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Los límites de la innovación energética

Winnipeg – El Presidente Barack Obama ha prometido una revolución energética en la economía más grande del mundo, con fuentes renovables de energía y tecnologías "verdes" que acaben con la dependencia de Estados Unidos -y, a fin de cuentas, del mundo- de los combustibles convencionales. Los beneficios ambientales, estratégicos y económicos –incluidos un menor uso de combustibles fósiles que emiten carbono, menos dependencia de exportadores de petróleo y gas políticamente volátiles, y la creación de millones de empleos bien pagados- son incuestionables. Sin embargo, ¿cuánto realismo hay en esta visión?

Sólo un tipo de energía primaria (energía contenida en recursos naturales) no era conocido por las primeras grandes civilizaciones de Oriente Próximo y Asia Oriental, y todas sus sucesoras preindustriales: los isótopos de los elementos pesados cuya fisión nuclear se utiliza desde fines de los años 50 para generar calor que, a su vez, produce vapor para los turbogeneradores de electricidad modernos. Todas las demás fuentes de energía se han conocido por miles de años, y la mayoría fueron aprovechadas por las sociedades premodernas.

La diferencia fundamental entre los usos modernos y tradicionales de la energía consiste no el acceso a recursos energéticos nuevos o mejores, sino en la invención e implementación masiva de “generadores de fuerza motriz”, máquinas eficientes, asequibles, fiables y convenientes que convierten energías primarias en potencia mecánica, electricidad o calor. La historia bien se puede subdividir en eras caracterizadas por los generadores de energía motriz predominantes.

El periodo más largo (desde los primeros homínidos a la domesticación de animales de tiro) corresponde al tiempo en que los músculos humanos eran el único impulsor motriz. Luego se añadieron la tracción animal y la complementación gradual de los animales de tiro con medios mecánicos, como las velas y las ruedas, que aprovechan los flujos de energía de la naturaleza.

Una ruptura fundamental con este patrón de milenios ocurrió sólo con la adopción generalizada del primer generador de fuerza motriz mecánico capaz de convertir el calor de la combustión, es decir, la máquina a vapor de James Watt, diseñada en la década de 1780. Versiones más eficientes de esta máquina dominaron la modernización del mundo occidental hasta la primera década del siglo veinte.

Durante la década de 1830, las primeras turbinas hidráulicas marcaron el principio del fin de la era de la rueda de agua. Los siguientes dos hitos corresponden a la década de 1880, con la invención por parte de Benz, Daimler y Maybach del motor de combustión interna de ciclos Otto y la patente de la turbina de vapor de Charles Parsons. La década de 1890 fue testigo de la versión de Rudolf Diesel, mucho más eficiente, del motor de combustión interna alimentado con combustibles líquidos.

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Hay sólo un generador de fuerza motriz más que añadir a la secuencia. La turbina de gas se inventó a principios del siglo veinte, pero sus primeros prototipos funcionales (tanto fijos como para vuelos) se idearon en la década de 1930, y se comenzaron a difundir rápidamente en los años 50.

Hoy en día el generador de fuerza motriz más ubicuo –instalado en cerca de mil millones de vehículos de ciudad y todo terreno, embarcaciones, aeroplanos e incontables maquinarias y herramientas- es el motor de combustión interna a gasolina, que en lo fundamental no ha cambiado desde la década de 1880. La globalización económica habría sido imposible sin los motores diesel que potencian enormes buque tanque para transporte de gases licuados y petróleo, barcos de carga que transportan mineral de hierro y cereales, e inmensos barcos de contenedores: algunos de ellos ahora tienen capacidades cercanas a los 100 megavatios (MW), pero se llegó a su diseño básico en las dos décadas de pruebas a las que Diesel sometió su prototipo final de 1897.

La mayor parte de la electricidad del mundo se genera en plantas de energía nuclear y de quema de combustibles fósiles y, con la excepción de que tienen una eficiencia y capacidades mucho mayores, Parsons reconocería en ellas cada rasgo de su invención, que hoy tiene más de 120 años. Y los vuelos intercontinentales habrían sido un reto incluso mayor sin las turbinas de gas inventadas en la década de 1930 por Frank Whittle (que pensó en los turboventiladores, que hoy dominan el diseño comercial, incluso antes de que construyera el primer motor tipo turbojet) y Joachim Pabst von Ohain.

Estas realidades ofrecen tres conclusiones obvias y no lo suficientemente apreciadas acerca de los generadores de fuerza motriz mecánicos en los que se basa nuestro progreso económico. En primer lugar, debido a su gran cantidad y sus infraestructuras asociadas (que a menudo son amplias y costosas), presentan una notable inercia al cambio. Ha habido poca innovaciones reales desde que se comercializaran por vez primera hace más de un siglo (turbinas hidráulicas, turbinas de vapor, motores de combustión interna) o más de medio siglo (turbinas de gas).

En segundo lugar, cualquier transición a nuevos generadores de fuerza motriz es un proceso inherentemente prolongado, que toma décadas en producirse. Por ejemplo, incluso hoy en día hay pocos indicadores de que las turbinas de vapor no sigan generando la mayor parte de la electricidad de las próximas décadas, o que la turbinas de gas vayan a ser reemplazadas muy pronto. Los últimos avances muestran que ni siquiera los motores de combustión interna de los automóviles cederán su lugar a los motores eléctricos o a las pilas de combustible de manera tan rápida como esperarían muchos entusiastas.

Finalmente, mientras mayor sea la escala en que se haya puesto en uso un generador de fuerza motriz, más tiempo demorará la aparición de sustitutos. Hace un siglo, el mundo usaba carbón y un volumen de petróleo relativamente pequeño en torno a 0,7 teravatios (TW), pero en 2008 las energías comerciales establecidas –combustibles fósiles y electricidad primaria (hídrica y nuclear)- se consumen a un nivel cercanos a los 15 TW. Obviamente, esta escala limita la rapidez con que es posible introducir otros generadores de energía motriz para reemplazar cualquier proporción significativa de los tradicionales.

Por ejemplo, si el 20% de la electricidad mundial tuviera que ser generada por turbinas eólicas, considerando su factor de carga inherentemente bajo de cerca de un 25% (en comparación con el 75% de las estaciones térmicas que utilizan turbinas de vapor), tendríamos que instalar una nueva capacidad de cerca de 1,25 TW en estas máquinas. Incluso con turbinas grandes de 3 MW, para eso serían necesarias más de 400.000 nuevas torres con hojas triples gigantes. Se trata de una tarea para varias décadas.

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