El alto costo del cambio energético

Al momento en que se nos proporciona energía en forma tal que podamos hacer uso de ella, esta ha sufrido por lo general más de una conversión. Cada que la energía cambia de forma, una porción de ella se ‘pierde’. Claro que no desaparece, por supuesto. En la naturaleza, la energía se conserva, siempre. Pero, con cada cambio, una cierta cantidad de energía original se convierte en una o más formas que no queremos o no podemos utilizar, normalmente denominada calor residual, forma que es tan difusa que no hemos podido desarrollar una metodología para capturarla.

La reducción de la cantidad perdida (También conocido como incremento en la eficiencia) es tan importante para nuestro futuro energético como la búsqueda de nuevas fuentes, porque se pierden cantidades exorbitantes de energía cada minuto, en los procesos de conversión. La electricidad es un buen ejemplo. En el momento en que la energía eléctrica llega al usuario final, ésta paso por un proceso de conversión en el que adoptó diversas formas; Por lo general, el proceso comienza cuando el carbón se quema en una central eléctrica, la energía química almacenada en el carbón se libera con la combustión, generando calor para producir vapor, mismo que hace girar una turbina y, la energía mecánica proveniente de la turbina, se utiliza para activar un generador que producirá la electricidad.

En el proceso, la energía original ha adquirido una serie de cuatro identidades distintas y ha experimentado cuatro pérdidas por conversión. Una planta eléctrica típica (De generación por combustión de carbón) puede tener una eficiencia del 38%, esto es, poco más de un tercio del contenido de energía química del combustible se convierte, en última instancia, en electricidad utilizable. Dicho de otra manera, aproximadamente el 62% de la energía original no ingresa a la red eléctrica. Una vez que, la electricidad ‘sale’ de la planta, se producen más pérdidas en el trayecto. Finalmente, se llega a un foco incandescente donde calienta un filamento de alambre delgado gasta que el metal resplandece, desperdiciando aún más energía en forma de calor. La luz resultante contiene solo cerca del 2% de la energía contenida en el carbón utilizado para producirla. El cambiar el foco incandescente por uno fluorescente (Los conocidos como ‘ahorradores’) incrementa la eficiencia hasta aproximadamente el 5% (Mejor, si, pero sigue siendo una pequeña fracción de la cantidad de energía original).

Otra forma familiar de pérdida por conversión de energía se presenta en los motores de combustión interna de los vehículos. La energía química en la gasolina es convertida en calor, la cual proporciona presión a los pistones, esta energía mecánica es transferida a las llantas, aumentando la energía cinética del vehículo. Incluso con todas las mejoras tecnológicas modernas, los vehículos utilizados hoy día solo utilizan alrededor del 20% de la energía contenida en el combustible, mientras que el resto se ‘pierde’ en forma de calor.

Los motores eléctricos suelen tener índices de eficiencia superiores. Sin embargo, este resultado solo manifiesta el porcentaje de conversión de la energía eléctrica que ingresa al motor, sin considerar la pérdida de energía de la fuente original.

Las eficiencias de los motores térmicos pueden mejorarse aún, pero solo hasta cierto punto. Los principio de la física establecen límites superiores acerca de cuan eficientes pueden ser. Sin embargo, se están realizando esfuerzos para capturar más energía de la que se pierde y hacer uso de ella. Esto ya sucede en los vehículos de transporte en la temporada de invierno, cuando la pérdida de energía, convertida en calor, se captura y posteriormente se utiliza para calentar a los pasajeros. En plantas de energía que utilizan el Ciclo Combinado de Gas Natural (CCGN, o NGCC, en inglés: Natural Gas Combined Cycle), se utiliza el calor residual de una turbina de gas natural y se utiliza para alimentar a una turbina de vapor, resultando en una planta de energía con 60% de eficiencia. Se están desarrollando tecnologías similares para aplicarlas en las plantas de energía a base de carbón.

Las fuentes de energía que alimentan a nuestros dispositivos más indispensables, con frecuencia reflejan tanto la comodidad como la eficiencia. La energía puede tomar varias formas, pero la sociedad prefiere aquellas que sean fácilmente producidas, distribuidas y almacenadas. Por ejemplo, los automóviles están diseñados para mantener la energía suficiente para recorrer 450 o más kilómetros a una velocidad razonable. Eso es relativamente fácil de hacer debido al contenido relativamente alto de energía química de la gasolina o el diésel, a pesar de la ineficiencia de los motores.

Si un automóvil es propulsado por energía eléctrica, sin embargo, la energía tiene que ser almacenada en baterías, mismas que tienen una capacidad de almacenamiento de energía que la gasolina. Para poder recorrer 450 kilómetros, un auto eléctrico necesita una gran cantidad de baterías muy pesadas. Además, hoy día, es difícil suministrar la energía necesaria para alimentar un automóvil eléctrico en un periodo de tiempo aceptable (Esto es, un periodo corto de tiempo).

Los automóviles que funcionan con baterías modernas se cargan en una tasa aproximada de 1 a 1000 veces más lento que la velocidad de recarga de combustible con gasolina, lo que implica, que se deben conectar para cargar durante toda la noche para poder almacenar la energía suficiente para un día de conducción. Para los estándares de movilidad de la sociedad actual, es un lapso de tiempo inaceptablemente largo.