2022 - Fin de año - Una mirada retrospectiva
Dentro de unos días, la mayoría de nosotros se relajará con la familia y los amigos y, quizás con una copa de vino caliente, echará la vista atrás a 2022. Sin duda ha sido un annus horribilis para la mayoría de nosotros, con el coronavirus, la guerra de Ucrania, una inflación cercana al 10% y unos costes energéticos que se han multiplicado por cuatro. Pero también ha habido rayos de esperanza. La epidemia de coronavirus está desapareciendo lentamente (aunque aparentemente no en China, el país donde empezó). Recordemos que una pequeña empresa alemana, Biontech, desempeñó un papel clave en el desarrollo de una vacuna eficaz. En Europa y Estados Unidos se ampliaron las instalaciones de producción de vacunas en 2022 para poder responder más rápidamente en caso de una nueva pandemia. Y la guerra de Ucrania nos ha enseñado algunas amargas lecciones, sobre todo lo equivocado que fue hacernos tan dependientes del gas natural ruso (y en menor medida del petróleo y el carbón rusos).
Cuando el canciller Kohl se jubiló, aún oíamos noticias suyas de vez en cuando. En cambio, la señora Merkel casi ha desaparecido de la escena pública. A principios de 2022, Alemania -como la mayoría de los demás países europeos- se había vuelto poco a poco "verde". Pero gracias al chantaje energético de Putin, ahora tenemos dos razones en lugar de una para reducir nuestro consumo de combustibles fósiles. En 2022, mucha gente también ha cambiado de opinión sobre la energía nuclear y se ha dado cuenta de que puede ser beneficiosa. La guerra de Ucrania nos ha enseñado otras lecciones. Hemos visto cómo Estados Unidos ofrecía un enorme apoyo a los valientes ucranianos, tanto militar como financiero: han sido unos verdaderos amigos. En cambio, Francia y, sobre todo, Italia han aportado muy poco; en el caso de Italia, casi nada. Hemos oído palabras valientes del presidente Macron, pero poca sustancia. Para los expertos militares, la guerra de Ucrania ha sido una gran experiencia de aprendizaje, un enorme experimento de laboratorio. Han visto cómo incluso tanques modernos han sido destruidos por misiles relativamente baratos disparados desde el hombro por un solo hombre. Y, por supuesto, el uso generalizado de drones, tanto para reconocimiento como plataformas de armas. Se cree que Rusia ha comprado más de 1.000 drones iraníes "Shahed", que cuestan unos 20.000 euros cada uno. Vuelan lentamente y los ucranianos afirman haber derribado alrededor del 60% de ellos. Sin embargo, el 40% restante ha causado graves daños. Ucrania también ha desarrollado -y desplegado con éxito- "barcos teledirigidos". Estos tienen unos 4 metros de largo, son teledirigidos, tienen un alcance de cientos de kilómetros y llevan una carga explosiva.
No cabe duda de que la guerra de Ucrania ha cambiado el modelo de los conflictos futuros. La guerra ha tenido un impacto económico significativo, ya que muchos países, entre ellos Alemania, han aumentado enormemente su gasto militar. Alemania ha aumentado enormemente su presupuesto militar y la industria alemana ya se ha beneficiado y seguirá haciéndolo. Nuestra industria también ganará nuevos clientes de orientación militar. El "paisaje" económico ha cambiado. Muchas empresas que operaban en Rusia se han retirado, con la consiguiente pérdida de ingresos. Se dice que la economía rusa se ha contraído al menos un 5% y muchos productos occidentales han desaparecido de las estanterías de las tiendas rusas. Por último, pero no por ello menos importante, se dice que ha habido alrededor de 100.000 muertos y heridos graves tanto en Rusia como en Ucrania.
El año 2022 también ha traído muchos otros cambios. Gracias a la pandemia, las compras por Internet han aumentado significativamente, aunque en los últimos meses se ha producido un ligero retorno a la calle. La pandemia también ha provocado un enorme aumento del trabajo desde casa, y ahora está claro que esto se convertirá, al menos parcialmente, en una parte permanente de la vida laboral de muchos empleados, en la mayoría de los casos el llamado modelo "híbrido": 3 días en casa, dos días en la oficina o viceversa. ¿Afecta el trabajo desde casa a la productividad? Muchos informes sugieren que no es así.
