Avances y mejoras tecnológicas

Más allá de la perspectiva histórica que se ha dado en los primeros temas, en la que se vio como las diferentes fuentes energéticas fueron aprovechadas por el hombre para su empleo en multitud de aplicaciones (molienda, arado, cocina…), se pretende ahora dar una visión de cómo las llamadas tecnologías limpias han ido mejorándose con el paso del tiempo hasta ser más eficientes y comerciales, pero manteniendo el uso conocido (producción de electricidad, ACS y/o climatización).

Véanse los principales tipos:

1. Solar térmica de baja temperatura: a partir los avances del doctor Remington que experimentaba con calentadores solares de agua en su clínica, donde ya separaba el calentador solar en un colector (cajón con tapa de vidrio por cuyo interior circulaba un serpentín) y un depósito de acumulación de agua; el ingeniero William J. Bailey (paciente suyo) mejoró el sistema instalando el acumulador en un punto más alto que el colector, al ser el agua caliente menos densa que el agua fría tiende a elevarse por si sola por las tuberías evitando de este modo tener que poner bomba para impulsar el agua entre el colector y el depósito acumulador (efecto termosifón). aislando el depósito de las inclemencias atmosféricas, logrando así reducir las pérdidas de inercia térmica.

Más tarde se incorporan revestimientos antirreflectantes al captador, para aprovechar al máximo la radiación incidente, juntas de goma o silicona para aislar las conexiones entre los diferentes elementos del sistema… y así hasta llegar a la tecnología actual que sigue mejorándose.

2. Solar termoeléctrica: la multitud de sistemas que aprovechan el poder calorífico de la radiación solar para producir energía eléctrica, y la constante aparición de nuevas tecnologías e instalaciones, hacen muy difícil mencionar aquí todos los avances y mejoras que se han producido en esta materia. Sin embargo, destaca sobremanera la elección del fluido caloportador, que ha destacado como el gran quebradero de cabeza para científicos y tecnólogos especialmente en los sistemas de altísima temperatura, pero que es un problema común a las diferentes variedades sistémicas de estas tecnologías (actualmente se utilizan aceites o siliconas sintéticos, aceites minerales, sales fundidas, agua, líquidos iónicos, aire, otros gases…).

Hablemos de la experiencia adquirida en la Plataforma Solar de Almería (España), construida por iniciativa de la Agencia Internacional de la Energía (AIE). En esta plataforma convivían inicialmente dos tecnologías, colectores cilindroparabólicos y central de torre. En esta última el fluido de trabajo era inicialmente sodio líquido con intercambio térmico a una máquina de vapor de agua, pero debido a una fuga en una de las válvulas de uno de los tanques de sodio se produjo un incendio que paralizó esta línea de investigación (el sodio explosiona al contacto con el agua). Actualmente, el empleo de sales fundidas como fluido de trabajo (utilizado también para almacenamiento térmico) se está imponiendo, aunque hay quién aún defiende el uso del sodio para estos fines.

Consejo: Escribir en el buscador de vídeos “sodio más agua”.

3. Solar fotovoltaica: los mayores avances en esta tecnología se han producido por la sustitución progresiva del material semiconductor que compone las células fotovoltaicas. El primer captador se consiguió extendiendo una capa de selenio sobre un soporte metálico y recubierta con una fina película de oro transparente (Charles Fritts, 1885), alcanzando el 1% de eficiencia, posteriormente se sustituye el selenio por el silicio (Chapin-Fuller-Pearson, 1954), llegando al 6%, últimamente se ha llegado a superar el 25% de eficiencia en laboratorio y se usan multitud de materiales semiconductores como el arseniuro de galio, el teluro de cadmio o el diseleniuro de indio y cobre.

4. Energía Eólica: el primer aerogenerador “moderno” lo construye el norteamericano Charles F. Brush durante el invierno de 1887 a 1888. Tenía un diámetro de rotor de 17 metros y 144 palas de madera de cedro, funcionó durante 20 años cargando las baterías del sótano de la casa de Brush y su potencia nominal era de tan solo 12 kW pues se trataba de una turbina de giro lento, tipo americano (o rosa de los vientos).

Las turbinas eólicas de giro rápido las descubriría más adelante el danés Poul la Cour, al observar que las turbinas con menos palas de rotor son más eficientes que las de giro lento para la producción de electricidad, siendo así uno de los pioneros de la aerodinámica moderna. A partir de este momento comienza un periodo de ensayos hasta la imposición del llamado “concepto danés” (3 álabes). Finalmente, la turbina tripala con rotor a barlovento, orientación electromecánica y generador asíncrono, fue el diseño pionero de los modernos aerogeneradores.

5. Energía de la biomasa: hoy en día, las aplicaciones de esta fuente energética son muy numerosas, y esto complica un poco el análisis de todos sus avances ya que actualmente se utiliza desde la materia prima en estado sólido hasta los combustibles líquidos o gaseosos resultantes de su tratamiento, y en multitud de usos que van desde pequeñas aplicaciones (alimentando calderas para calefacción domiciliaria) hasta el nivel industrial (en centrales de ciclo combinado), e incluso en sectores tan dispares como el transporte o la ganadería.

En este sentido, se puede decir que los mayores avances en el aprovechamiento de esta fuente de energía vienen marcados por la elaboración del combustible en búsqueda de la mayor eficiencia posible. Así, en los combustibles sólidos se ha buscado el incremento de la densidad energética (apareciendo las briquetas y los pelets), los líquidos se han purificado hasta poder sustituir o mezclarse con los derivados del petróleo para alimentar motores de combustión (biodiesel y bioetanol), al igual que los gaseosos (el biogás puede sustituir al gas natural en multitud de aplicaciones).

6. Energía hidroeléctrica: se puede decir que el avance de esta tecnología viene marcado por un hito histórico que le hace posicionarse como fuente de energía alternativa, el descubrimiento del campo magnético rotatorio (base de la corriente alterna) por Nikolá Tesla (1882). Hasta entonces las centrales hidroeléctricas estaban muy limitadas, pues al generar electricidad en corriente continua se producían pérdidas inasumibles si el punto de consumo no era cercano al de generación.

Tras ese descubrimiento aparece la primera central de producción hidroeléctrica a gran escala, la de las Cataratas del Niágara (1896) que da suministro eléctrico a la ciudad de Buffalo (USA), a 30 km de distancia.
El resto de tecnologías se encuentran aún en un estado de experimentación incipiente, y merece mayor atención las perspectivas para el futuro que los avances logrados hasta la fecha a una escala de suministro masivo y comercial.