Energías nuclear y renovable como soluciones al problema energético

La energía nuclear presenta las ventajas siguientes:

1. En el estado actual de la tecnología, el suministro de combustibles está asegurado para por lo menos 100 años, y con el posible desarrollo tecnológico, para centenares de años. Por otra parte, el combustible se encuentra en países lo sucientemente diversica- dos como para que no aparezcan los problemas geopolíticos que pueden darse con los combustibles fósiles.

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2. Durante todo el ciclo de vida del combustible (producción del uranio, conversión, en- riquecimiento, operación, construcción de la central, etc.) se emiten diez veces menos CO2 que, por ejemplo, el gas natural, y en el orden de las emisiones que se producen

en las energías renovables en todo su ciclo de vida.

3. Una vez que una central nuclear está amortizada, presenta costes muy competitivos del megawatio/hora, puesto que el coste de la materia prima es relativamente pequeño y es una energía basada fundamentalmente en conocimiento y tecnología.

Sin embargo, a pesar de los benecios mencionados, la energía nuclear tiene serios incon- venientes que han lastrado una mayor expansión de esta tecnología:

1. El coste de construcción de una nueva central supone una inversión muy alta (en torno al 75 % del total del coste del kWh nuclear), sujeta a una incertidumbre importante. Un claro ejemplo es la central EPR (European Pressurized Reactor) de Finlandia, cuya construcción se inició en mayo de 2005, pero sufre sobrecostes multimillonarios y un enorme retraso en los tiempos de construcción. Por tanto, para afrontar este problema la industria nuclear necesita de apoyo político y seguridad nanciera.

2. En 2009 el consumo de energía nuclear se contabiliza en un 5 % del consumo de energía primaria mundial. Puesto que el transporte por carretera es una importante fuente de emisiones (más del 20 %), y la energía nuclear no se aplica en dicho sector, para que incidiera favorablemente en el cambio climático se debería llevar a cabo una gran expansión de la energía nuclear.

3. Aunque actualmente la seguridad en una central nuclear está, en teoría, garantizada, si se apuesta por la nuclear a nivel global sería una incógnita cómo se gestionarían estas instalaciones en países con pocas garantías democráticas. Una prueba de ello es el accidente de Chernóbil en la URSS en 1986. Por otra parte, existe el riesgo de emplear la tecnología nuclear en aplicaciones militares. Actualmente Irán y Corea del Norte están siendo investigados por la comunidad internacional debido a su desarrollo en tecnología nuclear y su posible aplicación a nes militares.

4. Las centrales nucleares generan residuos radiactivos cuyo alto nivel de radiactividad se puede prolongar durante cientos de miles de años. Suponen un importante problema

económico, ambiental y de salud pública. Aún no existe una solución satisfactoria para este problema, que también es una herencia incómoda para las generaciones futuras. Las ventajas de las fuentes de energía renovable son, básicamente, las siguientes:

1. Son virtualmente inagotables, unas porque son capaces de renovarse por medios natu- rales (por ejemplo la biomasa), y otras por su enorme magnitud, como por ejemplo la energía solar.

2. Una gran cantidad de fuentes de energía renovable no emiten gases de efecto inver- nadero ni otras sustancias contaminantes, salvo los necesarios para la construcción de las centrales que las utilizan. No es el caso de la biomasa, que emite CO2 cuando se que-

ma. Sin embargo esta emisión se compensa, teóricamente, con el CO2 capturado en la

formación de la biomasa. En la práctica, el balance de emisiones es negativo puesto que se emplea energía contaminante en la siembra, en la recolección y la transformación. 3. Están muy distribuidas en el mundo, más que cualquier otra fuente de energía, incluido

el uranio. Esto favorece la autonomía y seguridad energética de los países.

4. Son tecnologías accesibles y de bajo coste de operación (el recurso natural es gratis e inagotable). Esta propiedad las hacen especialmente interesantes para los países en vías de desarrollo.

5. Tienen carácter modular, lo que facilita su utilización descentralizada.

Las energías renovables han sido empleadas por el hombre desde tiempos remotos (la navegación a vela, los molinos de viento o de agua, la biomasa, etc.), sin embargo no han sido capaces de motivar un cambio radical de tipo industrial, como sí lo ha provocado el uso de combustibles fósiles. Concretamente, el uso del carbón fue el principal artíce de la revolución industrial del siglo XVIII, a la cual siguieron la revolución del petróleo, que cambio radicalmente el mundo del transporte, y la revolución eléctrica, que emplea varias fuentes de energía, entre ellas los combustibles fósiles de nuevo. Estas limitaciones de las energías renovables frente a los combustibles fósiles se basan en los serios inconvenientes que caracterizan las fuentes de energía renovable, que fundamentalmente son los siguientes:

