Cuenta
regresiva
Como captar la energía solar
ROLAND LEHOUCQ *
La Tierra es un sistema finito. Formulada de esa manera, la cosa parece evidente,
aunque en la vida de todos los días pase desapercibida. Hasta tal
punto las medidas de referencia de los humanos son diferentes de las escalas
terrestres. La diferencia es tal, que hemos usado desmesuradamente nuestros
recursos, suponiéndolos, si no infinitos, al menos enormes. La parte
del ecosistema terrestre del que la humanidad se apropiaba pareció
durante mucho tiempo insignificante en relación con los recursos disponibles.
Pero hay que reconocer que al cabo de 50 años de crecimiento exponencial,
la actividad humana rivaliza actualmente con las fuerzas naturales. Una manera
de cuantificar esa actividad, es considerar la energía que consume.
Desde el punto de vista de la física, la energía representa
la magnitud de la capacidad que posee un sistema para modificar a los otros
sistemas con los que está en interrelación.
Un crecimiento exponencial choca inevitablemente, y mucho más rápido
de lo que se cree, con la finitud de los recursos de su medio ambiente. Tomemos
el ejemplo de bacterias cultivadas en un recipiente, que se reproducen dividiéndose
y cuyo número se duplica en un tiempo variable que, por poner un ejemplo,
puede ser inferior a veinte minutos. Supongamos que los descendientes de
una sola bacteria colocada al mediodía en un medio de cultivo, logran
saturar el recipiente a medianoche: en ese lapso, la cantidad de bacterias
se habrá visto multiplicado por 68.000 millones. ¿En qué
momento el recipiente estaba lleno por la mitad? A las 23.40 horas. Si nosotros
fuéramos una de esas bacterias, ¿en qué momento hubiéramos
tomado conciencia de que empezaba a faltar espacio? A las 22 horas la colonia
ocupaba apenas el 1,5% del espacio del recipiente y por lo tanto no imaginaba
la catástrofe inminente. Supongamos que a las 23.20 horas una bacteria
particularmente perspicaz comenzara a inquietarse, que movilizando enormes
medios lograra lanzar un programa de búsqueda de nuevos espacios y
que a las 23.40 horas se hallaran tres nuevos recipientes vacíos.
¡lo que cuadruplicaba el volumen disponible! Ese aumento de recursos,
aparentemente considerable, sin embargo solo brindaría una tregua
de 40 minutos: la colonia quedaría saturada nuevamente a las 00.40
horas.
Con las actuales tasas de crecimiento, el tiempo necesario para que se duplique
el consumo mundial de energía es de unos 50 años. La crisis
que se anuncia, y que ya muestra sus primeros síntomas, no es más
que la manifestación de un crecimiento exponencial en un medio ambiente
que tiene límites. ¿Es posible estimar las escalas de tiempo
que entran en juego? Una primera tentativa consiste en calcular el tiempo
que requiere el consumo para duplicarse. Otra manera de proceder sería
calcular la relación entre las reservas estimadas de un recurso y
el consumo anual actual. El valor obtenido estará por encima del tiempo
real de agotamiento del recurso considerado, pues implícitamente contiene
la hipótesis -hoy no verificable- de una estabilidad del consumo.
Según se consideren las reservas probadas o las reservas últimas,
el tiempo necesario para que se agote el petróleo, el gas natural
y el uranio, varía entre 40 y 120 años. La situación
es más favorable respecto del carbón, que desaparecería
entre 220 y 850 años (1). Desde el punto de vista de los recursos
fósiles, se acerca la medianoche...
¿Qué posibilidades hay de prolongar la cuenta regresiva? La
primera, que resulta evidente, consiste en pasar a un tipo de desarrollo
más lento, de crecimiento cero o negativo. Esa medida resulta indispensable,
aun cuando su aplicación a escala mundial parece muy difícil,
a causa de la fuerte demanda de energía. Sin embargo, cada paso en
esa dirección tiene el mérito de hacernos ganar un poco de
tiempo sobre la inexorable desaparición de los recursos fósiles.
Por otra parte, la captación de la energía solar, eólica,
geotérmica, hidráulica, de bio-masa, de las mareas, de las
olas o de fuentes térmicas marinas, también permitiría
desacelerar el agotamiento de los combustibles fósiles. Sin embargo,
excluyendo la energía solar, la potencia disponible en las fuentes
de energía renovables sólo supera unas pocas veces a la consumida
en la actualidad. Si el crecimiento planetario del consumo continúa
al ritmo actual, llegará el día en que el gasto de energía
saturará las capacidades de renovación. Por lo tanto, la potencia
disponible en esas fuentes de energía pone un límite al crecimiento
del consumo energético humano, pero con una ventaja indiscutible respecto
de los recipientes para bacterias y de las energías fósiles:
las reservas se renovarán.
La Tierra recibe del sol una potencia 13.000 veces superior a la que consume
la humanidad. El sol brilla a causa de su alta temperatura -de unos 6.000°
en la superficie- y en un poco más de un millonésimo de segundo
irradia la misma cantidad de energía que la humanidad produce en un
año (2).