En noviembre se celebró en Egipto la conferencia sobre el clima Cop27. El año pasado fue en Escocia. Sin embargo, la reunión egipcia reveló una agenda totalmente nueva. En términos de acuerdos para reducirlas emisiones de CO2, la reunión egipcia se consideró en gran medida un fracaso, ya que se consiguieron muy pocos resultados. Pero -por primera vez- vimos un nuevo gran tema. Se trataba del pago de indemnizaciones por parte de los países industrializados ricos a los países pobres del Tercer Mundo que sufren las consecuencias del cambio climático. Creo que esto será una auténtica "caja de Pandora" y lo debatiremos más a fondo el mes que viene. Creo que 2023 sólo puede ser mejor, ¡y esperemos que así sea!
Aviación verde
Según la revista científica Atmospheric Environment (número de enero de 2021), la aviación comercial contribuye en un 3,5% al "calentamiento antropogénico", principalmente por lasemisiones de CO2, pero también por las de hollín y sulfatos, y se prevé que esta proporción aumente considerablemente en los próximos diez años. Está claro que, al igual que ocurre con el transporte terrestre (carreteras y ferrocarriles), es necesario desarrollar una "aviación verde".
Aviones con baterías
Air Canada se ha convertido recientemente en la última compañía aérea en apostar por una nueva tecnología de emisiones cero, encargando 30 aviones de pasajeros propulsados por baterías a la empresa sueca Heart Aerospace. El verano pasado, United Airlines y la aerolínea regional Mesa Airlines encargaron cada una 100 unidades del ES-30 de Heart Aerospace, un avión regional eléctrico con capacidad para 30 pasajeros. La figura 1 muestra el ES-30.
Por el momento, estos aviones eléctricos en desarrollo son aún pequeños y sólo tienen capacidad para 30 pasajeros. Y no pueden volar muy lejos: el avión de Heart Aerospace, que funciona con más de 5 toneladas de baterías de iones de litio a bordo, sólo puede recorrer 200 km con una sola carga. Sin embargo, con la ayuda de un generador alimentado por gasolina, puede aumentar su autonomía hasta casi 800 km y, de paso, reducirlas emisiones de CO2 hasta en un 50 %. No obstante, el uso de esta tecnología es limitado.
Aviones con propulsión por pila de combustible
Fig. 2: Avión Dornier228 con propulsión de pila de combustible (Foto: DLR/Hendrik)ZeroAvia es una de las varias empresas de aviación que están desarrollando aviones propulsados por hidrógeno con propulsión de pila de combustible y ha empezado a probar en vuelo su tren motriz de hidrógeno-eléctrico con el avión de pruebas Dornier-228 como parte del proyecto HyFlyer II (Fig. 2). El objetivo es entregar un avión totalmente certificado con una potencia de 600 kW y 19 plazas en 2024. ZeroAvia cuenta con el apoyo del gobierno británico. La empresa tiene previsto ampliar su tecnología a aeronaves de 40 a 80 plazas para 2026. Las pruebas en tierra de los prototipos de la central de 1,8 megavatios comenzarán este año. Al igual que Heart Aerospace, ZeroAvia también tiene planes para un avión híbrido con motores combinados de pila de combustible y convencionales. ZeroAvia también está desarrollando la tecnología necesaria para convertir aviones existentes para que funcionen con pilas de combustible.
Motores de turbina de gas alimentados con hidrógeno
A finales de noviembre, Rolls-Royce probó una turbina de gas alimentada con hidrógeno, al parecer por primera vez en el mundo. El motor en sí era casi totalmente convencional, una turbina de gas Rolls-Royce AE-2100A, un diseño ampliamente utilizado en aviones regionales de todo el mundo. Las pruebas han sido realizadas por Rolls-Royce tras un trabajo de desarrollo en Derby y en colaboración con la compañía aérea easyJet. Hasta ahora, la turbina de gas sólo funcionaba a bajas velocidades. Sin embargo, los ingenieros de Rolls-Royce señalan que el hidrógeno, incluso licuado a temperaturas muy bajas, sigue ocupando unas 4 veces el volumen de la cantidad equivalente de parafina, por lo que requeriría cambios significativos en la forma de la carrocería del avión.
