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Energía sostenible

Noviembre 03, 2021

La energía sostenible es un principio en el que el uso humano de la energía "satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades".[1]​ Otra definición de energía sostenible es que se consume a tasas insignificantes en comparación con su suministro y con efectos colaterales manejables, especialmente efectos ambientales. Las estrategias de energía sostenible generalmente tienen dos pilares: métodos más limpios de producción de energía y conservación energética.

Las tecnologías de energía sostenible se implementan para generar electricidad, calentar y enfriar edificios, y para alimentar los sistemas de transporte y las máquinas. Cuando se hace referencia a los métodos de producción de energía, el término "energía sostenible" a menudo se usa de manera intercambiable con el término "energía renovable". En general, las fuentes de energía renovable, como la energía solar, la energía eólica, la energía geotérmica y la energía mareomotriz, se consideran en general fuentes de energía sostenible. Sin embargo, la implementación de proyectos particulares de energía renovable, como la represa de ríos para generar hidroelectricidad o la tala de bosques para la producción de biocombustibles, a veces plantea importantes preocupaciones de sostenibilidad. Existe una considerable controversia sobre si la energía nuclear puede considerarse sostenible.

Los costos de las fuentes de energía sostenibles han disminuido enormemente a lo largo de los años y continúan disminuyendo. Cada vez más, las políticas gubernamentales efectivas apoyan la confianza de los inversionistas y estos mercados se están expandiendo. Se está logrando un progreso considerable en la transición energética de los combustibles fósiles a los sistemas ecológicamente sostenibles, hasta el punto en que muchos estudios apoyan la Energía renovable 100%.

El principio organizador para la sostenibilidad es el desarrollo sostenible, que incluye los cuatro dominios interconectados: ecología, economía, política y cultura.[2]​ La ciencia de la sostenibilidad es el estudio del desarrollo sostenible y la ciencia ambiental.[3]​

Definiciones

El concepto de desarrollo sostenible fue descrito por la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo en su libro Nuestro futuro común de 1987.[4]​ Su definición de "sostenibilidad", que ahora se usa ampliamente, era:

"El desarrollo sostenible debe satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades".[4]​

En su libro, la Comisión describió cuatro elementos clave de sostenibilidad con respecto a la energía: la capacidad de aumentar el suministro de energía para satisfacer las crecientes necesidades humanas, la eficiencia y conservación de la energía, la salud y seguridad públicas y la "protección de la biosfera y la prevención de Formas más localizadas de contaminación".[5]​ Desde entonces, se han ofrecido varias definiciones de energía sostenible que también se basan en los tres pilares del desarrollo sostenible, a saber, el medio ambiente, la economía y la sociedad.

  • Los criterios ambientales incluyen las emisiones de gases de efecto invernadero, el impacto en la biodiversidad y la producción de desechos peligrosos y emisiones tóxicas.
  • Los criterios económicos incluyen el costo de la energía, si la energía se entrega a los usuarios con alta confiabilidad y los efectos en los trabajos asociados con la producción de energía.
  • Los criterios socioculturales incluyen la prevención de guerras sobre el suministro de energía (seguridad energética) y la disponibilidad de energía a largo plazo.[6]​

Como ninguna fuente de energía cumple con estos criterios a la perfección, las fuentes de energía sostenible son sostenibles solo en comparación con otras fuentes. La inexistencia de fuentes de energía perfectas significa que promover un uso eficiente de la energía es esencial para las estrategias de energía sostenible.[6]​

La energía verde es la energía que se puede extraer, generar y/o consumir sin ningún impacto negativo significativo para el medio ambiente. El planeta tiene una capacidad natural para recuperarse, lo que significa que la contaminación que no supera esa capacidad todavía puede denominarse verde. Representa aquellos recursos de energía renovable y tecnologías que proporcionan el mayor beneficio ambiental. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos define el poder verde como la electricidad producida a partir de energía solar, eólica, geotérmica, biogás, biomasa y de hidroeléctricas pequeñas de bajo impacto.[7]​

Fuentes de energía renovable

Artículo principal: Energía renovable

Cuando se hace referencia a fuentes de energía, los términos "energía sostenible" y "energía renovable" a menudo se usan indistintamente, sin embargo, los proyectos particulares de energía renovable a veces plantean importantes preocupaciones de sostenibilidad. Las tecnologías de energía renovable son contribuyentes esenciales para la energía sostenible, ya que generalmente contribuyen a la seguridad energética mundial, reduciendo la dependencia de los recursos de combustibles fósiles,[8]​ y brindando oportunidades para mitigar los gases de efecto invernadero.[8]​ Se han realizado diversos trabajos de análisis de costo-beneficio realizados por una gran variedad de especialistas y agencias para determinar las vías más baratas y rápidas para descarbonizar el suministro de energía del mundo, y el tema es de gran controversia, en particular sobre el papel de la energía nuclear.[9]​[10]​[11]​[12]​[13]​

Hidroelectricidad

Artículo principal: Energía hidráulica

Entre las fuentes de energía renovable, las plantas hidroeléctricas tienen la ventaja de ser de larga duración: muchas de las plantas existentes han operado por más de 100 años. Además, las centrales hidroeléctricas son limpias y tienen pocas emisiones. Las críticas dirigidas a las centrales hidroeléctricas a gran escala incluyen: la dislocación de las personas que viven donde se planifican los reservorios y la liberación de cantidades significativas de dióxido de carbono durante la construcción e inundación del reservorio.[14]​

 
Las represas hidroeléctricas son una de las fuentes de energía sostenible más desplegadas.

Sin embargo, se ha encontrado que las altas emisiones se asocian solo con reservorios poco profundos en lugares cálidos (tropicales), y las innovaciones recientes en la tecnología de turbinas, está permitiendo el desarrollo eficiente de proyectos hidroeléctricos de bajo impacto en la corriente del río. [15]​ En general, las plantas hidroeléctricas producen emisiones de gases de efecto invernadero mucho más bajas que otros tipos de generación.

La energía hidroeléctrica, experimentó un intenso desarrollo durante el crecimiento de la electrificación en los siglos XIX y XX, está experimentando un resurgimiento de su desarrollo en el siglo XXI. Las áreas de mayor crecimiento hidroeléctrico son las economías en auge de Asia. China es el líder del desarrollo; sin embargo, otras naciones asiáticas están instalando la energía hidroeléctrica a un ritmo rápido. Este crecimiento está impulsado por un aumento en los costos de energía, especialmente por la energía importada, y por los deseos generalizados de generación más doméstica, limpia, renovable y económica.

 
Presa hidroeléctrica en sección transversal

Geotermia

 
Una de las muchas plantas de energía en The Geysers, un campo geotérmico en el norte de California, con una producción total de más de 750 MW.

Las tecnologías en uso para la producción geotérmica incluyen centrales de vapor seco, centrales de vapor flash y centrales de ciclo binario. La generación de electricidad geotérmica se usa actualmente en 24 países, mientras que la calefacción geotérmica se usa en 70 países.[16]​ Los mercados internacionales crecieron a una tasa promedio anual del 5 por ciento durante los tres años hasta 2015, y se espera que la capacidad de energía geotérmica global alcance los 14.5–17.6 GW en 2020.[17]​

Se considera que la energía geotérmica es una fuente de energía sostenible y renovable porque la extracción de calor es pequeña en comparación con el contenido de calor de la Tierra.[18]​ Las emisiones de gases de efecto invernadero de las estaciones eléctricas geotérmicas son en promedio 45 gramos de dióxido de carbono por kilovatio-hora de electricidad, o menos del 5 por ciento de la de las plantas de carbón convencionales. [16]​ Como fuente de energía renovable para energía y calefacción, la energía geotérmica tiene el potencial de satisfacer el 3-5% de la demanda mundial para el 2050. Con incentivos económicos, se estima que para 2100 será posible satisfacer el 10% de la demanda global. [19]​

Biomasa

Las briquetas de biomasa se utilizan cada vez más en el mundo en desarrollo como una alternativa al carbón vegetal. La técnica implica la conversión de casi cualquier materia vegetal en briquetas comprimidas que típicamente tienen alrededor del 70% del valor calorífico del carbón vegetal. Hay relativamente pocos ejemplos de producción de briquetas a gran escala. Una excepción está en Kivu del Norte, en el este de la República Democrática del Congo, donde la tala de bosques para la producción de carbón vegetal se considera la mayor amenaza para el hábitat del gorila de montaña. El personal del Parque nacional Virunga ha capacitado y equipado con éxito a más de 3500 personas para producir briquetas de biomasa, reemplazando así el carbón vegetal producido ilegalmente dentro del parque nacional y creando un importante empleo para las personas que viven en la pobreza extrema en las zonas afectadas por conflictos.[20]​

Biocombustible

 
Información sobre la bomba, California

Brasil tiene uno de los programas de energía renovable más grandes del mundo, que involucra la producción de etanol combustible a partir de la caña de azúcar, y el etanol ahora proporciona el 18 por ciento del combustible automotriz del país. Como resultado de esto, junto con la explotación de las fuentes de petróleo de aguas profundas domésticas, Brasil, que hace años tuvo que importar una gran parte del petróleo necesario para el consumo doméstico, alcanzó la autosuficiencia petrolera completa.[21]​[22]​[23]​

La mayoría de los autos que circulan en los Estados Unidos pueden funcionar con mezclas de hasta un 10% de etanol, y los fabricantes de vehículos motorizados ya producen vehículos diseñados para funcionar con mezclas de etanol mucho más altas. Ford, DaimlerChrysler y GM se encuentran entre las compañías que venden automóviles, camiones y minivans de "combustible flexible" que pueden usar gasolina y mezclas de etanol, desde gasolina pura hasta un 85% de etanol (E85). A mediados de 2006, había aproximadamente seis millones de vehículos compatibles con E85 en las carreteras de los Estados Unidos.[24]​

Los biocombustibles pueden definirse como "renovables", pero pueden no ser "sostenibles" debido a la degradación del suelo. A partir de 2012, el 40% de la producción de maíz estadounidense se destina al etanol. El etanol ocupa un gran porcentaje del "Uso de energía limpia" cuando, de hecho, aún es discutible si el etanol debe considerarse como una "Energía limpia".[25]​

Según la Agencia Internacional de Energía, las nuevas tecnologías de bioenergía (biocombustibles) que se están desarrollando hoy en día, especialmente las biorrefinerías de etanol celulósico, podrían permitir que los biocombustibles desempeñen un papel mucho más importante en el futuro de lo que se pensaba anteriormente.[26]​ El etanol celulósico se puede obtener a partir de materia vegetal compuesta principalmente de fibras de celulosa no comestibles que forman los tallos y ramas de la mayoría de las plantas. Los residuos de cultivos (como los tallos de maíz, la paja de trigo y la paja de arroz), los residuos de madera y los residuos sólidos municipales son fuentes potenciales de biomasa celulósica. Los cultivos energéticos dedicados, como la hierba de cambio, también son fuentes prometedoras de celulosa que pueden producirse de manera sostenible en muchas regiones de los Estados Unidos.[27]​

Viento

 
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En Europa, en el siglo XIX, había unos 200.000 molinos de viento, un poco más que los aerogeneradores modernos del siglo XXI.[28]​ Se utilizaban principalmente para moler el grano y bombear agua. La era de los motores de vapor impulsados por carbón reemplazó este uso temprano de la energía eólica.

 
Energía eólica: capacidad instalada mundial [29]​

Algunas de las energías renovables de segunda generación, como la energía eólica, tienen un alto potencial y ya han tenido costos de producción relativamente bajos. A fines de 2008, la capacidad de los parques eólicos en todo el mundo era de 120,791 megavatios (MW), lo que representó un incremento del 28.8 por ciento durante el año, [30]​ y la energía eólica produjo aproximadamente el 1.3% del consumo mundial de electricidad. [31]​
La energía eólica representaba en 2006 aproximadamente el 20% del uso de electricidad en Dinamarca, el 9% en España y el 7% en Alemania.[32]​[33]​
Sin embargo, puede ser difícil ubicar turbinas eólicas en algunas áreas por razones estéticas o ambientales, y puede ser difícil integrar la energía eólica en las redes eléctricas en algunos casos.[8]​

Calefacción solar

Los sistemas de calefacción solar son una tecnología de segunda generación bien conocida y generalmente consisten en colectores solares térmicos, un sistema de fluido para mover el calor del colector a su punto de uso, y un depósito o tanque para el almacenamiento de calor y su uso posterior. Los sistemas pueden usarse para calentar agua caliente doméstica, agua de piscinas o para calefacción de espacios.[34]​ El calor también se puede utilizar para aplicaciones industriales o como entrada de energía para otros usos, como equipos de refrigeración.[35]​ En muchos climas, un sistema de calefacción solar puede proporcionar un porcentaje muy alto (20 a 80%) de energía de agua caliente doméstica. La energía recibida del sol por la tierra es la de la radiación electromagnética. Rangos de luz de ondas visibles, infrarrojas, ultravioletas, de rayos X y de radio recibidas por la Tierra a través de la energía solar. El mayor poder de radiación proviene de la luz visible. La energía solar es complicada debido a los cambios en las estaciones y del día a la noche. La cubierta de nubes también puede aumentar las complicaciones de la energía solar, y no toda la radiación del sol llega a la Tierra porque se absorbe y dispersa debido a las nubes y los gases dentro de las atmósferas de la Tierra.[36]​

 
Bosquejo de un colector parabólico del canal

Las centrales térmicas solares han estado operando con éxito comercialmente en California desde fines de la década de 1980, incluyendo la planta de energía solar más grande de cualquier tipo, los Sistemas de Generación de Energía Solar de 350 MW. Nevada Solar One es otra planta de 64MW que se inauguró recientemente.[37]​ Otras centrales parabólicas que se están proponiendo son dos centrales de 50MW en España y una central de 100MW en Israel.[38]​

Electricidad solar

 
11 MW planta de energía solar cerca de Serpa, Portugal 38°1′51″N 7°37′22″O / 38.03083, -7.62278

En la década de 1980 y principios de la década de 1990, la mayoría de los módulos fotovoltaicos proporcionaban suministro de energía de área remota , pero desde aproximadamente 1995, los esfuerzos de la industria se han centrado cada vez más en desarrollar edificios fotovoltaicos integrados y centrales eléctricas para aplicaciones conectadas a la red (consulte el artículo sobre centrales fotovoltaicas para más detalles). Actualmente, la planta de energía fotovoltaica más grande de América del Norte es la planta de energía solar de Nellis (15 MW). [39]​ [40]​ Existe una propuesta para construir una central de energía solar en Victoria, Australia, que sería la central fotovoltaica más grande del mundo, con 154 MW. [41]​ [42]​ Otras grandes centrales fotovoltaicas incluyen la planta de energía solar Girassol (62 MW),[43]​ y el Parque Solar Waldpolenz (40 MW). [44]​

Los grandes proyectos de investigación nacionales y regionales sobre la fotosíntesis artificial están diseñando sistemas basados en nanotecnología que utilizan la energía solar para dividir el agua en combustible de hidrógeno. [45]​ y se ha hecho una propuesta para un proyecto de fotosíntesis artificial global [46]​ En 2011, los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrollaron lo que denominan una "hoja artificial", que es capaz de dividir el agua en hidrógeno y oxígeno directamente de la energía solar cuando se cae en un vaso de agua. Un lado de la "Hoja Artificial" produce burbujas de hidrógeno, mientras que el otro lado produce burbujas de oxígeno.[47]​

La mayoría de las plantas de energía solar actuales están hechas de una serie de unidades similares donde cada unidad se ajusta continuamente, por ejemplo, con algunos motores paso a paso, para que el convertidor de luz permanezca en el foco de la luz solar. El costo de enfocar la luz en los convertidores, como los paneles solares de alta potencia, el motor Stirling, etc., puede reducirse drásticamente con una mecánica de cuerdas simple y eficiente. [48]​ En esta técnica, muchas unidades están conectadas con una red de cuerdas, de modo que tirar de dos o tres cuerdas es suficiente para mantener a todos los convertidores de luz enfocados simultáneamente a medida que cambia la dirección del sol.

y tienen programas nacionales destinados a la energía solar espacial (SBSP) a escala comercial. La Academia China de Tecnología Espacial (CAST) ganó el Internacional de 2015 con este video de su diseño de articulación giratoria múltiple. Los defensores de SBSP afirman que la energía solar basada en el espacio sería limpia, constante y global, y podría escalar para satisfacer toda la demanda de energía planetaria.[19]​ Una reciente propuesta de la industria de varias agencias (que se hizo eco de la recomendación del Pentágono de 2008) ganó el Desafío de Innovación D3 (Diplomacia, Desarrollo, Defensa) de SECDEF / SECSTATE / USAID.[49]​

 
La Casa Solar # 1 del MIT, construida en 1939, utilizó el almacenamiento de energía térmica estacional (STES) para la calefacción durante todo el año.

