La Agencia Internacional de la Energía define la energía solar como aquella que se puede extraer de la luz solar que llega a la tierra y ser transformada en otras formas de energía útil, como energía térmica o eléctrica.

La luz solar puede ser convertida de manera directa en energía eléctrica, a través de celdas fotovoltaicas o bien en energía calórica a través de equipamiento de concentración solar.

En los sistemas de aprovechamiento térmico, el calor recogido en los colectores solares o concentradores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades como, por ejemplo, obtención de agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para fines de calefacción, aplicaciones agrícolas, y la producción de electricidad a través de un proceso termoeléctrico.

Por su parte, los Paneles Fotovoltaicos, que constan de un conjunto de celdas solares, se utilizan para la producción de electricidad y constituyen una adecuada solución para el abastecimiento eléctrico tanto en áreas rurales como desérticas, que cuentan con un recurso solar abundante. La electricidad obtenida mediante los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse en forma directa, o bien ser almacenada en baterías para utilizarla durante la noche.

Fuente: Internacional Energy Agency

REVISA ESTADÍSTICAS PARA CONOCER ESTADO DE LA ENERGÍA SOLAR

La energía eólica es aquella energía cinética que se encuentra disponible en una masa de aire en movimiento (viento). Según la Administración de Información de la Energía de los EE.UU. esta energía ha sido utilizada por el ser humano desde, al menos, el año 5.000 A.C.

Los aerogeneradores son dispositivos diseñados para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica. Producto de intensas actividades de investigación y desarrollo, su diseño aerodinámico ha tenido importantes variaciones desde sus orígenes a la fecha. En la actualidad, el diseño más común consiste en una turbina de tres palas) montadas sobre una torre. La turbina está acoplada mecánicamente a un generador eléctrico. La cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad dependerá, además de la velocidad del viento, de la altura de la torre y del largo de sus palas.

Fuente: EIA – U.S. Energy Information Administration

REVISA ESTADÍSTICAS PARA CONOCER ESTADO DE LA ENERGÍA EÓLICA

La bioenergía se define como la energía contenida en la biomasa. La biomasa corresponde a cualquier materia orgánica que esté disponible de manera renovable, tales como residuos de animales, plantas, cultivos o deshechos orgánicos.

Dependiendo de la biomasa que se utilice, la bioenergía puede ser utilizada como energía térmica, a partir de la quema directa, o bien a partir de un proceso de transformación en un combustible gaseoso (biogás) o en un combustible líquido (biocombustible).

Fuente: Agencia Internacional de la Energía

REVISA ESTADÍSTICAS PARA CONOCER ESTADO DE LA BIOENERGÍA

La Asociación Europea de la Energía Oceánica plantea que hay, al menos, cuatro formas de extraer el contenido energético disponible en los mares: tecnología undimotriz, mareomotriz, de gradiente térmico y de gradiente de salinidad.

La tecnología undimotriz extrae energía del movimiento de las olas, de igual forma, la tecnología mareomotriz aprovecha las mareas o corrientes marinas. Por su parte, la tecnología de gradiente térmico aprovecha las diferencias de temperatura entre la superficie y las aguas profundas, y, por último, está la tecnología gradiente de salinidad.

Chile es un país que tiene más de 4.500km de costa y una tradición naval importante, por lo que se estima que la energía de los mares puede jugar un rol, tanto a nivel de provisión de energía a la red como en aplicaciones descentralizadas. Con el propósito de aprovechar estas ventajas, nuestro país ha estado preparando sus capacidades tecnológicas poniendo en marcha una serie de iniciativas público-privadas, que buscan entender mejor el tipo de recurso de recurso y su disponibilidad en el territorio, evaluar los impactos ambientales y sociales, así como también preparar el capital humano necesario para facilitar la implantación de esta tecnología cuando esta esté en condiciones de competir en el mercado.

Fuente: Ocean Energy Europe

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La energía eléctrica producida a partir de la energía potencial contenida en un volumen de agua ubicado a una cierta altura se denomina energía hidroeléctrica. En Chile, se utilizan generalmente dos tipos de centrales, de embalse y de pasada.

Las centrales de embalse interrumpen el curso normal de un río con el propósito de controlar la acumulación o liberación del agua almacenada, lo que permite gestionar la cantidad de energía producida. Las centrales de pasada desvían momentáneamente una parte del caudal de un curso de agua, con el propósito de dejarla caer sobre una turbina que produce la electricidad. Una vez terminado el proceso, el agua es devuelta al cauce natural.

La energía hidroeléctrica es renovable y su disponibilidad depende principalmente de los ciclos hidrológicos. Es del caso señalar que la Ley General de Servicios Eléctricos, en su artículo 225, define que serán consideradas como Medios de Generación Renovables No Convencionales, aquellas centrales hidroeléctricas cuya potencia conectada sea inferior o igual a los 20 MW.