1. En general suelen proporcionan una energía de una intensidad relativamente baja, lo que obliga a distribuir las fuentes renovables sobre grandes supercies. Los números

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siguientes comparan aproximadamente las supercies necesarias en relación con la ener- gía nuclear: 1.000 MW nucleares ocupan más o menos una hectárea, 1.000 MW de ener- gía eólica son más o menos 1.000 hectáreas, y 1.000 MW solares, alrededor de 10.000 hectáreas. La disponibilidad de fuentes de energía renovable en casi cualquier lugar de la supercie terrestre, las hace especialmente interesante en la generación eléctrica distribuida, pero presenta fuertes inconvenientes cuando se pretende construir una cen- tral eléctrica renovable, debido principalmente al espacio requerido. En cualquier caso, los defensores de las energía renovables rebaten este inconveniente indicando que los espacios que requieren las renovables tienen la ventaja de que son polivalentes (paneles solares en los tejados de las casas de la ciudad, parques eólicos con terreno para otros usos, etc.)

2. En el contexto actual de las energías convencionales, las renovables no pueden competir en igualdad de condiciones en el mercado puesto que son más costosas. Es necesario por tanto un desarrollo tecnológico que reduzca cada vez más la diferencia de costes, y un marco público de apoyo que asegure la rentabilidad de las inversiones en fuentes de energía renovable. El marco de apoyo se sustenta, en general, en tres pilares fundamen- tales: el derecho de conexión de las instalaciones a la red, el derecho de venta de toda la energía generada y la compensación económica a la energía producida. En países como Alemania y España esta compensación económica está basada en el establecimiento de primas a la generación renovable, que ha motivado un gran desarrollo en estos países. No obstante, motivado quizás por al crisis económica actual y el desborde de las pre- visiones de crecimiento de las centrales renovables, las primas de compensación están siendo revisadas a la baja, incluso para instalaciones ya en funcionamiento.

3. Una cantidad importante de fuentes de energía renovable están basadas en recursos naturales intermitentes (radiación solar y viento por ejemplo). Esta característica es un inconveniente tanto en sistemas aislados como en sistemas conectados a red. En el primer caso, un sistema aislado de generación eléctrica basado en energías renovables necesita de un sistema de almacenamiento de energía que, por una parte, suministre energía cuando la potencia renovable sea insuciente para satisfacer la carga deman- dada, y por otra, almacene el exceso de energía renovable cuando la demanda de la carga sea inferior a la potencia renovable. Este sistema de almacenamiento incrementa signicativamente el coste de la instalación, con lo cual un sistema autónomo resulta

rentable sólo en determinadas situaciones, por ejemplo cuando la conexión a la red de energía implica costes más elevados. Por otra parte, la irregularidad en la inyección de energía de un sistema de energía renovable conectado a red es también un problema de gran importancia. Así por ejemplo, la energía eólica se caracteriza por la variabilidad en la generación, el desacoplamiento entre la generación y el consumo, los elevados gradientes en la generación y la incertidumbre en la predicción de la generación. Un sistema eléctrico con un elevado porcentaje de penetración eólica necesita disponer de respaldos de energías convencionales en los valles de la producción eólica. Esta energía disponible ha de tener un alto precio para que las instalaciones de reserva sean renta- bles. Por otra parte, otro de los inconvenientes que se presenta es la dicultad en la planicación de generación eléctrica, debido al carácter cambiante de la energía eólica, a pesar de los últimos avances en la predicción del viento.

4. Se necesita un desarrollo enorme y sostenido de las energías renovables para que puedan considerarse como fuentes de energía sustitutivas de los combustibles fósiles. Por otra parte, la aplicación de las energías renovables al transporte (principal causa de emi- siones contaminantes) tiene bastantes limitaciones debidas, principalmente, a su baja intensidad por unidad de supercie. En este sentido surge el hidrógeno como medio de almacenamiento de energía cuyas características lo dotan de potencial suciente para estimular la aplicación de las energías renovables al transporte.

El análisis anterior evidencia que es necesario, por tanto, un esfuerzo importante de inver- sión en I+D en las dos alternativas energéticas actuales a los combustibles fósiles (las fuentes de energía renovable y la energía nuclear), de modo que se puedan superar en la medida de lo posible los inconvenientes indicados. Son muchos los expertos que opinan que se debe recurrir a todas las fuentes de energía viables, sin desechar ninguna, dada la magnitud del problema energético.