Energía oceánica

 
El primer generador de corriente de mareas comercial [50]​ del mundo , SeaGen , en Strangford Lough . La estela fuerte muestra la potencia en la corriente de marea.

Portugal tiene la primera granja comercial de olas del mundo, la Aguçadora Wave Park , en construcción en 2007 e inaugurada el 23 de septiembre de 2008. La granja utilizó tres máquinas Pelamis P-750 que tenían una expectativa de generar 2,25 MW.[51]​[52]​ y los costos se estimaban en 8,5 millones de euros. Debido a problemas técnicos en las máquinas Pelamis P-750, estas fueron devueltas al puerto de Leixões en noviembre de 2008. La financiación para una granja de olas en Escocia fue anunciada en febrero de 2007 por Scottish Executive, a un costo de más de 4 millones de libras , como parte de un paquete de financiamiento de 13 millones de libras para la energía oceánica en Escocia. La granja será la más grande del mundo con una capacidad de 3 MW generada por cuatro máquinas Pelamis.[53]​

En 2007, la primera turbina del mundo para crear cantidades comerciales de energía utilizando la energía de las mareas se instaló en los estrechos de Strangford Lough en Irlanda. El generador de electricidad de marea submarina de 1,2 MW aprovecha el rápido flujo de marea en el lago, que puede ser de hasta 4 m/s. Aunque el generador es lo suficientemente potente como para alimentar hasta mil hogares, la turbina tiene un impacto ambiental mínimo, ya que está casi completamente sumergida y los rotores giran lo suficientemente lento como para que no supongan ningún peligro para la vida silvestre.[54]​ [55]​

Tecnologías habilitadoras para las energías renovables

La energía solar y eólica son fuentes de energía intermitentes que suministran electricidad del 10 al 40% del tiempo. Para compensar esta característica, es común vincular su producción con la hidroelectricidad ya existente o la generación de gas natural. En regiones donde esto no está disponible, la energía eólica y solar pueden combinarse con una hidroelectricidad con almacenamiento por bombeo significativamente más costosa.

Las bombas de calor y el almacenamiento de energía térmica son clases de tecnologías que pueden permitir la utilización de fuentes de energía renovables que de otra forma serían inaccesibles debido a una temperatura demasiado baja para su utilización o un lapso de tiempo entre la disponibilidad de energía y cuándo se necesita. Al aumentar la temperatura de la energía térmica renovable disponible, las bombas de calor tienen la propiedad adicional de aprovechar la energía eléctrica (o en algunos casos, la energía mecánica o térmica) al usarla para extraer energía adicional de una fuente de baja calidad (como el agua de mar, agua de lago, el suelo, el aire, o el calor residual de un proceso).

Las tecnologías de almacenamiento térmico permiten que el calor o el frío se almacenen durante períodos de tiempo que van desde horas o durante la noche hasta la estación, y pueden implicar el almacenamiento de calor sensible (es decir, al cambiar la temperatura de un medio) o calor latente (es decir, a través de los cambios de fase de un medio, tal como entre el agua y el aguanieve o hielo). Los almacenamientos térmicos a corto plazo se pueden utilizar para la regulación de los máximos en sistemas de distribución eléctrica o calefacción urbana. Los tipos de fuentes de energía renovables o alternativas que se pueden habilitar incluyen energía natural (por ejemplo, recolectada a través de colectores solares térmicos, o torres de enfriamiento seco usadas para recolectar el frío del invierno), energía residual (por ejemplo, de equipos de HVAC, procesos industriales o centrales eléctricas), o excedentes de energía (por ejemplo, como estacionalmente de proyectos hidroeléctricos o intermitentemente de parques eólicos). La comunidad solar de Drake Landing (Alberta, Canadá) es ilustrativa. El almacenamiento de energía térmica permite a la comunidad obtener el 97% de su calor durante todo el año de los colectores solares en los techos de los garajes, que se acumulan en verano.[56]​[57]​ Los tipos de almacenaje para calor sensible incluyen tanques aislados, conglomerados de perforaciones en sustratos que van desde la grava hasta el lecho de roca, acuíferos profundos o pozos revestidos poco profundos que están aislados en la parte superior. Algunos tipos de almacenamiento son capaces de almacenar calor o frío entre temporadas opuestas (especialmente si son muy grandes), y algunas aplicaciones de almacenamiento requieren la inclusión de una bomba de calor. El calor latente generalmente se almacena en tanques de hielo o lo que se llama materiales de cambio de fase (PCM).

Fuentes de energía no renovables

Véase también: Reactor de sal fundida

Existe una considerable controversia sobre si la energía nuclear puede considerarse sostenible. Algunas formas de energía nuclear (aquellas que son capaces de "quemar" desechos nucleares a través de un proceso conocido como transmutación nuclear, como un Reactor Rápido Integral, podrían pertenecer a la categoría de "Energía Verde").

Algunas personas, incluido el fundador y primer miembro de Greenpeace, Patrick Moore,[58]​[59]​[60]​ George Monbiot,[61]​ Bill Gates[62]​ y James Lovelock[63]​ han clasificado específicamente la energía nuclear como energía verde. Otros, incluido Phil Radford[64]​[65]​ de Greenpeace, están en desacuerdo y afirman que los problemas asociados con los desechos radiactivos y el riesgo de accidentes nucleares (como el desastre de Chernobyl) representan un riesgo inaceptable para el medio ambiente y la humanidad. Sin embargo, los diseños más nuevos de reactores nucleares son capaces de utilizar lo que ahora se considera "desecho nuclear" hasta que ya no sea (o dramáticamente menos) peligroso, y tienen características de diseño que minimizan en gran medida la posibilidad de un accidente nuclear. Estos diseños aún no se han comercializado.

Eficiencia energética

Artículo principal: Eficiencia energética

Avanzar hacia la sostenibilidad energética requerirá cambios no solo en la forma en que se suministra la energía, sino también en la forma en que se utiliza, y es esencial reducir la cantidad de energía necesaria para entregar diversos bienes o servicios. Las oportunidades de mejora en el lado de la demanda de la ecuación de energía son tan ricas y diversas como las del lado de la oferta y, a menudo, ofrecen importantes beneficios económicos.[66]​

La energía renovable y la eficiencia energética a veces se dice que son los "pilares gemelos" de la política energética sostenible. Ambos recursos deben desarrollarse para estabilizar y reducir las emisiones de dióxido de carbono. La eficiencia ralentiza el crecimiento de la demanda energética, de modo que el aumento de los suministros de energía limpia puede hacer grandes recortes en el uso de combustibles fósiles. Si el uso de energía crece demasiado rápido, el desarrollo de energía renovable perseguirá un objetivo en retroceso. Un análisis histórico reciente ha demostrado que la tasa de mejoras en la eficiencia energética en general se ha visto superada por la tasa de crecimiento de la demanda de energía, que se debe a un crecimiento económico y demográfico continuo. Como resultado, a pesar de los aumentos de eficiencia energética, el uso total de energía y las emisiones de carbono relacionadas han seguido aumentando. Por lo tanto, dados los límites termodinámicos y prácticos de las mejoras de eficiencia energética, es esencial reducir el crecimiento de la demanda de energía.[67]​ Sin embargo, a menos que los suministros de energía limpia se conecten rápidamente, la desaceleración del crecimiento de la demanda solo comenzará a reducir las emisiones totales; también es necesario reducir el contenido de carbono de las fuentes de energía. Cualquier visión seria de una economía energética sostenible requiere compromisos tanto de energías renovables como de eficiencia.[68]​

La energía renovable (y la eficiencia energética) ya no son sectores especializados que solo son promovidos por gobiernos y ambientalistas. El aumento de los niveles de inversión y el hecho de que gran parte del capital proviene de actores financieros más convencionales, sugiere que las opciones de energía sostenible ahora se están convirtiendo en la corriente principal.[69]​

De acuerdo con un análisis de tendencias del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, las preocupaciones por el cambio climático, junto con los altos precios del petróleo y el creciente apoyo gubernamental, están impulsando el aumento de las tasas de inversión en las industrias de energía sostenible. Según el PNUMA, la inversión global en energía sostenible en 2007 fue superior a los niveles anteriores, con $ 148 mil millones de dinero recaudado en 2007, un aumento del 60% en comparación con 2006. El total de transacciones financieras en energía sostenible, incluida la actividad de adquisición, fue de $ 204 mil millones.[70]​

Los flujos de inversión en 2007 se ampliaron y diversificaron, haciendo del panorama general una mayor amplitud y profundidad del uso sostenible de la energía. Los principales mercados de capital son "ahora totalmente receptivos a las compañías de energía sostenible, apoyadas por un aumento en los fondos destinados a la inversión en energía limpia".[70]​

Tecnología de red inteligente

La red inteligente se refiere a una clase de tecnología que las personas utilizan para llevar los sistemas de suministro de electricidad de los servicios públicos al siglo XXI, mediante el control remoto y la automatización basados en computadora.[71]​ Estos sistemas son posibles gracias a la tecnología de comunicación bidireccional y el procesamiento informático que se ha utilizado durante décadas en otras industrias. Se están empezando a utilizar en redes eléctricas, desde centrales eléctricas y parques eólicos hasta consumidores de electricidad en hogares y empresas. Ofrecen muchos beneficios a las empresas de servicios públicos y a los consumidores, principalmente en grandes mejoras en la eficiencia energética en la red eléctrica y en los hogares y oficinas de los usuarios de la energía.[71]​

Energía verde y generación verde

 
Una matriz de canalización solar es un ejemplo de energía verde.
 
Asiento público con panel solar integrado en Singapur: cualquiera puede sentarse y enchufar su teléfono móvil para realizar una carga gratuita

La energía verde incluye procesos energéticos naturales que se pueden aprovechar con poca contaminación. La energía verde es la electricidad generada a partir de fuentes de energía renovables.[72]​ Algunas definiciones también pueden incluir la energía derivada de la incineración de residuos.

Algunos han argumentado que aunque la energía verde es un esfuerzo encomiable para resolver el creciente consumo de energía en el mundo, debe ir acompañada de un cambio cultural que fomente la disminución del apetito energético en el mundo.[73]​

En varios países con acuerdos de transportistas comunes, los acuerdos de venta minorista de electricidad hacen posible que los consumidores compren electricidad ecológica (electricidad renovable) de su proveedor de servicios públicos o de un proveedor de energía ecológica.

Cuando se compra energía de la red eléctrica, la energía que llega al consumidor no necesariamente se generará a partir de fuentes de energía verde. La compañía local de servicios públicos, la compañía eléctrica o el grupo de energía estatal compran su electricidad a los productores de electricidad que pueden estar generando a partir de combustibles fósiles, fuentes de energía energía nuclear o renovable. En muchos países, la energía verde en la actualidad proporciona una cantidad muy pequeña de electricidad, que generalmente contribuye con menos del 2 al 5% al conjunto. En algunos estados de los EE. UU., los gobiernos locales han formado grupos regionales de compras de energía mediante el uso de Community Choice Aggregation y Solar Bonds para lograr una mezcla renovable del 51% o superior, como en la Ciudad de San Francisco.[74]​

Al participar en un programa de energía verde, un consumidor puede tener un efecto en las fuentes de energía utilizadas y, en última instancia, podría estar ayudando a promover y expandir el uso de energía verde. También están haciendo una declaración a los responsables políticos de que están dispuestos a pagar una prima de precio para respaldar la energía renovable. Los consumidores de energía verde obligan a las empresas de servicios públicos a aumentar la cantidad de energía verde que compran de la piscina (lo que reduce la cantidad de energía no verde que compran), o bien financian directamente la energía verde a través de un proveedor de energía verde. Si no hay suficientes fuentes de energía verde disponibles, la empresa de servicios públicos debe desarrollar otras nuevas o contratar a un proveedor de energía de terceros para proporcionar energía verde, lo que hace que se construya más. Sin embargo, no hay forma de que el consumidor pueda verificar si la electricidad comprada es "verde" o no.

En algunos países, como los Países Bajos, las compañías de electricidad garantizan la compra de una cantidad igual de "energía verde" que utilizan sus clientes de energía verde. El gobierno holandés exime a la energía verde de los impuestos sobre la contaminación, lo que significa que la energía verde no es más cara que la otra.

Sistemas locales de energía verde

 
Un pequeño aerogenerador de eje vertical de tipo Quietrevolution QR5 Gorlov en Bristol, Inglaterra. Mide 3 m de diámetro y 5m alto, tiene una placa de características de 6,5 kW a la red.
Artículo principal: Microgeneración

Aquellos que no estén satisfechos con el enfoque de la red de terceros para la energía verde a través de la red eléctrica pueden instalar su propio sistema de energía renovable con base local. Los sistemas eléctricos de energía renovable, desde la energía solar a la eólica hasta incluso la energía hidráulica local, en algunos casos, son algunos de los muchos tipos de sistemas de energía renovable disponibles a nivel local. Además, para aquellos interesados en calentar y enfriar su vivienda mediante energía renovable, los sistemas de bombas de calor geotérmicas que aprovechan la temperatura constante de la tierra, que es de alrededor de 7 a 15 grados centígrados a unos pocos metros bajo tierra y aumentan considerablemente a mayores profundidades, son una opción del gas natural convencional y el petróleo. Además, en ubicaciones geográficas donde la corteza terrestre es especialmente delgada, o cerca de volcanes (como es el caso en Islandia ) existe el potencial de generar incluso más electricidad de lo que sería posible en otros sitios, gracias a un gradiente de temperatura más significativo en estos lugares.

