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jueves, 25 de septiembre de 2014

Los desafíos de las energías renovables – 1ra Parte

La mayoría de los que hablan de las energías renovables lo hace solo sobre los beneficios que trae su uso para el medio ambiente y sobre el petróleo que se evita gastar durante su utilización, pero en realidad están teniendo en cuenta solo una parte del asunto. La otra parte, de la que poco se habla, son los desafíos que deben enfrentar las energías renovables para ser una alternativa válida.

Los desafíos de las energías renovables los podemos resumir en tres aspectos:
1) Almacenamiento de energía a bajo costo.
2) Aumentar el EROI (o TRE).
3) Bajar el impacto ambiental producido al implementarlas y durante su funcionamiento.

Almacenamiento de energía a bajo costo
Cuando uno dispone de un generador eléctrico alimentado con un combustible fósil, dispone de un medio seguro de poder generar la cantidad de energía eléctrica  justa para satisfacer a la demanda en todo momento. Cuando uno depende del viento o del sol, nunca sabe cuando la demanda superará a la oferta, ni cuando la oferta superará a la demanda, es decir cuando le faltará energía y cuando le sobrará.
Es por esta razón que uno de los mayores desafíos, que tiene por delante la energía renovable, es tratar de disponer de mecanismos que le permitan almacenar la energía cuando le sobra y tenerla disponible para suministrarla cuando no hay viento, o cuando no hay sol. Esto le permitirá a las energías renovables ganar competitividad, siempre que sea logrado a bajo costo, de modo que permita aumentar la tasa de retorno energetico (TRE o EROI) y al mismo tiempo no aumentar su impacto ambiental.
En esta nota trataremos de bosquejar uno de los métodos que están siendo investigados y desarrollados para lograrlo en todo el mundo: el almacenamiento de energía por medio de la tecnología del hidrógeno.
El almacenamiento de energía por medio de la tecnología del hidrógeno

Fig.1 – Obtención de H2 a partir de energías renovables
Una de las tecnologías con la que se viene investigando y trabajando en varios países del mundo, es la producción de hidrógeno, a partir de la energía eléctrica sobrante de las instalaciones de energías renovables, principalmente de la energía eólica. Cuando baja la demanda de un parque eólico, se utiliza la energía eléctrica sobrante para realizar la electrólisis del agua. El equipo que realiza la electrólisis es llamado electrolizador (electrolyser, en inglés). (Fig.1)
Esta operación produce hidrógeno y oxígeno. El oxígeno es vendido para distintas aplicaciones y el hidrógeno es comprimido y almacenado para luego ser aprovechado de diferentes maneras:
a)Mezclando el H2 con gas natural, se usa para alimentar una  planta CCGT (combined cycle gas turbines) de alta eficiencia, o  una simple turbina a gas o un  motogenerador y la energía eléctrica generada es entregada a la red cuando no hay viento. De esta manera se logra una oferta de energía eléctrica que tiende a ser constante.
b)Se inyecta el H2 a un gasoducto cercano existente en proporciones que todavía se discuten y analizan, pero que no sobrepasa el 20%. Este proceso es llamado “Power-to-Gas”.  Recientemente EON inauguró una planta de este tipo en Falkenhagen al noreste de Alemania, construída por la empresa canadiense, especialista en hidrógeno, Hydrogenics Corporation. La planta que puede suministrar al gasoducto hasta 360 Nm3 por hora de hidrógeno, consta de dos hidrolizadores y un compresor, realizando directamente la inyección de H2 a un gasoducto existente, que actuá como depósito de almacenaje y transporte del hidrógeno. Entre las ventajas de este método estaría que el transporte de hidrógeno por medio del gasoducto, sufriría pérdidas de energía mucho menores que el transporte de la energía como energía eléctrica por una línea eléctrica. Entre las desventajas se encuentra que los gasoductos, las plantas compresoras, las redes de distribución de gas y las instalaciones y artefactos de los usuarios han sido desarrolladas para gas natural y no para hidrógeno, lo que viene significando no solo una revisión de la infraestructura, sino también de las normas de seguridad que deben ser observadas.
c) Otras formas de aprovechar la energía renovable sobrante son el agregado de hidrógeno a los biodigestores que producen 20% a 30% de CO2, para que el CO2 se transforme en metano (CH4) y de esa forma obtener una mayor eficiencia. Este proceso se llama metanización: CO2 + 4H2 = CH4+ 2 H2O; el suministro de H2 a procesos industriales, como la fabricación de semiconductores; la mezcla de H2  con gas natural comprimido (GNC) para ser usado como combustible de motores de vehículos. Como ejemplo tenemos el caso de Pico Truncado, en la Prov. de Santa Cruz, que recientemente inauguró un surtidor para suministro de GNC+H2 a los vehículos, obteniendo el hidrógeno a partir de energía renovable del parque eólico de Pico Truncado;  uso del H2 para la producción de combustibles sintéticos (Synfuel, Syngas, etc); alimentación de H2 para las celdas de combustible. Una celda de combustible consiste en dos electrodos separados por un electrolito.
Pasa oxígeno sobre un electrodo e hidrógeno sobre el otro. Cuando el hidrógeno es ionizado pierde un electrón (H+) y al ocurrir ésto ambos (hidrógeno y electrón) toman diferentes caminos hacia el segundo electrodo. El hidrógeno emigra hacia el otro electrodo a través del electrolito, mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor. Este proceso producirá agua, corriente eléctrica y calor útil. Para generar cantidades utilizables de corriente, las celdas de combustibles son "apiladas" en un “sandwich” de varias capas, llamado pila de combustible. (Fig.2)

Fig.2- Celda de combustible

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