Combustibles de aviación sostenibles
La última opción para una aviación "verde" es el uso de los llamados combustibles de aviación sostenibles (SAF). Se trata de compuestos orgánicos producidos a partir de plantas. El concepto es muy controvertido, ya que se teme que reduzca la producción agrícola de alimentos. En el pasado, las plantas de caña de azúcar se convirtieron en combustibles en América Latina. La tecnología no presentaba problemas, pero el proyecto se canceló por razones "políticas". Por ello, todos los nuevos proyectos para producir SAE se basan en residuos orgánicos, subrayando que no van en detrimento de la producción de alimentos. Pero, ¿hay suficientes residuos orgánicos para satisfacer la demanda de combustible?
En el Reino Unido, el proyecto Fastacejet se centra en dos procesos viables - fastjet y acejet - para la producción de SAF. El proceso Fastjet produce ácidos grasos mediante un proceso de fermentación en dos etapas: fermentación quimiolitotrófica de H2 yCO2 para producir un ácido orgánico intermedio, que sirve de materia prima para la posterior fermentación de levaduras oleaginosas. La vía Acejet produce un aldehído como producto químico de plataforma a partir de residuos o del exceso de H2 yCO2 en la fermentación quimiolitotrófica. A continuación, ambos productos de fermentación se convierten en productos SAF mediante procesos quimiocatalíticos. Como parte del proyecto, ambos procesos, cuya viabilidad ya se ha demostrado a escala de laboratorio, se optimizarán para producir muestras de combustible, evaluar sus propiedades fisicoquímicas y su idoneidad como combustible de aviación y llevar a cabo una modelización tecnoeconómica más detallada de los procesos. Conclusión: En los próximos 10 años veremos el primer avión eléctrico comercial: la "aviación verde". Pero los vuelos ecológicos de larga distancia e intercontinentales siguen siendo poco más que un sueño.
Energía solar a escala de gigavatios
Fig. 3: Imagen conceptual de un parque solar en el espacioLos paneles solares, normalmente montados en un tejado, son una imagen común. Es más raro ver grandes huertos solares con campos enteros cubiertos de células solares. Pero la ESA (Agencia Espacial Europea) investiga ahora la posibilidad de realizar instalaciones solares a escala de gigavatios en el espacio. El proyecto "Solaris" comenzará con un estudio de tres años para determinar si las grandes granjas solares en el espacio podrían funcionar y ser rentables. El objetivo final son enormes satélites en órbita, cada uno capaz de generar entre 1 y 2 gigavatios. El Director General de la ESA, Josef Aschbacher, está convencido de que la energía solar desde el espacio podría contribuir "enormemente" a solucionar la futura escasez de energía. Según Aschbacher, "tenemos que transformarnos en una economía neutra en carbono y, por tanto, cambiar nuestra forma de generar energía y, en particular, reducir la proporción de combustibles fósiles en nuestra producción energética". Si pudiéramos hacerlo desde el espacio, y digo si pudiéramos -porque aún no hemos llegado a ese punto-, sería fantástico y resolvería muchos problemas.
Los satélites con paneles solares tendrían que medir unos 1,7 kilómetros de largo, más del doble que el edificio más alto del mundo y un orden de magnitud mayor que la actual estructura más grande del espacio, la Estación Espacial Internacional, con 110 metros. La energía del sol puede captarse de forma mucho más eficiente en el espacio, ya que no hay noche ni nubes. La idea lleva rondando más de 50 años, pero ha sido demasiado difícil y costosa de llevar a la práctica... hasta ahora. La figura 3 muestra el concepto.
Lo que ha cambiado ahora es la drástica reducción del coste de los lanzamientos, gracias a los cohetes reutilizables y otras innovaciones desarrolladas por el sector privado. Pero también ha habido avances en la construcción de robots en el espacio y en el desarrollo de tecnologías para transmitir electricidad de forma inalámbrica desde el espacio a la Tierra.
La Agencia Espacial Europea (ESA) busca financiación entre sus Estados miembros para un programa de investigación denominado Solaris, cuyo objetivo es comprobar si estos avances permitirán generar energía solar desde el espacio de forma fiable y lo suficientemente barata como para ser comercialmente viable.
Uno de los principales focos del programa Solaris es la cuestión de si es posible transferir la energía solar captada en el espacio a las redes eléctricas de la Tierra. Por supuesto, esto no puede hacerse a través de un cable extremadamente largo, sino que debe hacerse de forma inalámbrica mediante haces de microondas. El equipo de Solaris ya ha demostrado que, en principio, es posible transmitir electricidad de forma inalámbrica, segura y eficaz.