La ventaja de este enfoque en los Estados Unidos es que muchos estados ofrecen incentivos para compensar el costo de la instalación de un sistema de energía renovable. En California, Massachusetts y varios otros estados de EE. UU., un nuevo enfoque para el suministro de energía de la comunidad llamado Community Choice Aggregation ha brindado a las comunidades los medios para solicitar un proveedor de electricidad competitivo y utilizar bonos de ingresos municipales para financiar el desarrollo de recursos de energía verde locales. Por lo general, se asegura a las personas que la electricidad que están utilizando en realidad se produce a partir de una fuente de energía verde que controlan. Una vez que se paga el sistema, el propietario de un sistema de energía renovable producirá su propia electricidad renovable prácticamente sin costo y podrá vender el exceso a la empresa de servicios públicos local con una ganancia.

Usando energía verde

 
Un molino de viento de 0,1 KiloWatt para uso doméstico

La energía renovable, después de su generación, debe almacenarse en un medio para su uso con dispositivos autónomos y vehículos. Además, para proporcionar electricidad doméstica en áreas remotas (es decir, áreas que no están conectadas a la red eléctrica principal), se requiere almacenamiento de energía para su uso con energía renovable. Los sistemas de generación y consumo de energía utilizados en este último caso suelen ser sistemas de energía autónomos.

Algunos ejemplos son:

Generalmente, sin embargo, la energía renovable se deriva de la red eléctrica principal. Esto significa que la mayor parte del almacenamiento de energía no se utiliza, ya que la red eléctrica principal está organizada para producir la cantidad exacta de energía que se consume en ese momento en particular. La producción de energía en la red eléctrica principal siempre se configura como una combinación de plantas de energía renovable (a gran escala), así como otras plantas de energía como plantas de energía de combustibles fósiles y energía nuclear. Sin embargo, esta combinación, que es esencial para este tipo de suministro de energía (como, por ejemplo, turbinas eólicas, plantas de energía solar, etc.) solo puede producirse cuando sopla el viento y brilla el sol. Este es también uno de los principales inconvenientes del sistema, ya que las centrales eléctricas de combustibles fósiles son contaminantes y son la causa principal del calentamiento global (la energía nuclear es una excepción). Si bien las plantas de energía de combustibles fósiles también se pueden hacer sin emisiones (a través de la captura y almacenamiento de carbono), así como renovables (si las plantas se convierten, por ejemplo, en biomasa), la mejor solución es eliminar las plantas de energía con el tiempo. Las plantas de energía nuclear también pueden ser más o menos eliminadas de su problema de desechos nucleares mediante el uso del reprocesamiento nuclear y las plantas más nuevas como plantas reproductoras rápidas y plantas de fusión nuclear.

Las plantas de energía de energía renovable proporcionan un flujo constante de energía. Por ejemplo, las plantas hidroeléctricas, las plantas térmicas oceánicas y las plantas de energía osmótica proporcionan energía a un ritmo regulado y, por lo tanto, son fuentes de energía disponibles en cualquier momento (incluso en la noche, momentos de viento, etc.). Sin embargo, en la actualidad, el número de plantas de energía renovable de flujo constante por sí solo es demasiado pequeño para satisfacer las demandas de energía en el momento del día en que las plantas de energía renovable de producción irregular no pueden producir energía.

Además de la ecologización de los combustibles fósiles y las plantas de energía nuclear, otra opción es la distribución y el uso inmediato de la energía de fuentes exclusivamente renovables. En esta configuración, el almacenamiento de energía tampoco es necesario. Por ejemplo, TREC ha propuesto distribuir energía solar desde el Sahara a Europa. Europa puede distribuir energía eólica y oceánica al Sahara y otros países. De esta manera, la energía se produce en cualquier momento dado como en cualquier punto del planeta a medida que el sol o el viento sube o las olas del océano y las corrientes se agitan. Sin embargo, esta opción probablemente no sea posible a corto plazo, ya que el combustible fósil y la energía nuclear siguen siendo las principales fuentes de energía en la red eléctrica principal y no será posible reemplazarlos de la noche a la mañana.

Se han hecho varias sugerencias de almacenamiento de energía a gran escala para la red. En todo el mundo hay más de 100 GW de hidroelectricidad de bombeo. Esto mejora la eficiencia y reduce las pérdidas de energía, pero la conversión a una red eléctrica de almacenamiento de energía es una solución muy costosa. Algunos costos podrían reducirse potencialmente haciendo uso del equipo de almacenamiento de energía que compra el consumidor y no del estado. Un ejemplo son las baterías en autos eléctricos que se duplicarían como un búfer de energía para la red eléctrica. Sin embargo, además del costo, establecer un sistema así sería un procedimiento muy complicado y difícil. Además, los aparatos de almacenamiento de energía 'como baterías de automóviles también están construidos con materiales que representan una amenaza para el medio ambiente (por ejemplo, Litio). La producción combinada de baterías para una parte tan grande de la población todavía tendría preocupaciones ambientales. Sin embargo, además de las baterías de automóviles, otros proyectos de almacenamiento de energía de Grid utilizan transportadores de energía menos contaminantes (por ejemplo, tanques de aire comprimido y almacenamiento de energía del volante).

Energía verde y etiquetado por región

Unión Europea

La Directiva 2004/8 / CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de febrero de 2004, sobre la promoción de la cogeneración basada en una demanda de calor útil en el mercado interior de la energía[75]​ incluye el artículo 5 (Garantía de origen de la electricidad de alta cogeneración de la eficiencia).

Las ONG medioambientales europeas han lanzado una etiqueta ecológica para la energía verde. La ecoetiqueta se llama EKOenergy. Establece criterios de sostenibilidad, adicionalidad, información al consumidor y seguimiento. Solo una parte de la electricidad producida por fuentes renovables cumple con los criterios de EKOenergy.[76]​

En febrero de 2010 se lanzó un plan de certificación de suministro de energía verde en el Reino Unido. Esto implementa las pautas del Regulador de Energía, Ofgem , y establece requisitos de transparencia, la comparación de ventas por suministros de energía renovable y la adicionalidad.[77]​

Estados Unidos

El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), la Agencia de Protección Ambiental (EPA) y el Centro de Soluciones de Recursos (CRS)[78]​ reconocen la compra voluntaria de electricidad de fuentes de energía renovables (también llamada electricidad renovable o electricidad verde) como poder verde.[79]​

La forma más popular de comprar energía renovable según lo revelado por los datos de NREL es a través de la compra de Certificados de Energía Renovable (REC). Según una encuesta del Instituto de Marketing Natural (NMI),[80]​ el 55 por ciento de los consumidores estadounidenses desea que las empresas aumenten su uso de energía renovable. [79]​

El DOE seleccionó seis compañías para sus Premios Green Power Supplier Awards 2007, entre ellos Constellation NewEnergy ; 3Degrees ; Planeta esterlina ; SunEdison ; Pacific Power y Rocky Mountain Power ; y Silicon Valley Power . La energía verde combinada proporcionada por esos seis ganadores equivale a más de 5 mil millones de kilovatios-hora por año, lo que es suficiente para alimentar a casi 465,000 hogares estadounidenses promedio. En 2014, Arcadia Power hizo que los RECS estuvieran disponibles para los hogares y las empresas en los 50 estados, permitiendo a los consumidores usar el "100% de energía verde", según lo define la Asociación de Energía Verde de la EPA. [81]​ [82]​

La Asociación de Energía Ambiental de los Estados Unidos (USEPA, por sus siglas en inglés) Green Power Partnership es un programa voluntario que apoya la adquisición organizativa de electricidad renovable al ofrecer asesoramiento experto, asistencia técnica, herramientas y recursos. Esto puede ayudar a las organizaciones a reducir los costos de transacción de comprar energía renovable, reducir la huella de carbono y comunicar su liderazgo a los principales interesados. [83]​

En todo el país, más de la mitad de todos los clientes de electricidad de los EE. UU. ahora tienen la opción de comprar algún tipo de producto de energía verde a un proveedor minorista de electricidad. Aproximadamente una cuarta parte de las empresas de servicios públicos del país ofrecen programas de energía ecológica a los clientes, y las ventas minoristas voluntarias de energía renovable en los Estados Unidos totalizaron más de 12 mil millones de kilovatios-hora en 2006, un 40% más que el año anterior.

En los Estados Unidos, uno de los principales problemas con la compra de energía verde a través de la red eléctrica es la infraestructura centralizada actual que suministra electricidad al consumidor. Esta infraestructura ha conducido a caídas de tensión y apagones cada vez más frecuentes, altas emisiones de CO2 , mayores costos de energía y problemas de calidad de la energía.[84]​ Se invertirán $ 450 mil millones adicionales para expandir este sistema incipiente en los próximos 20 años para satisfacer la creciente demanda.[85]​ Además, este sistema centralizado se está sobrecargando aún más con la incorporación de energías renovables como la energía eólica, solar y geotérmica. Los recursos renovables, debido a la cantidad de espacio que requieren, a menudo se ubican en áreas remotas donde hay una menor demanda de energía. La infraestructura actual haría que el transporte de esta energía a áreas de alta demanda, como los centros urbanos, fuera altamente ineficiente y, en algunos casos, imposible. Además, a pesar de la cantidad de energía renovable producida o la viabilidad económica de tales tecnologías, solo un 20 por ciento podrá incorporarse a la red. Para tener un perfil energético más sostenible, los Estados Unidos deben avanzar hacia la implementación de cambios en la red eléctrica que se adapten a una economía de combustible mixto.[86]​

Se están proponiendo varias iniciativas para mitigar los problemas de distribución. En primer lugar, la forma más efectiva de reducir las emisiones de CO2 de EE. UU. y el lento calentamiento global es a través de los esfuerzos de conservación. Los opositores de la red eléctrica actual de los EE. UU. también han abogado por la descentralización de la red. Este sistema aumentaría la eficiencia al reducir la cantidad de energía perdida en la transmisión. También sería económicamente viable, ya que reduciría la cantidad de líneas eléctricas que deberán construirse en el futuro para satisfacer la demanda. La fusión del calor y la energía en este sistema crearía beneficios adicionales y ayudaría a aumentar su eficiencia hasta en un 80-90%. Este es un aumento significativo de las actuales plantas de combustibles fósiles que solo tienen una eficiencia del 34%. [87]​

Investigación energética sostenible

Existen numerosas organizaciones dentro de los sectores académico, federal y comercial que realizan investigaciones avanzadas a gran escala en el campo de la energía sostenible. Esta investigación abarca varias áreas de enfoque en todo el espectro de energía sostenible. La mayor parte de la investigación está dirigida a mejorar la eficiencia y aumentar el rendimiento energético general. [88]​ Múltiples organizaciones de investigación con apoyo federal se han centrado en la energía sostenible en los últimos años. Dos de los laboratorios más destacados son los Laboratorios Nacionales Sandia y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), ambos financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y respaldados por varios socios corporativos. [89]​ Sandia tiene un presupuesto total de $ 2.4 mil millones [90]​ mientras que NREL tiene un presupuesto de $ 375 millones. [91]​

La producción científica hacia sistemas de energía sostenible está aumentando de manera exponencial, ya que creció de aproximadamente 500 artículos de revistas en inglés solo sobre energía renovable en 1992 a casi 9,000 artículos para 2011.[92]​

Biomasa

 
Plantación de caña de azúcar para producir Etanol en Brasil
 
Una CHP utilizando madera para proporcionar electricidad a más de 30.000 hogares en Francia

La biomasa es un material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. Con mayor frecuencia se refiere a plantas o materiales derivados de plantas que se denominan específicamente biomasa lignocelulósica.[93]​ Como fuente de energía, la biomasa se puede usar directamente a través de la combustión para producir calor, o indirectamente después de convertirla en varias formas de biocombustible. La conversión de la biomasa en biocombustible se puede lograr mediante diferentes métodos que se clasifican ampliamente en: métodos térmicos, químicos y bioquímicos. La madera sigue siendo la mayor fuente de energía de biomasa en la actualidad; [94]​ ejemplos incluyen residuos forestales, como árboles muertos, ramas y tocones de árboles, recortes de jardín, astillas de madera e incluso residuos sólidos municipales. En el segundo sentido, la biomasa incluye materia vegetal o animal que se puede convertir en fibras u otros productos químicos industriales, incluidos los biocombustibles. La biomasa industrial se puede cultivar a partir de numerosos tipos de plantas, incluyendo miscanthus, switchgrass, cáñamo, maíz, álamo, sauce, sorgo, caña de azúcar, bambú,[95]​ y una variedad de especies de árboles, que van desde el eucalipto hasta la palma de aceite ( palma ) .

