra disposición se origina allí.

Debido a todos los pasos de conversión adicionales para otras formas de energía, la conversión de energía solar directa es la forma más eficiente de proporcionar trabajo útil a la sociedad. Y la energía eléctrica es la materialización del trabajo útil (100% exergía), por lo que es ideal para realizar comparaciones y modelar sustituciones entre diferentes sistemas de provisión de energía.

[*] Fuente: 03.03.2023, desde el blog de Ugo Bardi “The Sunflower Society” (“La Sociedad del Girasol”), autorizado por el autor.