En septiembre, los ingenieros de Airbus en Múnich transmitieron de forma inalámbrica 2KW de electricidad desde células solares a colectores situados a más de 30 metros de distancia. Transmitir electricidad a escala de muchos gigavatios a miles de kilómetros será un gran paso, pero según Jean Dominique Coste, Director de Airbus-Blue-Sky, podría lograrse en una serie de pequeños pasos. "Nuestro equipo de científicos no ha encontrado ningún obstáculo técnico a la energía solar espacial", declaró.
Emrod(https://emrod.energy), la empresa que ha desarrollado el sistema de transmisión inalámbrica, afirma que la tecnología es segura. "La potencia del haz se distribuye en una zona tan amplia que, incluso con la máxima intensidad en el centro del haz, no hay peligro para los animales ni las personas". Estados Unidos, China y Japón también están muy avanzados en la carrera por desarrollar la energía solar en el espacio y se espera que anuncien sus propios planes en breve. Independientemente de la propuesta de la ESA, se ha creado otra empresa, Space Solar(www.spacesolar.co.uk). Su objetivo es demostrar cómo transportar energía desde el espacio en seis años y hacerlo comercialmente en nueve. Sólo añadiré un comentario: la producción de células solares es una rama de la tecnología de superficie. Podría ser una buena noticia para nuestra industria.
Almacenamiento de energía
El problema de la mayoría de las fuentes de energía renovables es que no funcionan las veinticuatro horas del día. Por eso, cada vez más instalaciones solares se conectan a una batería, tanto en el ámbito nacional como en instalaciones más grandes, por ejemplo en Australia. Y en casi todos los casos se trata de baterías de litio. Pero, si el peso y la densidad energética no son importantes, ¿podría haber una opción más rentable? Las baterías de iones de sodio son una posible respuesta. Pero recientemente se ha anunciado otra tecnología. La empresa matriz de Google, Alphabet, está buscando sal y anticongelante para el almacenamiento de energía, lo que podría ser más barato que las baterías de iones de litio. La reservada división X de Alphabet trabaja en una alternativa potencialmente más barata.
La nueva tecnología ha sido desarrollada por Robert Laughlin, físico de la Universidad de Stanford galardonado con el Premio Nobel. Toma la energía en forma de electricidad y la convierte en aire caliente y frío mediante una bomba de calor. Estas corrientes calientan la sal fundida y enfrían el anticongelante respectivamente. El proceso puede invertirse para liberar la energía cuando el aire caliente y el frío se encuentran, creando aire comprimido que acciona una turbina y devuelve la electricidad a la red. Los científicos ya habían demostrado que esta tecnología puede almacenar energía. Sin embargo, los ingenieros de Alphabet han desarrollado una versión que funciona a temperaturas más bajas, lo que reduce los costes y hace que la tecnología sea comercialmente viable. Aunque las turbinas y los intercambiadores de calor del sistema requieren una adaptación a medida, la mayor parte de la tecnología no es cara. Los depósitos de acero, el aire y los fluidos refrigerantes son fáciles de conseguir. La sal (cloruro sódico) es barata y abundante y puede utilizarse una y otra vez para almacenar calor sin descomponerse ni liberar subproductos tóxicos. Los depósitos de sal pueden cargarse y recargarse miles de veces hasta 40 años, tres veces más que otras opciones. El tamaño del sistema puede ser el de un garaje o el de una gran central eléctrica. Necesitamos almacenamiento de energía, pero puede que las baterías no sean la única opción.
Bicicletas eléctricas para todos
Fig. 4: Motor eléctrico Skarper en una bicicletaLas bicicletas eléctricasno son nada nuevo. Ogden Bolton Jr. recibió la primera patente estadounidense en 1895. Su bicicleta de batería tenía un motor de buje montado en la rueda trasera, mientras que la batería estaba sujeta al travesaño. Dos años más tarde, Hosea W. Libbey inventó en Boston una bicicleta eléctrica propulsada por un motor montado en el buje del eje de biela. Hoy, las e-bikes son un negocio multimillonario. Se pueden dividir en dos categorías. Está la e-bike ex-novo y están los kits que permiten convertir una bicicleta sencilla en una e-bike. La mayoría de estos kits de conversión requieren una bicicleta completamente nueva con un motor incorporado para sustituir a la bicicleta existente. Pero ahora existe un kit de conversión mucho más rápido y sencillo, el "Skarper", que puede acoplarse a cualquier bicicleta con frenos de disco en cuestión de minutos. La figura 4 muestra una bicicleta actual. La batería está alojada en la carcasa y todo el dispositivo pesa 3 kg. La autonomía es de unos 60 km y la velocidad máxima está limitada a 25 km/h (30 km/h en EE.UU.). Cuando se viaja al trabajo, el dispositivo puede extraerse y recargarse en la oficina o en el trabajo.