La biomasa, el biogás y los biocombustibles se queman para producir calor/energía y, al hacerlo, dañar el medio ambiente. Los contaminantes tales como los óxidos sulfurosos (SOx), los óxidos nitrosos (NOx) y las partículas (PM) se producen a partir de esta combustión; la Organización Mundial de la Salud calcula que la contaminación del aire causa cada año 7 millones de muertes prematuras.[96]​ La combustión de biomasa es un contribuyente importante.[96]​[97]​[98]​

Biocombustibles de etanol

Como la principal fuente de biocombustible en América del Norte, muchas organizaciones están realizando investigaciones en el área de producción de etanol. A nivel federal, el USDA realiza una gran cantidad de investigaciones sobre la producción de etanol en los Estados Unidos. Gran parte de esta investigación está orientada hacia el efecto de la producción de etanol en los mercados alimentarios nacionales.[99]​ El Laboratorio Nacional de Energía Renovable ha realizado varios proyectos de investigación sobre etanol, principalmente en el área del etanol celulósico.[100]​ El etanol celulósico tiene muchos beneficios sobre el etanol tradicional a base de maíz. No quita ni entra directamente en conflicto con el suministro de alimentos porque se produce a partir de madera, pastos o partes no comestibles de las plantas.[101]​ Además, algunos estudios han demostrado que el etanol celulósico es más rentable y económicamente sostenible que el etanol a base de maíz.[102]​ Incluso si utilizáramos toda la cosecha de maíz que tenemos en los Estados Unidos y la convertimos en etanol, solo produciría suficiente combustible para cubrir el 13 por ciento del consumo total de gasolina en los Estados Unidos.[103]​ Sandia National Laboratories realiza investigaciones internas sobre etanol celulósico[104]​ y también es miembro del Joint BioEnergy Institute (JBEI), un instituto de investigación fundado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos con el objetivo de desarrollar biocombustibles celulósicos.[105]​

Otros biocombustibles

De 1978 a 1996, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable experimentó con la producción de combustible de algas en el "Programa de Especies Acuáticas".[106]​ Un artículo auto publicado por Michael Briggs, en el Grupo de Biocombustibles de la Universidad de New Hampshire , ofrece estimaciones para el reemplazo realista de todos los combustibles para vehículos motorizados por biocombustibles utilizando algas que tienen un contenido de aceite natural superior al 50%, lo que Briggs sugiere puede ser Crecen en estanques de algas en plantas de tratamiento de aguas residuales.[107]​ Estas algas ricas en aceite pueden luego extraerse del sistema y procesarse en biocombustibles, y el resto seco se puede volver a procesar para crear etanol. La producción de algas para la extracción de petróleo para biocombustibles aún no se ha realizado a escala comercial, pero se han realizado estudios de factibilidad para llegar a la estimación del rendimiento anterior. Durante el proceso de producción de biocombustibles, las algas realmente consumen el dióxido de carbono en el aire y lo convierten en oxígeno a través de la fotosíntesis.[108]​ Además de su alto rendimiento proyectado, la algacultura, a diferencia de los biocombustibles basados en cultivos alimentarios, no implica una disminución en la producción de alimentos, ya que no requiere tierras de cultivo ni agua dulce. Muchas empresas están buscando bio-reactores de algas para diversos propósitos, incluyendo la ampliación de la producción de biocombustibles a niveles comerciales.[109]​[110]​

Varios grupos en diversos sectores están llevando a cabo investigaciones sobre Jatropha curcas , un árbol parecido a un arbusto venenoso que produce semillas consideradas por muchos como una fuente viable de petróleo como materia prima para biocombustibles.[111]​ Gran parte de esta investigación se centra en mejorar el rendimiento total de aceite por acre de Jatropha a través de los avances en genética, ciencias del suelo y prácticas hortícolas. SG Biofuels, un desarrollador de Jatropha con sede en San Diego, ha utilizado la genética molecular y la biotecnología para producir semillas híbridas de élite de Jatropha que muestran mejoras significativas en el rendimiento en comparación con las variedades de primera generación. [112]​ El Centro para la Agricultura de Energía Sostenible (CfSEF) es una organización de investigación sin fines de lucro con sede en Los Ángeles dedicada a la investigación de Jatropha en las áreas de ciencia de las plantas, agronomía y horticultura. Se proyecta que la exploración exitosa de estas disciplinas aumentará los rendimientos de la producción de la granja Jatropha en un 200-300% en los próximos diez años.[113]​

Torio

Hay potencialmente dos fuentes de energía nuclear. La fisión se utiliza en todas las centrales nucleares actuales. La fusión es la reacción que existe en las estrellas, incluido el sol, y no es práctica para su uso en la Tierra, ya que los reactores de fusión aún no están disponibles. Sin embargo, la energía nuclear es polémica desde el punto de vista político y científico debido a las preocupaciones sobre la eliminación de desechos radiactivos, la seguridad, los riesgos de un accidente grave y los problemas técnicos y económicos en el desmantelamiento de antiguas centrales eléctricas.[114]​

El torio es un material fisionable utilizado en la energía nuclear a base de torio. El ciclo del combustible de torio reclama varias ventajas potenciales sobre el ciclo del combustible de uranio, incluida una mayor abundancia , propiedades físicas y nucleares superiores, una mejor resistencia a la proliferación de armas nucleares[115]​[116]​[117]​ y una producción reducida de plutonio y actínidos . [117]​ Por lo tanto, a veces es referido como sostenible.[118]​

Solar

El principal obstáculo que impide la implementación a gran escala de la generación de energía solar es la ineficiencia de la tecnología solar actual. Actualmente, los paneles fotovoltaicos (FV) solo tienen la capacidad de convertir alrededor del 24% de la luz solar que los golpea en electricidad.[119]​ A este ritmo, la energía solar aún presenta muchos desafíos para una implementación generalizada, pero se ha logrado un progreso constante en la reducción de los costos de fabricación y el aumento de la eficiencia fotovoltaica. Tanto el Laboratorio Nacional de Sandia como el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés) han financiado programas de investigación solar. El programa solar NREL tiene un presupuesto de alrededor de $ 75 millones[120]​ y desarrolla proyectos de investigación en las áreas de tecnología fotovoltaica (PV), energía solar térmica y radiación solar.[121]​ El presupuesto para la división solar de Sandia es desconocido, sin embargo, representa un porcentaje significativo del presupuesto de $ 2.4 mil millones del laboratorio.[122]​ Varios programas académicos se han centrado en la investigación solar en los últimos años. El Centro de Investigación de Energía Solar (SERC) en la Universidad de Carolina del Norte (UNC) tiene el único propósito de desarrollar tecnología solar rentable. En 2008, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrollaron un método para almacenar energía solar al usarla para producir hidrógeno a partir de agua.[123]​ Dicha investigación está dirigida a abordar el obstáculo al que se enfrenta el desarrollo solar del almacenamiento de energía para su uso durante las horas nocturnas cuando el sol no brilla. En febrero de 2012, Semprius Inc., con sede en Carolina del Norte, una empresa de desarrollo solar respaldada por la empresa alemana Siemens, anunció que había desarrollado el panel solar más eficiente del mundo. La compañía afirma que el prototipo convierte el 33.9% de la luz solar que recibe electricidad, más del doble que la tasa de conversión de alto nivel anterior.[124]​ También se están llevando a cabo grandes proyectos sobre fotosíntesis artificial o combustibles solares en muchas naciones desarrolladas.[125]​

Los satélites de energía solar basados en el espacio buscan superar los problemas de almacenamiento y proporcionar un poder a escala de civilización que sea limpio, constante y global. y tienen programas nacionales activos destinados a la energía solar basada en el espacio (SBSP) a escala comercial, y la esperanza de ambas naciones de orbitar demostraciones en la década de 2030.

Viento

 
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El Laboratorio Nacional de Energía Renovable proyecta que el costo nivelado de la energía eólica en los EE. UU. Disminuirá aproximadamente un 25% entre 2012 y 2030. [126]​
 
Parque eólico Bangui en las Filipinas .

La investigación sobre energía eólica se remonta varias décadas a la década de 1970, cuando la NASA desarrolló un modelo analítico para predecir la generación de energía de las turbinas eólicas durante los fuertes vientos. [127]​ Hoy en día, tanto el Laboratorio Nacional de Sandia como el Laboratorio Nacional de Energía Renovable tienen programas dedicados a la investigación eólica. El laboratorio de Sandia se centra en el avance de los materiales, la aerodinámica y los sensores. [128]​ Los proyectos eólicos de NREL se centran en mejorar la producción de energía de las plantas eólicas, reducir sus costos de capital y hacer que la energía eólica sea más rentable en general.[129]​ El Laboratorio de Campo para Energía Eólica Optimizada (FLOWE) en Caltech se estableció para investigar enfoques renovables a las prácticas de tecnología de energía eólica que tienen el potencial de reducir el costo, el tamaño y el impacto ambiental de la producción de energía eólica.[130]​ El presidente de Sky WindPower Corporation cree que los aerogeneradores podrán producir electricidad a un centavo/kWh a un promedio que, en comparación con la electricidad generada con carbón, es una fracción del costo. [131]​

Un parque eólico es un grupo de turbinas eólicas en el mismo lugar utilizado para producir energía eléctrica. Un gran parque eólico puede constar de varios cientos de aerogeneradores individuales, y cubre un área extendida de cientos de millas cuadradas, pero la tierra entre los aerogeneradores puede usarse para fines agrícolas u otros. Un parque eólico también puede estar situado en alta mar.

Muchos de los parques eólicos terrestres más grandes operacionales están ubicados en los Estados Unidos y China. El parque eólico de Gansu en China tiene más de 5,000 MW instalados con una meta de 20,000 MW para 2020. China tiene varias otras "bases de energía eólica" de tamaño similar. El Centro de Energía Eólica Alta en California es el parque eólico en tierra más grande fuera de China, con una capacidad de 1020 MW de potencia. [132]​ Europa lidera el uso de la energía eólica con casi 66 GW, aproximadamente el 66 por ciento del total a nivel mundial, con Dinamarca a la cabeza según los países con capacidad per cápita instalada. [133]​ A partir de febrero de 2012, el parque eólico Walney en el Reino Unido es el parque eólico marino más grande del mundo con 367 MW, seguido del parque eólico Thanet (300 MW), también en el Reino Unido.

Hay muchos parques eólicos grandes en construcción, entre los que se incluyen BARD Offshore 1 (400 MW), Parque eólico Clyde (350 MW), Parque eólico Greater Gabbard (500 MW), Parque eólico Lincs (270 MW), London Array (1000 MW) , El proyecto eólico Lower Snake River (343 MW), el parque eólico de Macarthur (420 MW), el parque eólico de Shepherds Flat (845 MW) y el shoal de Sheringham (317 MW).

La energía eólica se ha expandido rápidamente, su participación en el consumo mundial de electricidad a finales de 2014 fue del 3,1%.[134]​

Aunque Enerdata facilita valores cuantitativos del uso de la energía eólica y solar conjuntamente, cabe destacar que en 2020 la cuota de dichas energías creció a un ritmo rápido y constante (+1,2 puntos), llegando al 9,5% a nivel mundial. El país que experimentó un crecimiento más elevado en 2020 fue Australia, país donde la cuota de energía eólica y solar en la oferta energética creció en 2,9 puntos.[135]​

Geotermia

La energía geotérmica se produce aprovechando la energía térmica creada y almacenada dentro de la tierra. Surge de la descomposición radioactiva de un isótopo de potasio y otros elementos que se encuentran en la corteza terrestre.[136]​ La energía geotérmica se puede obtener perforando el suelo, muy similar a la exploración de petróleo, y luego se transporta mediante un fluido de transferencia de calor (por ejemplo, agua, salmuera o vapor).[136]​ Los sistemas geotérmicos que están dominados principalmente por el agua tienen el potencial de proporcionar mayores beneficios al sistema y generarán más energía.[137]​ Dentro de estos sistemas dominados por líquidos, existen posibles preocupaciones de hundimiento y contaminación de los recursos de agua subterránea. Por lo tanto, la protección de los recursos de agua subterránea es necesaria en estos sistemas. Esto significa que es necesaria una cuidadosa producción e ingeniería de reservorios en sistemas de reservorios geotérmicos dominados por líquidos.[137]​ La energía geotérmica se considera sostenible porque la energía térmica se repone constantemente.[138]​ Sin embargo, la ciencia de la generación de energía geotérmica es todavía joven y está desarrollando viabilidad económica. Varias entidades, como el Laboratorio Nacional de Energía Renovable[139]​ y los Laboratorios Nacionales Sandia[140]​ están realizando investigaciones hacia el objetivo de establecer una ciencia probada en torno a la energía geotérmica. El Centro Internacional de Investigación Geotérmica (IGC), una organización alemana de investigación en geociencias, se centra principalmente en la investigación del desarrollo de energía geotérmica. [141]​

Hidrógeno

Se han gastado más de $ 1 billón de dinero federal en la investigación y el desarrollo de hidrógeno y un medio para el almacenamiento de energía en los Estados Unidos. (2012) [142]​ Tanto el Laboratorio Nacional de Energía Renovable [143]​ como los Laboratorios Nacionales Sandia [144]​ tienen departamentos dedicados a la investigación del hidrógeno. El hidrógeno es útil para el almacenamiento de energía y para el uso en aviones y barcos, pero no es práctico para el uso de automóviles, ya que no es muy eficiente en comparación con el uso de una batería, por el mismo costo que una persona puede viajar tres veces más usando una batería. Batería del vehículo eléctrico . [145]​ pesar de esa opinión, los fabricantes japoneses de automóviles Toyota y Honda ofrecen actualmente vehículos de pasajeros con motor de pila de combustible de hidrógeno para la venta en Japón y los EE. UU. Los autobuses urbanos de celda de combustible de hidrógeno experimentales están actualmente operativos en dos distritos de tránsito de los EE. UU. Condado de Costa, California, y en Connecticut[146]​

Inversiones en energía limpia

 
Comparando las tendencias en el uso de energía en todo el mundo, el crecimiento de la energía limpia hasta 2015 se muestra en la línea verde [147]​

En todo el mundo, muchos gobiernos subnacionales (regiones, estados y provincias) han buscado agresivamente inversiones en energía sostenible. En los Estados Unidos, el liderazgo de California en energía renovable fue reconocido por The Climate Group cuando otorgó al exgobernador Arnold Schwarzenegger su premio inaugural por liderazgo internacional sobre el clima en Copenhague en 2009 [148]​ en Australia, el estado de Australia del Sur, bajo el liderazgo del ex primer ministro Mike Rann, ha liderado el camino con la energía eólica que comprende el 26% de su generación eléctrica a fines de 2011, superando por primera vez a la generación de carbón.[148]​ El sur de Australia también ha tenido el mayor consumo per cápita de paneles solares domésticos en Australia luego de la introducción por parte del Gobierno de Rann de las leyes de alimentación solar y la campaña educativa relacionada con la instalación de instalaciones solares fotovoltaicas en los techos de edificios públicos destacados, incluido el parlamento. , museo, aeropuerto y pabellones y escuelas de Adelaide Showgrounds.[149]​ Rann, el primer ministro de cambio climático de Australia, aprobó una legislación en 2006 que establece objetivos para la energía renovable y los recortes de emisiones, la primera legislación en Australia para hacerlo.[150]​

Además, en la Unión Europea existe una clara tendencia a promover políticas que fomenten las inversiones y la financiación de energía sostenible en términos de eficiencia energética, innovación en la explotación de la energía y desarrollo de recursos renovables, con una mayor consideración de los aspectos ambientales y la sostenibilidad.[151]​

En octubre de 2018, el Consejo Americano para una Economía de Eficiencia Energética (ACEEE, por sus siglas en inglés) publicó su "Tarjeta de Puntuación Estatal de Eficiencia Energética". El cuadro de mando concluyó que los estados y las compañías de servicios eléctricos continúan expandiendo las medidas de eficiencia energética para cumplir los objetivos de energía limpia. En 2017, los Estados Unidos gastaron $ 6,6 mil millones en programas de eficiencia eléctrica. $1.3 mil millones se gastaron en eficiencia de gas natural. Estos programas dieron como resultado un ahorro de 27,3 millones de megavatios hora (MWh) de electricidad. [152]​

Revistas relacionadas

Entre las revistas científicas relacionadas con el estudio interdisciplinario de la energía sostenible se encuentran:

  • Ciencia energética y ambiental
  • Energía para el desarrollo sostenible
  • La política energética
  • Revista de Energía Renovable y Sostenible
  • Revisiones de energía renovable y sostenible