Después de años de discusiones, en diciembre de 2008 el Parlamento Europeo aprobó una normativa ambiciosa, el plan 20/20/20. El objetivo de dicho plan es que la Unión cumpla para 2020 con sus compromisos de recortar las emisiones de CO2 en un 20 %, mejorar la

eciencia energética en otro 20 % y que el 20 % de la energía que consuma proceda de fuentes renovables. Por otra parte, en 2009 el Gobierno de los Estados Unidos realizó una apuesta clara por las energías renovables mediante un plan de estímulo económico que pretende

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duplicar la producción de energía renovable en tres años, en el marco de los esfuerzos del país para reducir su dependencia energética.

En relación con la energía nuclear, aunque actualmente su promoción es inferior a la aplicada a las energías renovables, algunos países comienzan a replantearse la construcción de nuevas centrales nucleares, tras un parón de 20 años en la construcción de nuevos reactores. Tal es el caso de países como Finlandia, Brasil, México, China y Estados Unidos.

2.1.2.

El hidrógeno como alternativa al problema energético

En el contexto energético actual descrito en los párrafos anteriores, se propone el hidrógeno como nuevo combustible no contaminante, seguro y duradero [Edwards et al., 2008]. Una de sus principales ventajas es que las emisiones contaminantes son nulas cuando se usa para producir electricidad mediante pilas de combustible, y muy inferior en comparación con los combustibles fósiles cuando se emplea en motores de combustión interna y turbinas de gas (sólo se emiten óxidos de nitrógeno). No obstante, el hidrógeno no es por sí mismo la solución al problema energético, puesto que a pesar de ser el elemento más abundante del Universo, su extremada volatilidad no le permite existir aislado en la Tierra, es decir, no es un recurso natural. En consecuencia, se debe producir hidrógeno si se quiere emplear como combustible, y esta producción necesita de aporte energético. En resumen, el hidrógeno no es una fuente de energía primaria, se trata de un portador de energía o vector energético, como la electricidad. No obstante lo anterior, el hidrógeno posee una serie de propiedades que lo hacen espe- cialmente interesante para formar parte de la solución del problema energético [Linares y Moratilla, 2007]:

1. El hidrógeno puede ser usado como sistema de almacenamiento de energía a gran escala (no exento de problemas). Los sistemas de almacenamiento de energía pueden com- binarse con las fuentes de energía renovable con recurso natural intermitente (energía solar y eólica) para superar los inconvenientes provocados por la variabilidad en la producción eléctrica.

2. El hidrógeno puede ser producido a partir de diferentes recursos energéticos: com- bustibles fósiles, energías renovables y energía nuclear. Esto favorece la diversicación de las fuentes energéticas y, por ende, la independencia energética de los países.

3. Si se produce a partir de energía renovable y/o nuclear se tendría una producción limpia de gases contaminantes.

4. Las cualidades de las pilas de combustible las hacen especialmente atractivas: 1) alto rendimiento energético (2 a 3 veces superior al de un motor de combustión interna); 2) modulares y con un amplio rango de aplicación (transporte, electrónica portátil, generación eléctrica a todas las escalas); 3) amplio rango de potencias, desde unos pocos vatios hasta 100 MW (hasta hoy); 4) distintos tipos, algunos pueden trabajar directamente con hidrocarburos; y 5) debido a la alta temperatura de funcionamiento, algunos tipos de pila permiten hacer cogeneración.

5. El hidrógeno como vector energético permitiría la introducción indirecta de las energías renovables y la energía nuclear en el sector del transporte, motivando una importante reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

Como consecuencia de la búsqueda de modelos energéticos sostenibles junto con las cua- lidades descritas anteriormente del hidrógeno como combustible, aparece en la década de los 70 el término Economía del Hidrógeno, que es un modelo económico futurible basado en el hidrógeno donde los combustibles fósiles quedan desplazados. En un escenario ideal, las fuentes primarias de energía serían las energías renovables (quizás junto con la energía nuclear), la electricidad e hidrógeno desempañarían la función de vectores energéticos, y por tanto quedarían resueltos los problemas de la seguridad del suministro, contaminación y agotabilidad de los recursos.

Un gran número de países y organismos internacionales están elaborando hojas de ruta para el desarrollo de las tecnologías del hidrógeno y su paulatina penetración en el sistema energético. Recientemente la Comisión Europea ha subvencionado el proyecto HyWays, cuya nalidad es desarrollar una hoja de ruta validada y bien aceptada para la introducción del hidrógeno en los sistemas energéticos europeos1_{. En las etapas de transición hacia la economía}

del hidrógeno, el hidrógeno conviviría con los combustibles fósiles hasta su total sustitución. La posibilidad del uso de éstos por las pilas de combustible es un factor importante para la introducción de éstas en el mercado, lo que facilitaría dicha transición.

Para llegar al escenario ideal descrito, existen aún barreras tecnológicas y socioeconómicas que deben ser superadas.