¿Bicicletas autoconducidas?
La idea de una bicicleta autoconducida parece bastante descabellada. Pero una bicicleta así fue demostrada por Google en 2018. El vídeo se puede ver a través del código QR que se muestra aquí o https://bit.ly/3XKr2NT. Sin embargo, rápidamente quedó claro que era un engaño. El vídeo se publicó el 1 de abril - All Fools Day. Pero en 2019, BMW anunció una moto autónoma en el CES de Estados Unidos... y era real, no una broma. Ahora, el grupo de investigación City Science del Media Lab del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado una moto autónoma que puede detenerse y luego transportarse sola hasta un punto de recogida. Uno de los principales problemas de conducir una moto de forma autónoma es el equilibrio. Para resolver este problema, el MIT ha desarrollado un mecanismo innovador que permite dos configuraciones distintas: cuando está en uso, la moto se configura como un vehículo de dos ruedas convencional. Para la conducción autónoma, se transforma en un triciclo que tiene la estabilidad necesaria para conducirse. Esta transición se realiza mediante dos actuadores lineales que separan y reúnen dinámicamente las dos ruedas traseras según sea necesario. El grupo City Science del MIT Media Lab ha diseñado, construido y probado un prototipo totalmente funcional de este mecanismo. El prototipo también contiene los motores para el movimiento en modo autónomo: un motor de propulsión y otro de dirección. El prototipo actual se controla con un mando a distancia; los próximos pasos incluyen una mayor integración del hardware y el software autónomos. Dos publicaciones recientes del equipo son:
Naroa Coretti Sánchez et al."On the simulation of shared autonomous micro-mobility", Communications in Transportation Research, Volumen 2 (2022): 100065, ISSN 2772-4247, https://doi.org/10.1016/j.ommtr.2022.100065
Naroa Coretti Sánchez et al. "On the performance of shared autonomous bicycles: A simulation study". Communications in Transportation Research 2 (2022): 100066.
El grupo del MIT está investigando mucho más que este dispositivo mecánico. Están pensando en cómo podrían funcionar las ciudades del futuro en términos de estructuras sociales y estilos de vida. En todo el mundo se están desarrollando coches y camiones autónomos, y ahora también bicicletas. ¿Podrán funcionar de forma segura y fiable en nuestro complejo mundo?
Un gran paso adelante para la economía del hidrógeno
Fig. 5: Impresión de la mayor planta electrolizadora del mundo en construcción en RotterdamShellha iniciado la construcción de la mayor planta de hidrógeno "verde" de Europa, que utilizará la electricidad de un parque eólico marino para producir el combustible limpio. La empresa de petróleo y gas anunció que ha tomado la decisión final de inversión para el electrolizador de 200 megavatios en el puerto de Rotterdam y espera que la planta esté operativa en 2025.
La figura 5 muestra la planta terminada. Según Shell, la capacidad de la planta corresponde aproximadamente a dos tercios de todas las capacidades de electrolizadores actualmente en funcionamiento en el mundo. La nueva planta utilizará la electricidad del parque eólico marino Hollandse Kust (Noord), que Shell está construyendo junto con otras empresas a unas diez millas náuticas de la costa de los Países Bajos. La planta utilizará la electrólisis para producir hasta 60 toneladas de hidrógeno al día.
El hidrógeno verde libre de carbono se utilizará inicialmente para descarbonizar el parque energético y químico de Shell en Rotterdam, sustituyendo parte del hidrógeno "gris" utilizado para producir combustibles en la refinería de Pernis. Shell afirmó que también podría suministrar este tipo de vehículos en su momento, cuando salgan al mercado camiones propulsados por hidrógeno. El electrolizador tiene capacidad suficiente para suministrar hidrógeno a unos 2.300 camiones.