Véase también

Referencias

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Noviembre 03, 2021
energía, sostenible, energía, sostenible, principio, humano, energía, satisface, necesidades, presente, comprometer, capacidad, generaciones, futuras, para, satisfacer, propias, necesidades, otra, definición, energía, sostenible, consume, tasas, insignificante. La energia sostenible es un principio en el que el uso humano de la energia satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades 1 Otra definicion de energia sostenible es que se consume a tasas insignificantes en comparacion con su suministro y con efectos colaterales manejables especialmente efectos ambientales Las estrategias de energia sostenible generalmente tienen dos pilares metodos mas limpios de produccion de energia y conservacion energetica Energia sostenibleVision generalEnergia sostenible Combustible neutro en carbono Abandono de los combustibles fosilesConservacion energeticaCogeneracion Eficiencia energetica Almacenamiento de energia Edificio verde Bomba de calor Energia baja en carbono Microgeneracion Casa pasivaEnergia renovableBiocombustible Geotermica Hidroelectricidad Solar Marea Ola VientoTransporte sostenibleVehiculo electrico Vehiculo verde Complemento hibridoLas tecnologias de energia sostenible se implementan para generar electricidad calentar y enfriar edificios y para alimentar los sistemas de transporte y las maquinas Cuando se hace referencia a los metodos de produccion de energia el termino energia sostenible a menudo se usa de manera intercambiable con el termino energia renovable En general las fuentes de energia renovable como la energia solar la energia eolica la energia geotermica y la energia mareomotriz se consideran en general fuentes de energia sostenible Sin embargo la implementacion de proyectos particulares de energia renovable como la represa de rios para generar hidroelectricidad o la tala de bosques para la produccion de biocombustibles a veces plantea importantes preocupaciones de sostenibilidad Existe una considerable controversia sobre si la energia nuclear puede considerarse sostenible Los costos de las fuentes de energia sostenibles han disminuido enormemente a lo largo de los anos y continuan disminuyendo Cada vez mas las politicas gubernamentales efectivas apoyan la confianza de los inversionistas y estos mercados se estan expandiendo Se esta logrando un progreso considerable en la transicion energetica de los combustibles fosiles a los sistemas ecologicamente sostenibles hasta el punto en que muchos estudios apoyan la Energia renovable 100 El principio organizador para la sostenibilidad es el desarrollo sostenible que incluye los cuatro dominios interconectados ecologia economia politica y cultura 2 La ciencia de la sostenibilidad es el estudio del desarrollo sostenible y la ciencia ambiental 3 Indice 1 Definiciones 2 Fuentes de energia renovable 2 1 Hidroelectricidad 2 2 Geotermia 2 3 Biomasa 2 4 Biocombustible 2 5 Viento 2 6 Calefaccion solar 2 7 Electricidad solar 2 8 Energia oceanica 2 9 Tecnologias habilitadoras para las energias renovables 3 Fuentes de energia no renovables 4 Eficiencia energetica 4 1 Tecnologia de red inteligente 5 Energia verde y generacion verde 5 1 Sistemas locales de energia verde 5 2 Usando energia verde 5 3 Energia verde y etiquetado por region 5 3 1 Union Europea 5 3 2 Estados Unidos 6 Investigacion energetica sostenible 6 1 Biomasa 6 2 Biocombustibles de etanol 6 3 Otros biocombustibles 6 4 Torio 6 5 Solar 6 6 Viento 6 7 Geotermia 6 8 Hidrogeno 7 Inversiones en energia limpia 8 Revistas relacionadas 9 Vease tambien 10 Referencias 11 BibliografiaDefiniciones EditarEl concepto de desarrollo sostenible fue descrito por la Comision Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo en su libro Nuestro futuro comun de 1987 4 Su definicion de sostenibilidad que ahora se usa ampliamente era El desarrollo sostenible debe satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades 4 En su libro la Comision describio cuatro elementos clave de sostenibilidad con respecto a la energia la capacidad de aumentar el suministro de energia para satisfacer las crecientes necesidades humanas la eficiencia y conservacion de la energia la salud y seguridad publicas y la proteccion de la biosfera y la prevencion de Formas mas localizadas de contaminacion 5 Desde entonces se han ofrecido varias definiciones de energia sostenible que tambien se basan en los tres pilares del desarrollo sostenible a saber el medio ambiente la economia y la sociedad Los criterios ambientales incluyen las emisiones de gases de efecto invernadero el impacto en la biodiversidad y la produccion de desechos peligrosos y emisiones toxicas Los criterios economicos incluyen el costo de la energia si la energia se entrega a los usuarios con alta confiabilidad y los efectos en los trabajos asociados con la produccion de energia Los criterios socioculturales incluyen la prevencion de guerras sobre el suministro de energia seguridad energetica y la disponibilidad de energia a largo plazo 6 Como ninguna fuente de energia cumple con estos criterios a la perfeccion las fuentes de energia sostenible son sostenibles solo en comparacion con otras fuentes La inexistencia de fuentes de energia perfectas significa que promover un uso eficiente de la energia es esencial para las estrategias de energia sostenible 6 La energia verde es la energia que se puede extraer generar y o consumir sin ningun impacto negativo significativo para el medio ambiente El planeta tiene una capacidad natural para recuperarse lo que significa que la contaminacion que no supera esa capacidad todavia puede denominarse verde Representa aquellos recursos de energia renovable y tecnologias que proporcionan el mayor beneficio ambiental La Agencia de Proteccion Ambiental de Estados Unidos define el poder verde como la electricidad producida a partir de energia solar eolica geotermica biogas biomasa y de hidroelectricas pequenas de bajo impacto 7 Fuentes de energia renovable EditarArticulo principal Energia renovable Cuando se hace referencia a fuentes de energia los terminos energia sostenible y energia renovable a menudo se usan indistintamente sin embargo los proyectos particulares de energia renovable a veces plantean importantes preocupaciones de sostenibilidad Las tecnologias de energia renovable son contribuyentes esenciales para la energia sostenible ya que generalmente contribuyen a la seguridad energetica mundial reduciendo la dependencia de los recursos de combustibles fosiles 8 y brindando oportunidades para mitigar los gases de efecto invernadero 8 Se han realizado diversos trabajos de analisis de costo beneficio realizados por una gran variedad de especialistas y agencias para determinar las vias mas baratas y rapidas para descarbonizar el suministro de energia del mundo y el tema es de gran controversia en particular sobre el papel de la energia nuclear 9 10 11 12 13 Hidroelectricidad Editar Articulo principal Energia hidraulicaEntre las fuentes de energia renovable las plantas hidroelectricas tienen la ventaja de ser de larga duracion muchas de las plantas existentes han operado por mas de 100 anos Ademas las centrales hidroelectricas son limpias y tienen pocas emisiones Las criticas dirigidas a las centrales hidroelectricas a gran escala incluyen la dislocacion de las personas que viven donde se planifican los reservorios y la liberacion de cantidades significativas de dioxido de carbono durante la construccion e inundacion del reservorio 14 Las represas hidroelectricas son una de las fuentes de energia sostenible mas desplegadas Sin embargo se ha encontrado que las altas emisiones se asocian solo con reservorios poco profundos en lugares calidos tropicales y las innovaciones recientes en la tecnologia de turbinas esta permitiendo el desarrollo eficiente de proyectos hidroelectricos de bajo impacto en la corriente del rio 15 En general las plantas hidroelectricas producen emisiones de gases de efecto invernadero mucho mas bajas que otros tipos de generacion La energia hidroelectrica experimento un intenso desarrollo durante el crecimiento de la electrificacion en los siglos XIX y XX esta experimentando un resurgimiento de su desarrollo en el siglo XXI Las areas de mayor crecimiento hidroelectrico son las economias en auge de Asia China es el lider del desarrollo sin embargo otras naciones asiaticas estan instalando la energia hidroelectrica a un ritmo rapido Este crecimiento esta impulsado por un aumento en los costos de energia especialmente por la energia importada y por los deseos generalizados de generacion mas domestica limpia renovable y economica Presa hidroelectrica en seccion transversal Geotermia Editar Una de las muchas plantas de energia en The Geysers un campo geotermico en el norte de California con una produccion total de mas de 750 MW Las tecnologias en uso para la produccion geotermica incluyen centrales de vapor seco centrales de vapor flash y centrales de ciclo binario La generacion de electricidad geotermica se usa actualmente en 24 paises mientras que la calefaccion geotermica se usa en 70 paises 16 Los mercados internacionales crecieron a una tasa promedio anual del 5 por ciento durante los tres anos hasta 2015 y se espera que la capacidad de energia geotermica global alcance los 14 5 17 6 GW en 2020 17 Se considera que la energia geotermica es una fuente de energia sostenible y renovable porque la extraccion de calor es pequena en comparacion con el contenido de calor de la Tierra 18 Las emisiones de gases de efecto invernadero de las estaciones electricas geotermicas son en promedio 45 gramos de dioxido de carbono por kilovatio hora de electricidad o menos del 5 por ciento de la de las plantas de carbon convencionales 16 Como fuente de energia renovable para energia y calefaccion la energia geotermica tiene el potencial de satisfacer el 3 5 de la demanda mundial para el 2050 Con incentivos economicos se estima que para 2100 sera posible satisfacer el 10 de la demanda global 19 Biomasa Editar Las briquetas de biomasa se utilizan cada vez mas en el mundo en desarrollo como una alternativa al carbon vegetal La tecnica implica la conversion de casi cualquier materia vegetal en briquetas comprimidas que tipicamente tienen alrededor del 70 del valor calorifico del carbon vegetal Hay relativamente pocos ejemplos de produccion de briquetas a gran escala Una excepcion esta en Kivu del Norte en el este de la Republica Democratica del Congo donde la tala de bosques para la produccion de carbon vegetal se considera la mayor amenaza para el habitat del gorila de montana El personal del Parque nacional Virunga ha capacitado y equipado con exito a mas de 3500 personas para producir briquetas de biomasa reemplazando asi el carbon vegetal producido ilegalmente dentro del parque nacional y creando un importante empleo para las personas que viven en la pobreza extrema en las zonas afectadas por conflictos 20 Biocombustible Editar Informacion sobre la bomba California Brasil tiene uno de los programas de energia renovable mas grandes del mundo que involucra la produccion de etanol combustible a partir de la cana de azucar y el etanol ahora proporciona el 18 por ciento del combustible automotriz del pais Como resultado de esto junto con la explotacion de las fuentes de petroleo de aguas profundas domesticas Brasil que hace anos tuvo que importar una gran parte del petroleo necesario para el consumo domestico alcanzo la autosuficiencia petrolera completa 21 22 23 La mayoria de los autos que circulan en los Estados Unidos pueden funcionar con mezclas de hasta un 10 de etanol y los fabricantes de vehiculos motorizados ya producen vehiculos disenados para funcionar con mezclas de etanol mucho mas altas Ford DaimlerChrysler y GM se encuentran entre las companias que venden automoviles camiones y minivans de combustible flexible que pueden usar gasolina y mezclas de etanol desde gasolina pura hasta un 85 de etanol E85 A mediados de 2006 habia aproximadamente seis millones de vehiculos compatibles con E85 en las carreteras de los Estados Unidos 24 Los biocombustibles pueden definirse como renovables pero pueden no ser sostenibles debido a la degradacion del suelo A partir de 2012 el 40 de la produccion de maiz estadounidense se destina al etanol El etanol ocupa un gran porcentaje del Uso de energia limpia cuando de hecho aun es discutible si el etanol debe considerarse como una Energia limpia 25 Segun la Agencia Internacional de Energia las nuevas tecnologias de bioenergia biocombustibles que se estan desarrollando hoy en dia especialmente las biorrefinerias de etanol celulosico podrian permitir que los biocombustibles desempenen un papel mucho mas importante en el futuro de lo que se pensaba anteriormente 26 El etanol celulosico se puede obtener a partir de materia vegetal compuesta principalmente de fibras de celulosa no comestibles que forman los tallos y ramas de la mayoria de las plantas Los residuos de cultivos como los tallos de maiz la paja de trigo y la paja de arroz los residuos de madera y los residuos solidos municipales son fuentes potenciales de biomasa celulosica Los cultivos energeticos dedicados como la hierba de cambio tambien son fuentes prometedoras de celulosa que pueden producirse de manera sostenible en muchas regiones de los Estados Unidos 27 Viento Editar Este articulo o seccion se encuentra desactualizado La informacion suministrada ha quedado obsoleta o es insuficiente Este aviso fue puesto el 7 de marzo de 2019 En Europa en el siglo XIX habia unos 200 000 molinos de viento un poco mas que los aerogeneradores modernos del siglo XXI 28 Se utilizaban principalmente para moler el grano y bombear agua La era de los motores de vapor impulsados por carbon reemplazo este uso temprano de la energia eolica Energia eolica capacidad instalada mundial 29 Algunas de las energias renovables de segunda generacion como la energia eolica tienen un alto potencial y ya han tenido costos de produccion relativamente bajos A fines de 2008 la capacidad de los parques eolicos en todo el mundo era de 120 791 megavatios MW lo que represento un incremento del 28 8 por ciento durante el ano 30 y la energia eolica produjo aproximadamente el 1 3 del consumo mundial de electricidad 31 La energia eolica representaba en 2006 aproximadamente el 20 del uso de electricidad en Dinamarca el 9 en Espana y el 7 en Alemania 32 33 Sin embargo puede ser dificil ubicar turbinas eolicas en algunas areas por razones esteticas o ambientales y puede ser dificil integrar la energia eolica en las redes electricas en algunos casos 8 Calefaccion solar Editar Los sistemas de calefaccion solar son una tecnologia de segunda generacion bien conocida y generalmente consisten en colectores solares termicos un sistema de fluido para mover el calor del colector a su punto de uso y un deposito o tanque para el almacenamiento de calor y su uso posterior Los sistemas pueden usarse para calentar agua caliente domestica agua de piscinas o para calefaccion de espacios 34 El calor tambien se puede utilizar para aplicaciones industriales o como entrada de energia para otros usos como equipos de refrigeracion 35 En muchos climas un sistema de calefaccion solar puede proporcionar un porcentaje muy alto 20 a 80 de energia de agua caliente domestica La energia recibida del sol por la tierra es la de la radiacion electromagnetica Rangos de luz de ondas visibles infrarrojas ultravioletas de rayos X y de radio recibidas por la Tierra a traves de la energia solar El mayor poder de radiacion proviene de la luz visible La energia solar es complicada debido a los cambios en las estaciones y del dia a la noche La cubierta de nubes tambien puede aumentar las complicaciones de la energia solar y no toda la radiacion del sol llega a la Tierra porque se absorbe y dispersa debido a las nubes y los gases dentro de las atmosferas de la Tierra 36 Bosquejo de un colector parabolico del canal Las centrales termicas solares han estado operando con exito comercialmente en California desde fines de la decada de 1980 incluyendo la planta de energia solar mas grande de cualquier tipo los Sistemas de Generacion de Energia Solar de 350 MW Nevada Solar One es otra planta de 64MW que se inauguro recientemente 37 Otras centrales parabolicas que se estan proponiendo son dos centrales de 50MW en Espana y una central de 100MW en Israel 38 Electricidad solar Editar 11 MW planta de energia solar cerca de Serpa Portugal 38 