Así, a escala humana, ese astro constituye una fuente aparentemente
inagotable: brilla desde hace 4.500 millones de años y seguirá
haciéndolo durante aproximadamente otro tanto. Si brilla intensamente
desde hace tanto tiempo es porque extrae su energía del corazón
de los núcleos atómicos: en las regiones centrales más
calientes, las reacciones de la fusión termonuclear liberan la energía
transformando cuatro núcleos de hidrógeno en un núcleo
de helio. Captar una fracción apreciable de esa energía cambiaría
radicalmente las escalas de tiempo que están en juego. ¿Cómo
hacerlo? Además de los métodos tradicionales (captores solares
de tipo fotovoltaicos o térmicos) existen dos ambiciosos proyectos
que tratan de abrir un camino en esa dirección. El primero, que consiste
en construir una gigantesca torre solar, está en vías de experimentación:
el segundo, que prevé la puesta en órbita de una estación
solar, aún está en estudio.
La estructura más alta nunca construida por el ser humano podría
alzarse en el outback (3) australiano antes de 2008. La compañía
australiana EnviroMission proyecta erigir allí una torre solar de
más de un kilómetro de alto, capaz de generar una potencia
de 200 megavatios (4). Al nivel de la superficie, la torre tendrá
una sección del tamaño de un campo de fútbol, y se situará
en el centro de una estructura de vidrio de más de 7 kilómetros
de radio. Su funcionamiento es simple: la luz del sol calentará el
aire situado bajo el techo de vidrio, que estará inclinado de manera
que el aire caliente se eleve hacia la torre. En ella será canalizado
para accionar turbinas cuya rotación generará electricidad
las 24 horas del día. A pesar de que la radiación solar es,
por naturaleza, intermitente, el calor almacenado en el suelo, bajo el colector
de vidrio, representará una fuente extra durante la noche. Esa torre
será una versión gigante del prototipo de "chimenea solar"
inventado y construido por el ingeniero alemán Schlaich Bergerman
en 1982, cerca de Manzanares, en España.
Casi toda la energía que irradia nuestra estrella se pierde en el
infinito, dado que la Tierra sólo intercepta la mitad de la mil millonésima
parte. ¿Por qué no captar entonces esa radiación desde
el espacio? La ausencia de alternativa día/noche permitiría
alimentarse del sol permanentemente. Además, la ausencia del filtro
que representa la atmósfera, multiplicaría por ocho la potencia
recibida. Durante los años 1995-2000 la NASA lanzó el programa
de investigación y de desarrollo tecnológico Space Solar Power
(5) para realizar los estudios previos a la construcción de grandes
estaciones solares orbitales, capaces de producir cientos de megavatios y
hasta algunos gigavatios. Grandes paneles fotovoltaicos captarían
los rayos del sol, cuya energía sería luego transportada bajo
la forma de ondas centimétricas. Una experiencia de ese tipo tuvo
lugar en la isla de la Reunión, donde la utilización de microondas
permitió suministrar energía a los habitantes de un valle de
difícil acceso (6). Otros países se mostraron interesados por
ese proyecto. A comienzos de 2001. Japón anunció su intención
de realizar un centro solar orbital antes de 2040. Ese satélite estaría
equipado con dos paneles gigantes de un kilómetro por 3 kilómetros
y pesaría unas 20.000 toneladas.
Si el consumo humano de energía siguiera su actual progresión
a largo plazo, únicamente el sol sería capaz de suministrarla
en cantidad suficiente. Sin embargo, hay una fecha límite teórica:
la del día en que el aumento del consumo obligue a captar toda la
potencia de su radiación. Esa fecha podría no estar tan lejos
como imaginamos: se alcanzaría al cabo de 3.200 años de un
crecimiento anual del 1%. También el sol es finito.
(1) Fuente: http://www.industrie.gouv.fr
(2) El sol irradia la impresionante potencia de 3,9 1026 vatios,
de la cual la Tierra sólo intercepta la mitad de la mil millonésima
parte, es decir 1,7 1017 vatios. Es preciso comparar esta cifra
con la producción humana, cercana a 1,3 1013 vatios, es
decir, una milésima parte de lo que el sol aporta a la Tierra.
(3) Así se denomina a la zona esencialmente árida de Australia,
que ocupa el 80% de su territorio.
(4) Fuente: http://www.wentworth.nsw.gov.au/ solartower/
(5) Fuente: http://spacesolarpower.nasa.gov. Ver también Pierre
Barthélémy, "Dans quarante ans, l'électricité
pourrait venir de l'espace", Le Monde, 31 de mayo de 2001.
(6) Ver Pierre Barthélémy "Des micro-ondes pour alimenter
une vallée encaissée de la Reunión", Le Monde, 31 de
mayo de 2001.
*Astrofísico de la Comisión de Energía
Atómica francesa (CEA), Saclay.