Ni siquiera una economía circular sostenible puede funcionar sin energía. Plantas solares y parques eólicos, centrales mareomotrices y geotérmicas: todos ellos desvían energía de flujos energéticos que hasta ahora habían permanecido intactos desde tiempos inmemoriales. Por tanto, la pregunta es: ¿qué proporción de estos flujos de energía puede utilizar la humanidad para sus propios fines sin dañar el sistema energético de la Tierra?
La Tierra tiene sus límites, como cada vez nos damos más cuenta a la vista de la crisis climática, la creciente extinción de especies y el ensuciamiento de los océanos (e incluso del espacio exterior) como consecuencia de la actividad humana. Como posible respuesta a esto, gobiernos e instituciones de todo el mundo están promoviendo el concepto de economía circular. Al cerrar los ciclos de los materiales, se pretende evitar el impacto ambiental asociado a la extracción de materias primas y resolver el problema de los residuos. Sin embargo, en términos de una sociedad sostenible, este enfoque por sí solo no es suficiente, ya que deja abierta la cuestión de cuánto y con qué rapidez se reciclan los materiales y qué energía se utiliza para hacer funcionar estos ciclos. En una sociedad verdaderamente sostenible, no sólo los flujos de materiales sino también los de energía deben permanecer dentro de los límites establecidos por nuestro planeta.
Energía para el funcionamiento de la Tierra
Empa muestra el camino: Cosechar energía solar en todos los tejados y fachadas: es posible. La unidad NEST Solace no tiene superficie de tejado. Cosecha electricidad y calor sólo a través de su fachada turquesa Una pregunta central es, por tanto: ¿Hay suficiente energía renovable disponible a nivel mundial para la organización sostenible de los flujos materiales en nuestra sociedad sin sobrepasar los límites planetarios? Un equipo de Empa dirigido por Harald Desing, del departamento de Tecnología y Sociedad, está investigando esta cuestión. Si consideramos el planeta Tierra como un sistema, sólo intercambia energía con su entorno. La inmensa mayoría de la energía introducida en el sistema es radiación solar, complementada por pequeñas cantidades de energía cinética planetaria y energía geotérmica. Estos flujos de energía siempre han sido plenamente aprovechados por la propia Tierra. Sus numerosos subsistemas, como los océanos, la atmósfera y los bosques, pero también las superficies heladas reflectantes, se han mantenido así en funcionamiento hasta cierto punto.
La mayoría de estos subsistemas convierten la energía entrante en otros flujos de energía renovable, por ejemplo las corrientes de viento y agua o la producción de biomasa. En el proceso, se extrae energía libre, conocida como exergía, de los flujos energéticos entrantes. Independientemente de su utilización, ya sea en el sistema terrestre natural o en la tecnosfera artificial, toda la energía se irradia finalmente al espacio.
Los huertos solares también cambian el clima
Si la humanidad desvía cada vez más partes de los flujos de energía renovable para sus actividades, las partes disponibles para el sistema terrestre se reducirán. El sistema terrestre puede compensar estas perturbaciones hasta cierto punto. Sin embargo, si son demasiado grandes, aumenta el riesgo de que se superen los llamados puntos de inflexión. Esto provocaría cambios rápidos e irreversibles en el sistema terrestre, como el deshielo de los casquetes polares, lo que a su vez aceleraría el cambio climático. Para no sobrepasar estos puntos de inflexión, el tamaño de la superficie terrestre utilizada no debe superar el límite de carga planetaria. Sin embargo, la forma en que se utiliza la tierra también es crucial: Las plantas solares en lugar de los bosques, por ejemplo, alteran la biodiversidad, la evaporación y, por tanto, el ciclo del agua, la irradiación del calor al espacio y mucho más.
Los mismos límites máximos que para la utilización solar se aplican también a la cosecha de la llamada energía química, es decir, para la agricultura y la silvicultura, que producen alimentos y piensos, material de calefacción, combustibles y materiales de construcción. En muchas zonas, la producción de energía técnica compite con la producción de alimentos.
La energía eléctrica como moneda universal
Para poder comparar o resumir los distintos potenciales de las energías renovables, los investigadores del Empa los han convertido en equivalentes de energía eléctrica. Los cálculos se basan en la eficiencia de la tecnología actual de las centrales eléctricas. La diferencia radica en si la electricidad se genera a partir de la energía solar, la madera o la energía hidroeléctrica. Estas pérdidas de conversión reducen considerablemente el posible aprovechamiento de algunos potenciales.
El resultado del estudio es sorprendente: el 99,96% de la energía que llega a la Tierra desde el espacio se necesita para alimentar el sistema terrestre y la producción de alimentos, por lo que sólo el 0,04% puede aprovecharse técnicamente. No obstante, este potencial sigue siendo unas diez veces superior a la demanda energética mundial actual.
El resultado de considerar las pérdidas de conversión no es sorprendente: deberíamos preferiblemente cosechar y utilizar la energía disponible mediante células solares. Al fin y al cabo, casi todos los recursos energéticos renovables -incluidas la energía eólica e hidroeléctrica y la producción de biomasa- se alimentan en última instancia del sol. El aprovechamiento directo de la energía solar implica menos pasos de conversión y, por tanto, menos pérdidas.
Fotovoltaica en todas las superficies selladas
¿Así que basta con construir grandes cantidades de sistemas solares para resolver el problema de la energía? Porsupuesto, no es tan sencillo . Una gran parte de la energía solar podría cosecharse en una pequeña parte de los desiertos de la Tierra, pero esto es técnica y logísticamente complejo. Por eso, el equipo de investigación del departamento de Tecnología y Sociedad considera la energía solar cosechada en las zonas desérticas como una reserva energética mundial para el caso de que se hayan agotado todas las demás opciones de cosecha.
En consecuencia, habría que empezar a utilizar todas las superficies que ya están selladas en todo el mundo, por ejemplo tejados y fachadas de edificios, pero también carreteras, vías de tren y aparcamientos. Esta superficie sería suficiente para abastecer a una sociedad global de 2000 vatios.
Sin embargo, si las necesidades energéticas mundiales se elevaran al nivel de las actuales necesidades per cápita suizas, también habría que utilizar las zonas desérticas. Todos los demás potenciales energéticos (por ejemplo, el viento o la biomasa) son órdenes de magnitud menores que la utilización directa de la energía solar, y algunos de ellos ya están sobreutilizados. No obstante, pueden desempeñar un papel importante a nivel local, sobre todo porque pueden reducir la necesidad de capacidades de almacenamiento, un problema que no se ha tenido en cuenta en este estudio.
¿Así que basta con construir plantas solares masivas para resolver el problema energético? Por supuesto, no es tan sencillo. En su estudio, el equipo del Empa sólo se fijó en el primer paso: calcular el potencial energético disponible. La cantidad real de energía disponible será menor: entre los factores limitantes figuran la disponibilidad de materias primas, pero también de capital financiero y mano de obra, el impacto ambiental de la extracción o producción de materias primas, el funcionamiento y la eliminación de los sistemas, así como la necesidad de infraestructuras adicionales para la distribución y el almacenamiento de la energía.
El equipo de investigación está estudiando cómo sería la transición de una sociedad basada en la energía fósil a otra basada en la energía solar. Al fin y al cabo, el sistema de energía solar no sólo debe ser lo suficientemente grande como para satisfacer la demanda mundial, sino que también debe ser capaz de sustituir al sistema de combustibles fósiles con la rapidez suficiente para evitar a tiempo una catástrofe climática.