1 51 N 7 37 22 O 38 03083 7 62278 En la decada de 1980 y principios de la decada de 1990 la mayoria de los modulos fotovoltaicos proporcionaban suministro de energia de area remota pero desde aproximadamente 1995 los esfuerzos de la industria se han centrado cada vez mas en desarrollar edificios fotovoltaicos integrados y centrales electricas para aplicaciones conectadas a la red consulte el articulo sobre centrales fotovoltaicas para mas detalles Actualmente la planta de energia fotovoltaica mas grande de America del Norte es la planta de energia solar de Nellis 15 MW 39 40 Existe una propuesta para construir una central de energia solar en Victoria Australia que seria la central fotovoltaica mas grande del mundo con 154 MW 41 42 Otras grandes centrales fotovoltaicas incluyen la planta de energia solar Girassol 62 MW 43 y el Parque Solar Waldpolenz 40 MW 44 Los grandes proyectos de investigacion nacionales y regionales sobre la fotosintesis artificial estan disenando sistemas basados en nanotecnologia que utilizan la energia solar para dividir el agua en combustible de hidrogeno 45 y se ha hecho una propuesta para un proyecto de fotosintesis artificial global 46 En 2011 los investigadores del Instituto de Tecnologia de Massachusetts MIT desarrollaron lo que denominan una hoja artificial que es capaz de dividir el agua en hidrogeno y oxigeno directamente de la energia solar cuando se cae en un vaso de agua Un lado de la Hoja Artificial produce burbujas de hidrogeno mientras que el otro lado produce burbujas de oxigeno 47 La mayoria de las plantas de energia solar actuales estan hechas de una serie de unidades similares donde cada unidad se ajusta continuamente por ejemplo con algunos motores paso a paso para que el convertidor de luz permanezca en el foco de la luz solar El costo de enfocar la luz en los convertidores como los paneles solares de alta potencia el motor Stirling etc puede reducirse drasticamente con una mecanica de cuerdas simple y eficiente 48 En esta tecnica muchas unidades estan conectadas con una red de cuerdas de modo que tirar de dos o tres cuerdas es suficiente para mantener a todos los convertidores de luz enfocados simultaneamente a medida que cambia la direccion del sol Japon y China tienen programas nacionales destinados a la energia solar espacial SBSP a escala comercial La Academia China de Tecnologia Espacial CAST gano el Concurso Internacional de Diseno de SunSat 2015 con este video de su diseno de articulacion giratoria multiple Los defensores de SBSP afirman que la energia solar basada en el espacio seria limpia constante y global y podria escalar para satisfacer toda la demanda de energia planetaria 19 Una reciente propuesta de la industria de varias agencias que se hizo eco de la recomendacion del Pentagono de 2008 gano el Desafio de Innovacion D3 Diplomacia Desarrollo Defensa de SECDEF SECSTATE USAID 49 La Casa Solar 1 del MIT construida en 1939 utilizo el almacenamiento de energia termica estacional STES para la calefaccion durante todo el ano Energia oceanica Editar El primer generador de corriente de mareas comercial 50 del mundo SeaGen en Strangford Lough La estela fuerte muestra la potencia en la corriente de marea Portugal tiene la primera granja comercial de olas del mundo la Agucadora Wave Park en construccion en 2007 e inaugurada el 23 de septiembre de 2008 La granja utilizo tres maquinas Pelamis P 750 que tenian una expectativa de generar 2 25 MW 51 52 y los costos se estimaban en 8 5 millones de euros Debido a problemas tecnicos en las maquinas Pelamis P 750 estas fueron devueltas al puerto de Leixoes en noviembre de 2008 La financiacion para una granja de olas en Escocia fue anunciada en febrero de 2007 por Scottish Executive a un costo de mas de 4 millones de libras como parte de un paquete de financiamiento de 13 millones de libras para la energia oceanica en Escocia La granja sera la mas grande del mundo con una capacidad de 3 MW generada por cuatro maquinas Pelamis 53 En 2007 la primera turbina del mundo para crear cantidades comerciales de energia utilizando la energia de las mareas se instalo en los estrechos de Strangford Lough en Irlanda El generador de electricidad de marea submarina de 1 2 MW aprovecha el rapido flujo de marea en el lago que puede ser de hasta 4 m s Aunque el generador es lo suficientemente potente como para alimentar hasta mil hogares la turbina tiene un impacto ambiental minimo ya que esta casi completamente sumergida y los rotores giran lo suficientemente lento como para que no supongan ningun peligro para la vida silvestre 54 55 Tecnologias habilitadoras para las energias renovables Editar La energia solar y eolica son fuentes de energia intermitentes que suministran electricidad del 10 al 40 del tiempo Para compensar esta caracteristica es comun vincular su produccion con la hidroelectricidad ya existente o la generacion de gas natural En regiones donde esto no esta disponible la energia eolica y solar pueden combinarse con una hidroelectricidad con almacenamiento por bombeo significativamente mas costosa Las bombas de calor y el almacenamiento de energia termica son clases de tecnologias que pueden permitir la utilizacion de fuentes de energia renovables que de otra forma serian inaccesibles debido a una temperatura demasiado baja para su utilizacion o un lapso de tiempo entre la disponibilidad de energia y cuando se necesita Al aumentar la temperatura de la energia termica renovable disponible las bombas de calor tienen la propiedad adicional de aprovechar la energia electrica o en algunos casos la energia mecanica o termica al usarla para extraer energia adicional de una fuente de baja calidad como el agua de mar agua de lago el suelo el aire o el calor residual de un proceso Las tecnologias de almacenamiento termico permiten que el calor o el frio se almacenen durante periodos de tiempo que van desde horas o durante la noche hasta la estacion y pueden implicar el almacenamiento de calor sensible es decir al cambiar la temperatura de un medio o calor latente es decir a traves de los cambios de fase de un medio tal como entre el agua y el aguanieve o hielo Los almacenamientos termicos a corto plazo se pueden utilizar para la regulacion de los maximos en sistemas de distribucion electrica o calefaccion urbana Los tipos de fuentes de energia renovables o alternativas que se pueden habilitar incluyen energia natural por ejemplo recolectada a traves de colectores solares termicos o torres de enfriamiento seco usadas para recolectar el frio del invierno energia residual por ejemplo de equipos de HVAC procesos industriales o centrales electricas o excedentes de energia por ejemplo como estacionalmente de proyectos hidroelectricos o intermitentemente de parques eolicos La comunidad solar de Drake Landing Alberta Canada es ilustrativa El almacenamiento de energia termica permite a la comunidad obtener el 97 de su calor durante todo el ano de los colectores solares en los techos de los garajes que se acumulan en verano 56 57 Los tipos de almacenaje para calor sensible incluyen tanques aislados conglomerados de perforaciones en sustratos que van desde la grava hasta el lecho de roca acuiferos profundos o pozos revestidos poco profundos que estan aislados en la parte superior Algunos tipos de almacenamiento son capaces de almacenar calor o frio entre temporadas opuestas especialmente si son muy grandes y algunas aplicaciones de almacenamiento requieren la inclusion de una bomba de calor El calor latente generalmente se almacena en tanques de hielo o lo que se llama materiales de cambio de fase PCM Fuentes de energia no renovables EditarVease tambien Reactor de sal fundida Existe una considerable controversia sobre si la energia nuclear puede considerarse sostenible Algunas formas de energia nuclear aquellas que son capaces de quemar desechos nucleares a traves de un proceso conocido como transmutacion nuclear como un Reactor Rapido Integral podrian pertenecer a la categoria de Energia Verde Algunas personas incluido el fundador y primer miembro de Greenpeace Patrick Moore 58 59 60 George Monbiot 61 Bill Gates 62 y James Lovelock 63 han clasificado especificamente la energia nuclear como energia verde Otros incluido Phil Radford 64 65 de Greenpeace estan en desacuerdo y afirman que los problemas asociados con los desechos radiactivos y el riesgo de accidentes nucleares como el desastre de Chernobyl representan un riesgo inaceptable para el medio ambiente y la humanidad Sin embargo los disenos mas nuevos de reactores nucleares son capaces de utilizar lo que ahora se considera desecho nuclear hasta que ya no sea o dramaticamente menos peligroso y tienen caracteristicas de diseno que minimizan en gran medida la posibilidad de un accidente nuclear Estos disenos aun no se han comercializado Eficiencia energetica EditarArticulo principal Eficiencia energeticaAvanzar hacia la sostenibilidad energetica requerira cambios no solo en la forma en que se suministra la energia sino tambien en la forma en que se utiliza y es esencial reducir la cantidad de energia necesaria para entregar diversos bienes o servicios Las oportunidades de mejora en el lado de la demanda de la ecuacion de energia son tan ricas y diversas como las del lado de la oferta y a menudo ofrecen importantes beneficios economicos 66 La energia renovable y la eficiencia energetica a veces se dice que son los pilares gemelos de la politica energetica sostenible Ambos recursos deben desarrollarse para estabilizar y reducir las emisiones de dioxido de carbono La eficiencia ralentiza el crecimiento de la demanda energetica de modo que el aumento de los suministros de energia limpia puede hacer grandes recortes en el uso de combustibles fosiles Si el uso de energia crece demasiado rapido el desarrollo de energia renovable perseguira un objetivo en retroceso Un analisis historico reciente ha demostrado que la tasa de mejoras en la eficiencia energetica en general se ha visto superada por la tasa de crecimiento de la demanda de energia que se debe a un crecimiento economico y demografico continuo Como resultado a pesar de los aumentos de eficiencia energetica el uso total de energia y las emisiones de carbono relacionadas han seguido aumentando Por lo tanto dados los limites termodinamicos y practicos de las mejoras de eficiencia energetica es esencial reducir el crecimiento de la demanda de energia 67 Sin embargo a menos que los suministros de energia limpia se conecten rapidamente la desaceleracion del crecimiento de la demanda solo comenzara a reducir las emisiones totales tambien es necesario reducir el contenido de carbono de las fuentes de energia Cualquier vision seria de una economia energetica sostenible requiere compromisos tanto de energias renovables como de eficiencia 68 La energia renovable y la eficiencia energetica ya no son sectores especializados que solo son promovidos por gobiernos y ambientalistas El aumento de los niveles de inversion y el hecho de que gran parte del capital proviene de actores financieros mas convencionales sugiere que las opciones de energia sostenible ahora se estan convirtiendo en la corriente principal 69 De acuerdo con un analisis de tendencias del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente las preocupaciones por el cambio climatico junto con los altos precios del petroleo y el creciente apoyo gubernamental estan impulsando el aumento de las tasas de inversion en las industrias de energia sostenible Segun el PNUMA la inversion global en energia sostenible en 2007 fue superior a los niveles anteriores con 148 mil millones de dinero recaudado en 2007 un aumento del 60 en comparacion con 2006 El total de transacciones financieras en energia sostenible incluida la actividad de adquisicion fue de 204 mil millones 70 Los flujos de inversion en 2007 se ampliaron y diversificaron haciendo del panorama general una mayor amplitud y profundidad del uso sostenible de la energia Los principales mercados de capital son ahora totalmente receptivos a las companias de energia sostenible apoyadas por un aumento en los fondos destinados a la inversion en energia limpia 70 Tecnologia de red inteligente Editar La red inteligente se refiere a una clase de tecnologia que las personas utilizan para llevar los sistemas de suministro de electricidad de los servicios publicos al siglo XXI mediante el control remoto y la automatizacion basados en computadora 71 Estos sistemas son posibles gracias a la tecnologia de comunicacion bidireccional y el procesamiento informatico que se ha utilizado durante decadas en otras industrias Se estan empezando a utilizar en redes electricas desde centrales electricas y parques eolicos hasta consumidores de electricidad en hogares y empresas Ofrecen muchos beneficios a las empresas de servicios publicos y a los consumidores principalmente en grandes mejoras en la eficiencia energetica en la red electrica y en los hogares y oficinas de los usuarios de la energia 71 Energia verde y generacion verde Editar Una matriz de canalizacion solar es un ejemplo de energia verde Asiento publico con panel solar integrado en Singapur cualquiera puede sentarse y enchufar su telefono movil para realizar una carga gratuita La energia verde incluye procesos energeticos naturales que se pueden aprovechar con poca contaminacion La energia verde es la electricidad generada a partir de fuentes de energia renovables 72 Algunas definiciones tambien pueden incluir la energia derivada de la incineracion de residuos Algunos han argumentado que aunque la energia verde es un esfuerzo encomiable para resolver el creciente consumo de energia en el mundo debe ir acompanada de un cambio cultural que fomente la disminucion del apetito energetico en el mundo 73 En varios paises con acuerdos de transportistas comunes los acuerdos de venta minorista de electricidad hacen posible que los consumidores compren electricidad ecologica electricidad renovable de su proveedor de servicios publicos o de un proveedor de energia ecologica Cuando se compra energia de la red electrica la energia que llega al consumidor no necesariamente se generara a partir de fuentes de energia verde La compania local de servicios publicos la compania electrica o el grupo de energia estatal compran su electricidad a los productores de electricidad que pueden estar generando a partir de combustibles fosiles fuentes de energia energia nuclear o renovable En muchos paises la energia verde en la actualidad proporciona una cantidad muy pequena de electricidad que generalmente contribuye con menos del 2 al 5 al conjunto En algunos estados de los EE UU los gobiernos locales han formado grupos regionales de compras de energia mediante el uso de Community Choice Aggregation y Solar Bonds para lograr una mezcla renovable del 51 o superior como en la Ciudad de San Francisco 74 Al participar en un programa de energia verde un consumidor puede tener un efecto en las fuentes de energia utilizadas y en ultima instancia podria estar ayudando a promover y expandir el uso de energia verde Tambien estan haciendo una declaracion a los responsables politicos de que estan dispuestos a pagar una prima de precio para respaldar la energia renovable Los consumidores de energia verde obligan a las empresas de servicios publicos a aumentar la cantidad de energia verde que compran de la piscina lo que reduce la cantidad de energia no verde que compran o bien financian directamente la energia verde a traves de un proveedor de energia verde Si no hay suficientes fuentes de energia verde disponibles la empresa de servicios publicos debe desarrollar otras nuevas o contratar a un proveedor de energia de terceros para proporcionar energia verde lo que hace que se construya mas Sin embargo no hay forma de que el consumidor pueda verificar si la electricidad comprada es verde o no En algunos paises como los Paises Bajos las companias de electricidad garantizan la compra de una cantidad igual de energia verde que utilizan sus clientes de energia verde El gobierno holandes exime a la energia verde de los impuestos sobre la contaminacion lo que significa que la energia verde no es mas cara que la otra Sistemas locales de energia verde Editar Un pequeno aerogenerador de eje vertical de tipo Quietrevolution QR5 Gorlov en Bristol Inglaterra Mide 3 m de diametro y 5m alto tiene una placa de caracteristicas de 6 5 kW a la red Articulo principal MicrogeneracionAquellos que no esten satisfechos con el enfoque de la red de terceros para la energia