La venganza de lo material
«El reto de la descarbonización representa un ingente esfuerzo industrial y tecnológico muy superior al que hizo EEUU durante la Segunda Guerra Mundial»
Central nuclear de Bugey, en Francia. | AFP
En 1964, el astrónomo soviético Nikolai Kardashev, pensando en la posibilidad de vida extraterrestre, propuso una escala de tres niveles para medir el grado de avance de cualquier civilización, tomando como variable decisiva la de su capacidad para acceder a fuentes de energía: el primer nivel englobaba a aquellas civilizaciones capaces de extraer la energía de su planeta; el nivel 2 se asignaba a aquéllas que dominaran toda la energía de su estrella; y el tercero era para las que se hacían con la energía de toda su galaxia. Es una escala a la que se sigue haciendo referencia a día de hoy, a pesar de que todavía no nos hemos topado con señales de vida inteligente ahí afuera.
Echando un vistazo a las estadísticas de la Agencia Internacional de la Energía (iea.org), está claro que nuestra civilización no acaba de superar el primer peldaño de la escala Kardashev: a cierre de 2019 los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) seguían representando, al igual que en 1990, el 80% de la oferta total de energía en el mundo (total energy supply), y se ha mantenido en ese 80% a pesar de que en estos 30 años la demanda total de energía casi se ha multiplicado por dos, empujada muy mayoritariamente por el crecimiento de China. Solo el otro 20% ha cambiado ligeramente de perfil, con las energías renovables (hidroeléctrica, viento y solar) aumentando su peso desde el 2,5% al 4,7%, y la energía nuclear perdiendo un punto porcentual del 6% al 5%.
A la vista de cómo han discurrido los últimos 30 años, se comprende mejor la enorme magnitud del reto que supone eliminar en los próximos 30 el consumo de combustibles fósiles sustituyéndolos por energías limpias, fundamentalmente en forma de energía eléctrica. La potencia eléctrica nueva que tendremos que instalar se estima entre cinco y ocho veces la potencia eléctrica mundial actual, según estimemos el crecimiento de la economía, las mejoras en eficiencia energética y la mayor o menor intermitencia del mix de tecnologías de generación que se construya. Hay analistas que comparan este ingente esfuerzo industrial con el que Estados Unidos desplegó durante la Segunda Guerra Mundial, como prueba de que se puede hacer de nuevo.
«El objetivo no es sustituir las centrales nucleares, sino sustituir todo el consumo de combustibles fósiles»
Al desafío de abastecer a 8.000 millones de personas de energía sostenible y asequible, y no solo a los mil millones de afortunados actuales, se suma otro a tener en cuenta del que se habla mucho menos, y es el que plantea la siguiente pregunta: ¿tenemos sitio físico disponible para instalar todas esas nuevas plantas de generación eléctrica? El asunto se entiende en cuanto analizamos las distintas tecnologías de generación limpia en función de la llamada densidad de potencia o potencia por unidad de superficie ocupada por la planta de generación. Resulta que una central nuclear tiene una densidad de potencia de unos 1.000 vatios por metro cuadrado (W/m2) y la de un ciclo combinado superaría con creces los 3.000 W/m2. La densidad de potencia de una planta solar, dependiendo de su ubicación, puede oscilar entre los 20 y los 40 W/m2, y la de un parque eólico en tierra no superaría los 3 W/m2. El cálculo inmediato es el siguiente: para sustituir la energía anual de una central nuclear de 1.100MW que ocupara 1km2 de superficie, necesitaríamos una planta solar de entre 50 y 25km2 (a mayor densidad menor superficie ocupada); o un parque eólico de ¡350 km2! Para entender bien estas superficies recordemos que la ciudad de Barcelona ocupa poco más de 100km2.
Pero el objetivo que tenemos frente a nosotros no es sustituir las centrales nucleares del mundo, que al fin y al cabo no emiten CO2, sino sustituir todo el consumo de combustibles fósiles, que hoy día es 15 veces mayor que la energía que producen todas las centrales nucleares. Los tecno-optimistas que pensaran que se podría aplicar la famosa ley de Moore – de duplicación de la capacidad de los chips cada dos años – a los aerogeneradores o a las placas solares, o a la innovación tecnológica de la descarbonización de la industria en general, se enfrentarían a lo que podría llamarse la venganza de lo material: leyes de la física que imponen limitaciones como que la densidad de potencia de un parque eólico apenas aumenta con el tamaño de sus aerogeneradores, sino solo con (el cubo de) la velocidad del viento; o que las células fotovoltaicas se enfrentan al implacable límite de Shockley-Queisser, contra el que pelean con renovadas esperanzas los desarrollos de células fotovoltaicas multicapa.
Así las cosas, el reto de la descarbonización representa sin duda un ingente esfuerzo industrial y tecnológico, muy superior desde luego al que hicieron los Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial. Yo diría que el esfuerzo sería más bien comparable, volviendo a nuestro amigo el astrónomo Kardashev, al de saltar del nivel 1 de su escala (dominar la energía del planeta) al nivel 2, y llegar a dominar la energía de nuestra estrella. El desafío que tenemos a medio plazo descansará principalmente en una energía solar con una densidad de potencia creciente, pero también en una energía nuclear (de fisión), con una renovación tecnológica que la haga más segura y menos compleja de construir que la de las centrales nucleares actuales. Así ayudaremos a resolver la creciente demanda de energía hasta que seamos capaces de dominar, ojalá más pronto que tarde, la tecnología de fusión nuclear, con la que se replica en la Tierra la maquinaria de generación de energía del sol por la fusión de sus átomos de hidrógeno. Este dominio último confirmaría sin ningún género de dudas nuestro ascenso a la categoría 2 de las civilizaciones de Kardashev.