verde a traves de la red electrica pueden instalar su propio sistema de energia renovable con base local Los sistemas electricos de energia renovable desde la energia solar a la eolica hasta incluso la energia hidraulica local en algunos casos son algunos de los muchos tipos de sistemas de energia renovable disponibles a nivel local Ademas para aquellos interesados en calentar y enfriar su vivienda mediante energia renovable los sistemas de bombas de calor geotermicas que aprovechan la temperatura constante de la tierra que es de alrededor de 7 a 15 grados centigrados a unos pocos metros bajo tierra y aumentan considerablemente a mayores profundidades son una opcion del gas natural convencional y el petroleo Ademas en ubicaciones geograficas donde la corteza terrestre es especialmente delgada o cerca de volcanes como es el caso en Islandia existe el potencial de generar incluso mas electricidad de lo que seria posible en otros sitios gracias a un gradiente de temperatura mas significativo en estos lugares La ventaja de este enfoque en los Estados Unidos es que muchos estados ofrecen incentivos para compensar el costo de la instalacion de un sistema de energia renovable En California Massachusetts y varios otros estados de EE UU un nuevo enfoque para el suministro de energia de la comunidad llamado Community Choice Aggregation ha brindado a las comunidades los medios para solicitar un proveedor de electricidad competitivo y utilizar bonos de ingresos municipales para financiar el desarrollo de recursos de energia verde locales Por lo general se asegura a las personas que la electricidad que estan utilizando en realidad se produce a partir de una fuente de energia verde que controlan Una vez que se paga el sistema el propietario de un sistema de energia renovable producira su propia electricidad renovable practicamente sin costo y podra vender el exceso a la empresa de servicios publicos local con una ganancia Usando energia verde Editar Un molino de viento de 0 1 KiloWatt para uso domestico La energia renovable despues de su generacion debe almacenarse en un medio para su uso con dispositivos autonomos y vehiculos Ademas para proporcionar electricidad domestica en areas remotas es decir areas que no estan conectadas a la red electrica principal se requiere almacenamiento de energia para su uso con energia renovable Los sistemas de generacion y consumo de energia utilizados en este ultimo caso suelen ser sistemas de energia autonomos Algunos ejemplos son transportadores de energia como hidrogeno nitrogeno liquido aire comprimido oxihidrogeno baterias para impulsar vehiculos el almacenamiento de energia de volante la hidroelectricidad con almacenamiento por bombeo es mas utilizable en aplicaciones estacionarias por ejemplo para alimentar hogares y oficinas En los sistemas de energia domestica la conversion de energia tambien se puede hacer para reducir el olor Por ejemplo la materia organica como el estiercol de vaca y la materia organica que se puede descomponer se puede convertir en biochar Para eliminar las emisiones se utiliza la captura y almacenamiento de carbono Generalmente sin embargo la energia renovable se deriva de la red electrica principal Esto significa que la mayor parte del almacenamiento de energia no se utiliza ya que la red electrica principal esta organizada para producir la cantidad exacta de energia que se consume en ese momento en particular La produccion de energia en la red electrica principal siempre se configura como una combinacion de plantas de energia renovable a gran escala asi como otras plantas de energia como plantas de energia de combustibles fosiles y energia nuclear Sin embargo esta combinacion que es esencial para este tipo de suministro de energia como por ejemplo turbinas eolicas plantas de energia solar etc solo puede producirse cuando sopla el viento y brilla el sol Este es tambien uno de los principales inconvenientes del sistema ya que las centrales electricas de combustibles fosiles son contaminantes y son la causa principal del calentamiento global la energia nuclear es una excepcion Si bien las plantas de energia de combustibles fosiles tambien se pueden hacer sin emisiones a traves de la captura y almacenamiento de carbono asi como renovables si las plantas se convierten por ejemplo en biomasa la mejor solucion es eliminar las plantas de energia con el tiempo Las plantas de energia nuclear tambien pueden ser mas o menos eliminadas de su problema de desechos nucleares mediante el uso del reprocesamiento nuclear y las plantas mas nuevas como plantas reproductoras rapidas y plantas de fusion nuclear Las plantas de energia de energia renovable proporcionan un flujo constante de energia Por ejemplo las plantas hidroelectricas las plantas termicas oceanicas y las plantas de energia osmotica proporcionan energia a un ritmo regulado y por lo tanto son fuentes de energia disponibles en cualquier momento incluso en la noche momentos de viento etc Sin embargo en la actualidad el numero de plantas de energia renovable de flujo constante por si solo es demasiado pequeno para satisfacer las demandas de energia en el momento del dia en que las plantas de energia renovable de produccion irregular no pueden producir energia Ademas de la ecologizacion de los combustibles fosiles y las plantas de energia nuclear otra opcion es la distribucion y el uso inmediato de la energia de fuentes exclusivamente renovables En esta configuracion el almacenamiento de energia tampoco es necesario Por ejemplo TREC ha propuesto distribuir energia solar desde el Sahara a Europa Europa puede distribuir energia eolica y oceanica al Sahara y otros paises De esta manera la energia se produce en cualquier momento dado como en cualquier punto del planeta a medida que el sol o el viento sube o las olas del oceano y las corrientes se agitan Sin embargo esta opcion probablemente no sea posible a corto plazo ya que el combustible fosil y la energia nuclear siguen siendo las principales fuentes de energia en la red electrica principal y no sera posible reemplazarlos de la noche a la manana Se han hecho varias sugerencias de almacenamiento de energia a gran escala para la red En todo el mundo hay mas de 100 GW de hidroelectricidad de bombeo Esto mejora la eficiencia y reduce las perdidas de energia pero la conversion a una red electrica de almacenamiento de energia es una solucion muy costosa Algunos costos podrian reducirse potencialmente haciendo uso del equipo de almacenamiento de energia que compra el consumidor y no del estado Un ejemplo son las baterias en autos electricos que se duplicarian como un bufer de energia para la red electrica Sin embargo ademas del costo establecer un sistema asi seria un procedimiento muy complicado y dificil Ademas los aparatos de almacenamiento de energia como baterias de automoviles tambien estan construidos con materiales que representan una amenaza para el medio ambiente por ejemplo Litio La produccion combinada de baterias para una parte tan grande de la poblacion todavia tendria preocupaciones ambientales Sin embargo ademas de las baterias de automoviles otros proyectos de almacenamiento de energia de Grid utilizan transportadores de energia menos contaminantes por ejemplo tanques de aire comprimido y almacenamiento de energia del volante Energia verde y etiquetado por region Editar Union Europea Editar La Directiva 2004 8 CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 11 de febrero de 2004 sobre la promocion de la cogeneracion basada en una demanda de calor util en el mercado interior de la energia 75 incluye el articulo 5 Garantia de origen de la electricidad de alta cogeneracion de la eficiencia Las ONG medioambientales europeas han lanzado una etiqueta ecologica para la energia verde La ecoetiqueta se llama EKOenergy Establece criterios de sostenibilidad adicionalidad informacion al consumidor y seguimiento Solo una parte de la electricidad producida por fuentes renovables cumple con los criterios de EKOenergy 76 En febrero de 2010 se lanzo un plan de certificacion de suministro de energia verde en el Reino Unido Esto implementa las pautas del Regulador de Energia Ofgem y establece requisitos de transparencia la comparacion de ventas por suministros de energia renovable y la adicionalidad 77 Estados Unidos Editar El Departamento de Energia de los Estados Unidos DOE la Agencia de Proteccion Ambiental EPA y el Centro de Soluciones de Recursos CRS 78 reconocen la compra voluntaria de electricidad de fuentes de energia renovables tambien llamada electricidad renovable o electricidad verde como poder verde 79 La forma mas popular de comprar energia renovable segun lo revelado por los datos de NREL es a traves de la compra de Certificados de Energia Renovable REC Segun una encuesta del Instituto de Marketing Natural NMI 80 el 55 por ciento de los consumidores estadounidenses desea que las empresas aumenten su uso de energia renovable 79 El DOE selecciono seis companias para sus Premios Green Power Supplier Awards 2007 entre ellos Constellation NewEnergy 3Degrees Planeta esterlina SunEdison Pacific Power y Rocky Mountain Power y Silicon Valley Power La energia verde combinada proporcionada por esos seis ganadores equivale a mas de 5 mil millones de kilovatios hora por ano lo que es suficiente para alimentar a casi 465 000 hogares estadounidenses promedio En 2014 Arcadia Power hizo que los RECS estuvieran disponibles para los hogares y las empresas en los 50 estados permitiendo a los consumidores usar el 100 de energia verde segun lo define la Asociacion de Energia Verde de la EPA 81 82 La Asociacion de Energia Ambiental de los Estados Unidos USEPA por sus siglas en ingles Green Power Partnership es un programa voluntario que apoya la adquisicion organizativa de electricidad renovable al ofrecer asesoramiento experto asistencia tecnica herramientas y recursos Esto puede ayudar a las organizaciones a reducir los costos de transaccion de comprar energia renovable reducir la huella de carbono y comunicar su liderazgo a los principales interesados 83 En todo el pais mas de la mitad de todos los clientes de electricidad de los EE UU ahora tienen la opcion de comprar algun tipo de producto de energia verde a un proveedor minorista de electricidad Aproximadamente una cuarta parte de las empresas de servicios publicos del pais ofrecen programas de energia ecologica a los clientes y las ventas minoristas voluntarias de energia renovable en los Estados Unidos totalizaron mas de 12 mil millones de kilovatios hora en 2006 un 40 mas que el ano anterior En los Estados Unidos uno de los principales problemas con la compra de energia verde a traves de la red electrica es la infraestructura centralizada actual que suministra electricidad al consumidor Esta infraestructura ha conducido a caidas de tension y apagones cada vez mas frecuentes altas emisiones de CO2 mayores costos de energia y problemas de calidad de la energia 84 Se invertiran 450 mil millones adicionales para expandir este sistema incipiente en los proximos 20 anos para satisfacer la creciente demanda 85 Ademas este sistema centralizado se esta sobrecargando aun mas con la incorporacion de energias renovables como la energia eolica solar y geotermica Los recursos renovables debido a la cantidad de espacio que requieren a menudo se ubican en areas remotas donde hay una menor demanda de energia La infraestructura actual haria que el transporte de esta energia a areas de alta demanda como los centros urbanos fuera altamente ineficiente y en algunos casos imposible Ademas a pesar de la cantidad de energia renovable producida o la viabilidad economica de tales tecnologias solo un 20 por ciento podra incorporarse a la red Para tener un perfil energetico mas sostenible los Estados Unidos deben avanzar hacia la implementacion de cambios en la red electrica que se adapten a una economia de combustible mixto 86 Se estan proponiendo varias iniciativas para mitigar los problemas de distribucion En primer lugar la forma mas efectiva de reducir las emisiones de CO2 de EE UU y el lento calentamiento global es a traves de los esfuerzos de conservacion Los opositores de la red electrica actual de los EE UU tambien han abogado por la descentralizacion de la red Este sistema aumentaria la eficiencia al reducir la cantidad de energia perdida en la transmision Tambien seria economicamente viable ya que reduciria la cantidad de lineas electricas que deberan construirse en el futuro para satisfacer la demanda La fusion del calor y la energia en este sistema crearia beneficios adicionales y ayudaria a aumentar su eficiencia hasta en un 80 90 Este es un aumento significativo de las actuales plantas de combustibles fosiles que solo tienen una eficiencia del 34 87 Investigacion energetica sostenible EditarExisten numerosas organizaciones dentro de los sectores academico federal y comercial que realizan investigaciones avanzadas a gran escala en el campo de la energia sostenible Esta investigacion abarca varias areas de enfoque en todo el espectro de energia sostenible La mayor parte de la investigacion esta dirigida a mejorar la eficiencia y aumentar el rendimiento energetico general 88 Multiples organizaciones de investigacion con apoyo federal se han centrado en la energia sostenible en los ultimos anos Dos de los laboratorios mas destacados son los Laboratorios Nacionales Sandia y el Laboratorio Nacional de Energia Renovable NREL ambos financiados por el Departamento de Energia de los Estados Unidos y respaldados por varios socios corporativos 89 Sandia tiene un presupuesto total de 2 4 mil millones 90 mientras que NREL tiene un presupuesto de 375 millones 91 La produccion cientifica hacia sistemas de energia sostenible esta aumentando de manera exponencial ya que crecio de aproximadamente 500 articulos de revistas en ingles solo sobre energia renovable en 1992 a casi 9 000 articulos para 2011 92 Biomasa Editar Plantacion de cana de azucar para producir Etanol en Brasil Una CHP utilizando madera para proporcionar electricidad a mas de 30 000 hogares en FranciaLa biomasa es un material biologico derivado de organismos vivos o recientemente vivos Con mayor frecuencia se refiere a plantas o materiales derivados de plantas que se denominan especificamente biomasa lignocelulosica 93 Como fuente de energia la biomasa se puede usar directamente a traves de la combustion para producir calor o indirectamente despues de convertirla en varias formas de biocombustible La conversion de la biomasa en biocombustible se puede lograr mediante diferentes metodos que se clasifican ampliamente en metodos termicos quimicos y bioquimicos La madera sigue siendo la mayor fuente de energia de biomasa en la actualidad 94 ejemplos incluyen residuos forestales como arboles muertos ramas y tocones de arboles recortes de jardin astillas de madera e incluso residuos solidos municipales En el segundo sentido la biomasa incluye materia vegetal o animal que se puede convertir en fibras u otros productos quimicos industriales incluidos los biocombustibles La biomasa industrial se puede cultivar a partir de numerosos tipos de plantas incluyendo miscanthus switchgrass canamo maiz alamo sauce sorgo cana de azucar bambu 95 y una variedad de especies de arboles que van desde el eucalipto hasta la palma de aceite palma La biomasa el biogas y los biocombustibles se queman para producir calor energia y al hacerlo danar el medio ambiente Los contaminantes tales como los oxidos sulfurosos SOx los oxidos nitrosos NOx y las particulas PM se producen a partir de esta combustion la Organizacion Mundial de la Salud calcula que la contaminacion del aire causa cada ano 7 millones de muertes prematuras 96 La combustion de biomasa es un contribuyente importante 96 97 98 Biocombustibles de etanol Editar Como la principal fuente de biocombustible en America del Norte muchas organizaciones estan realizando investigaciones en el area de produccion de etanol A nivel federal el USDA realiza una gran cantidad de investigaciones sobre la produccion de etanol en los Estados Unidos Gran parte de esta investigacion esta orientada hacia el efecto de la produccion de etanol en los mercados alimentarios nacionales 99 El Laboratorio Nacional de Energia Renovable ha realizado varios proyectos de investigacion sobre etanol principalmente en el area del etanol celulosico 100 El etanol celulosico tiene muchos beneficios sobre el etanol tradicional a base de maiz No quita ni entra directamente en conflicto con el suministro de alimentos porque se produce a partir de madera pastos o partes no comestibles de las plantas 101 Ademas algunos estudios han demostrado que el etanol celulosico es mas rentable y economicamente sostenible que el etanol a base de maiz 102 Incluso si utilizaramos toda la cosecha de maiz que tenemos en los Estados Unidos y la convertimos en etanol solo produciria suficiente combustible para cubrir el 13 por ciento del consumo total de gasolina en los Estados Unidos 103 Sandia National Laboratories realiza investigaciones internas sobre etanol celulosico 104 y tambien es miembro del Joint BioEnergy Institute JBEI un instituto de investigacion fundado por el Departamento de Energia de los Estados Unidos con el objetivo de desarrollar biocombustibles celulosicos 105 Otros biocombustibles Editar De 1978 a 1996 el Laboratorio Nacional de Energia Renovable experimento con la produccion de combustible de algas en el Programa de Especies Acuaticas 106 Un articulo auto publicado por Michael Briggs en el Grupo de Biocombustibles de la Universidad de New Hampshire ofrece estimaciones para el reemplazo realista de todos los combustibles para vehiculos motorizados por biocombustibles utilizando algas que tienen un contenido de aceite natural superior al 50 lo que Briggs sugiere puede ser Crecen en estanques de algas en plantas de tratamiento de aguas residuales 107 Estas algas ricas en aceite pueden luego extraerse del sistema y procesarse en biocombustibles y el resto seco se puede volver a procesar para crear etanol La produccion de algas para la extraccion de petroleo para biocombustibles aun no se ha realizado a escala comercial pero se han realizado estudios de factibilidad para llegar a la estimacion del rendimiento anterior Durante el proceso de produccion de biocombustibles las algas realmente consumen el dioxido de carbono en el aire y lo convierten en oxigeno a traves de la fotosintesis 108 Ademas de su alto rendimiento proyectado la algacultura a diferencia de los biocombustibles basados en cultivos alimentarios no implica una disminucion en la produccion de alimentos ya que no requiere tierras de cultivo ni agua dulce Muchas empresas estan buscando bio reactores de algas para diversos propositos incluyendo la ampliacion de la produccion de biocombustibles a niveles comerciales 109 110 Varios grupos en diversos sectores estan llevando a cabo investigaciones sobre Jatropha curcas un arbol parecido a un arbusto venenoso que produce semillas consideradas por muchos como una fuente viable de petroleo como materia prima para biocombustibles 111 Gran parte de esta investigacion se centra en mejorar el rendimiento total de aceite por acre de Jatropha a traves de los avances en genetica ciencias del suelo y practicas horticolas SG Biofuels un desarrollador de Jatropha con sede en San Diego ha utilizado la genetica molecular y la biotecnologia para producir semillas hibridas de elite de Jatropha que muestran mejoras significativas en el rendimiento en comparacion con las variedades de primera generacion 112 El Centro para la Agricultura de Energia Sostenible CfSEF es una organizacion de investigacion sin fines de lucro con sede en Los Angeles dedicada a la investigacion de Jatropha en las areas de ciencia de las plantas agronomia y horticultura Se proyecta que la exploracion exitosa de estas disciplinas aumentara los rendimientos de la produccion de la granja Jatropha en un 200 300 en los proximos diez anos 113 Torio Editar Hay potencialmente dos fuentes de energia nuclear La fision se utiliza en todas las centrales nucleares actuales La fusion es la reaccion que existe en las estrellas incluido el sol y no es practica para su uso en la Tierra ya que los reactores de fusion aun no estan disponibles Sin embargo la energia nuclear es polemica desde el punto de vista politico y cientifico debido a las preocupaciones sobre la eliminacion de desechos radiactivos la seguridad los riesgos de un accidente grave y los problemas tecnicos y economicos en el desmantelamiento de antiguas centrales electricas 114 El torio es un material fisionable utilizado en la energia nuclear a base de torio El ciclo del combustible de torio reclama varias ventajas potenciales sobre el ciclo del combustible de uranio incluida una mayor abundancia propiedades fisicas y nucleares superiores una mejor resistencia a la proliferacion de armas nucleares 115 116 117 y una produccion reducida de plutonio y actinidos 117 Por lo tanto a veces es referido como sostenible 118 Solar Editar El principal obstaculo que impide la implementacion a gran escala de la generacion de energia solar es la ineficiencia de la tecnologia solar actual Actualmente los paneles fotovoltaicos FV solo tienen la capacidad de convertir alrededor del 24 de la luz solar que los golpea en electricidad 119 A este ritmo la energia solar aun presenta muchos desafios para una implementacion generalizada pero se ha logrado un progreso constante en la reduccion de los costos de fabricacion y el aumento de la eficiencia fotovoltaica Tanto el Laboratorio Nacional de Sandia como el Laboratorio Nacional de Energia Renovable NREL por sus siglas en ingles han financiado programas de investigacion solar El programa solar NREL tiene un presupuesto de alrededor de 75 millones 120 y desarrolla proyectos de investigacion en las areas de tecnologia fotovoltaica PV energia solar termica y radiacion solar 121 El presupuesto para la division solar de Sandia es desconocido sin embargo representa un porcentaje significativo del presupuesto de 2 4 mil millones del laboratorio 122 Varios programas academicos se han centrado en la investigacion solar en los ultimos anos El Centro de Investigacion de Energia Solar SERC en la Universidad de Carolina del Norte UNC tiene el unico proposito de desarrollar tecnologia solar rentable En 2008 investigadores del Instituto de Tecnologia de Massachusetts MIT desarrollaron un metodo para almacenar energia solar al usarla para producir hidrogeno a partir de agua 123 Dicha investigacion esta dirigida a abordar el obstaculo al que se enfrenta el desarrollo solar del almacenamiento de energia para su uso durante las horas nocturnas cuando el sol no brilla En febrero de 2012 Semprius Inc con sede en Carolina del Norte una empresa de desarrollo solar respaldada por la empresa alemana Siemens anuncio que habia desarrollado el panel solar mas eficiente del mundo La compania afirma que el prototipo convierte el 33 9 de la luz solar que recibe electricidad mas del doble que la tasa de conversion de alto nivel anterior 124 Tambien se estan llevando a cabo grandes proyectos sobre fotosintesis artificial o combustibles solares en muchas naciones desarrolladas 125 Los satelites de energia solar basados en el espacio buscan superar los problemas de almacenamiento y proporcionar un poder a escala de civilizacion que sea limpio constante y global Japon y China tienen programas nacionales activos destinados a la energia solar basada en el espacio SBSP a escala comercial y la esperanza de ambas naciones de orbitar demostraciones en la decada de 2030 Viento Editar Este articulo o seccion se encuentra desactualizado La informacion suministrada ha quedado obsoleta o es insuficiente Este aviso fue puesto el 7 de marzo de 2019 El Laboratorio Nacional de Energia Renovable proyecta que el costo nivelado de la energia eolica en los EE UU Disminuira aproximadamente un 25 entre 2012 y 2030 126 Parque eolico Bangui en las Filipinas La investigacion sobre energia eolica se remonta varias decadas a la decada de 1970 cuando la NASA desarrollo un modelo analitico para predecir la generacion de energia de las turbinas eolicas durante los fuertes vientos 127 Hoy en dia tanto el Laboratorio Nacional de Sandia como el Laboratorio Nacional de Energia Renovable tienen programas dedicados a la investigacion eolica El laboratorio de Sandia se centra en el avance de los materiales la aerodinamica y los sensores 128 Los proyectos eolicos de NREL se centran en mejorar la produccion de energia de las plantas eolicas reducir sus costos de capital y hacer que la energia eolica sea mas rentable en general 129 El Laboratorio de Campo para Energia Eolica Optimizada FLOWE en Caltech se establecio para investigar enfoques renovables a las practicas de tecnologia de energia eolica que tienen el potencial de reducir el costo el tamano y el impacto ambiental de la produccion de energia eolica 130 El presidente de Sky WindPower Corporation cree que los aerogeneradores podran producir electricidad a un centavo kWh a un promedio que en comparacion con la electricidad generada con carbon es una fraccion del costo 131 Un parque eolico es un grupo de turbinas eolicas en el mismo lugar utilizado para producir energia electrica Un gran parque eolico puede constar de varios cientos de aerogeneradores individuales y cubre un area extendida de cientos de millas cuadradas pero la tierra entre los aerogeneradores puede usarse para fines agricolas u otros Un parque eolico tambien puede estar situado en alta mar Muchos de los parques eolicos terrestres mas grandes operacionales estan ubicados en los Estados Unidos y China El parque eolico de Gansu en China tiene mas de 5 000 MW instalados con una meta de 20 000 MW para 2020 China tiene varias otras bases de energia eolica de tamano similar El Centro de Energia Eolica Alta en California es el parque eolico en tierra mas grande fuera de China con una capacidad de 1020 MW de potencia 132 Europa lidera el uso de la energia eolica con casi 66 GW aproximadamente el 66 por ciento del total a nivel mundial con Dinamarca a la cabeza segun los paises con capacidad per capita instalada 133 A partir de febrero de 2012 el parque eolico Walney en el Reino Unido es el parque eolico marino mas grande del mundo con 367 MW seguido del parque eolico Thanet 300 MW tambien en el Reino Unido Hay muchos parques eolicos grandes en construccion entre los que se incluyen BARD Offshore 1 400 MW Parque eolico Clyde 350 MW Parque eolico Greater Gabbard 500 MW Parque eolico Lincs 270 MW London Array 1000 MW El proyecto eolico Lower Snake River 343 MW el parque eolico de Macarthur 420 MW el parque eolico de Shepherds Flat 845 MW y el shoal de Sheringham 317 MW La energia eolica se ha expandido rapidamente su participacion en el consumo mundial de electricidad a finales de 2014 fue del 3 1 134 Aunque Enerdata facilita valores cuantitativos del uso de la energia eolica y solar conjuntamente cabe destacar que en 2020 la cuota de dichas energias crecio a un ritmo rapido y constante 1 2 puntos llegando al 9 5 a nivel mundial El pais que experimento un crecimiento mas elevado en 2020 fue Australia pais donde la cuota de energia eolica y solar en la oferta energetica crecio en 2 9 puntos 135 Geotermia Editar La energia geotermica se produce aprovechando la energia termica creada y almacenada dentro de la tierra Surge de la descomposicion radioactiva de un isotopo de potasio y otros elementos que se encuentran en la corteza terrestre 136 La energia geotermica se puede obtener perforando el suelo muy similar a la exploracion de petroleo y luego se transporta mediante un fluido de transferencia de calor por ejemplo agua salmuera o vapor 136 Los sistemas geotermicos que estan dominados principalmente por el agua tienen el potencial de proporcionar mayores beneficios al sistema y generaran mas energia 137 Dentro de estos sistemas dominados por liquidos existen posibles preocupaciones de hundimiento y contaminacion de los recursos de agua subterranea Por lo tanto la proteccion de los recursos de agua subterranea es necesaria en estos sistemas Esto significa que es necesaria una cuidadosa produccion e ingenieria de reservorios en sistemas de reservorios geotermicos dominados por liquidos 137 La energia geotermica se considera sostenible porque la energia termica se repone constantemente 138 Sin embargo la ciencia de la generacion de energia geotermica es todavia joven y esta desarrollando viabilidad economica Varias entidades como el Laboratorio Nacional de Energia Renovable 139 y los Laboratorios Nacionales Sandia 140 estan realizando investigaciones hacia el objetivo de establecer una ciencia probada en torno a la energia geotermica El Centro Internacional de Investigacion Geotermica IGC una organizacion alemana de investigacion en geociencias se centra principalmente en la investigacion del desarrollo de energia geotermica 141 Hidrogeno Editar Se han gastado mas de 1 billon de dinero federal en la investigacion y el desarrollo de hidrogeno y un medio para el almacenamiento de energia en los Estados Unidos 2012 142 Tanto el Laboratorio Nacional de Energia Renovable 143 como los Laboratorios Nacionales Sandia 144 tienen departamentos dedicados a la investigacion del hidrogeno El hidrogeno es util para el almacenamiento de energia y para el uso en aviones y barcos pero no es practico para el uso de automoviles ya que no es muy eficiente en comparacion con el uso de una bateria por el mismo costo que una persona puede viajar tres veces mas usando una bateria Bateria del vehiculo electrico 145 pesar de esa opinion los fabricantes japoneses de automoviles Toyota y Honda ofrecen actualmente vehiculos de pasajeros con motor de pila de combustible de hidrogeno para la venta en Japon y los EE UU Los autobuses urbanos de celda de combustible de hidrogeno experimentales estan actualmente operativos en dos distritos de transito de los EE UU Condado de Costa California y en Connecticut 146 Inversiones en energia limpia Editar Comparando las tendencias en el uso de energia en todo el mundo el crecimiento de la energia limpia hasta 2015 se muestra en la linea verde 147 En todo el mundo muchos gobiernos subnacionales regiones estados y provincias han buscado agresivamente inversiones en energia sostenible En los Estados Unidos el liderazgo de California en energia renovable fue reconocido por The Climate Group cuando otorgo al exgobernador Arnold Schwarzenegger su premio inaugural por liderazgo internacional sobre el clima en Copenhague en 2009 148 en Australia el estado de Australia del Sur bajo el liderazgo del ex primer ministro Mike Rann ha liderado el camino con la energia eolica que comprende el 26 de su generacion electrica a fines de 2011 superando por primera vez a la generacion de carbon 148 El sur de Australia tambien ha tenido el mayor consumo per capita de paneles solares domesticos en Australia luego de la introduccion por parte del Gobierno de Rann de las leyes de alimentacion solar y la campana educativa relacionada con la instalacion de instalaciones solares fotovoltaicas en los techos de edificios publicos destacados incluido el parlamento museo aeropuerto y pabellones y escuelas de Adelaide Showgrounds 149 Rann el primer ministro de cambio climatico de Australia aprobo una legislacion en 2006 que establece objetivos para la energia renovable y los recortes de emisiones la primera legislacion en Australia para hacerlo 150 Ademas en la Union Europea existe una clara tendencia a promover politicas que fomenten las inversiones y la financiacion de energia sostenible en terminos de eficiencia energetica innovacion en la explotacion de la energia y desarrollo de recursos renovables con una mayor consideracion de los aspectos ambientales y la sostenibilidad 151 En octubre de 2018 el Consejo Americano para una Economia de Eficiencia Energetica ACEEE por sus siglas en ingles publico su Tarjeta de Puntuacion Estatal de Eficiencia Energetica El cuadro de mando concluyo que los estados y las companias de servicios electricos continuan expandiendo las medidas de eficiencia energetica para cumplir los objetivos de energia limpia En 2017 los Estados Unidos gastaron 6 6 mil millones en programas de eficiencia electrica 1 3 mil millones se gastaron en eficiencia de gas natural Estos programas dieron como resultado un ahorro de 27 3 millones de megavatios hora MWh de electricidad 152 Revistas relacionadas EditarEntre las revistas cientificas relacionadas con el estudio interdisciplinario de la energia sostenible se encuentran Ciencia energetica y ambiental Energia para el desarrollo sostenible La politica energetica Revista de Energia Renovable y Sostenible Revisiones de energia renovable y sostenibleVease tambien EditarVehiculo electrico Jerarquia energetica Economia del hidrogenoReferencias Editar Renewable Energy August 2004 Glossary of terms in sustainable energy regulation PDF Consultado el 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