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La energía geotérmica de alta entalpía es aquella en forma de calor que está disponible bajo la superficie terrestre, a profundidades relativamente bajas, producto de la presencia de magma a alta temperatura.

Una forma de extraer esta energía es aprovechar yacimientos de agua o vapor subterráneo que estén cercanos a la fuente de calor.

El calor extraído en la superficie se utiliza para producir vapor a presión que alimenta a una turbina encargada de la producción de electricidad. Finalmente, en las centrales de ciclo cerrado, el agua es reinsertada al yacimiento con el propósito que absorba nuevamente la energía térmica disponible.

Por su parte, la energía geotérmica de baja entalpía aprovecha las propiedades de aislación térmica de la parte más superficial de la corteza terrestre. A unos pocos de metros bajo tierra, la temperatura se mantiene estable durante el año en algunas decenas de grados Celsius. Con el propósito de aprovechar este fenómeno, se instala un circuito de cañerías bajo tierra, y se hace circular lentamente un líquido caloportador que en la superficie está a temperatura ambiente. Independientemente de cuál sea la temperatura ambiente, el líquido, al circular por las cañerías, equilibra siempre su temperatura con de la tierra. Así, si la temperatura ambiente es menor a la del interior de la cañería, entonces el líquido absorbe temperatura, mientras que, si el ambiente tiene una temperatura superior, entonces baja su temperatura.

Existe una gran variedad de formas para aprovechar la geotermia de baja entalpía, tanto para calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria. Una forma que ha probado ser eficiente es el uso de bombas de calor.

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Los sistemas de almacenamiento de energía no producen energía por sí mismos, sino que permiten absorber energía desde una fuente en un momento determinado, y entregarla en otro momento para su consumo.

Según lo indica el Centro de Sistemas Sustentables, de la Universidad de Michigan, las tecnologías de almacenamiento están siendo desarrolladas, al menos, desde la primera mitad del siglo XIX. No hay una única forma de clasificar los sistemas de almacenamiento, sin embargo, lo más común es hacerlo a partir de la forma de energía que es almacenada. Así, es posible distinguir los sistemas de almacenamiento eléctricos, químicos, electroquímicos, mecánicos, hidráulicos y térmicos.

A la fecha, los sistemas de almacenamiento de energía se han masificado en aplicaciones donde no se requieren altos volúmenes de energía. Sin embargo, la investigación y desarrollo en esta área tomó fuerza, primero con la crisis del petróleo en EE. UU. de los años 70s y, más recientemente, a partir del impulso dado por la industria de la movilidad eléctrica.

Desde la perspectiva de las aplicaciones en la red eléctrica, que requieren grandes volúmenes de energía, los sistemas de almacenamiento más comunes son los de bombeo. Estos emulan la operación de una central hidroeléctrica, ya que utilizan energía eléctrica para bombear grandes volúmenes de agua hacia un depósito ubicado a una cierta altura, almacenando la energía en forma de energía potencial. Para extraer la energía, se deja caer el agua sobre una turbina, la cual está acoplada a un generador eléctrico.

Con los últimos desarrollos tecnológicos, el almacenamiento electroquímico en formas de baterías ha ido aumentando la cantidad de energía almacenable, al mismo tiempo que ha reducido considerablemente sus costos de inversión.

El primer sistema de almacenamiento conectado a la red eléctrica instalado en Chile está en la Subestación Eléctrica Andes, y fue puesto en servicio en 2009.

Fuente: Center for Sustainable Systems (University of Michigan)

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Actualidad

Publicado el 22-06-2021
Cómo la gran apuesta de Japón por el hidrógeno podría revolucionar el mercado de energía

El esfuerzo del país por estar libre de carbono para 2050 depende de una fuente de combustible que muchos consideran demasiado cara e irreal.

Japón construyó la tercera economía más grande del mundo sobre una base industrial impulsada por petróleo, gas y carbón importados.

Ahora, está planeando mover una gran parte de esa energía hacia el hidrógeno, en una de las mayores apuestas del mundo por una fuente energética que por mucho tiempo se ha descartado porque es demasiado costosa e ineficiente para ser realista.

El cambio es una pieza vital del plan del país para eliminar las emisiones de carbono en 30 años. Si tiene éxito, también podría sentar las bases para una cadena de abastecimiento global que finalmente permitiera que el hidrógeno fuera reconocido como una fuente de energía y marginara más el petróleo y el carbón; de igual forma en que el país fue pionero en el gas natural licuado en la década de 1970, dicen algunos expertos.

Se ha promocionado anteriormente el hidrógeno, y aún hay grandes desafíos económicos y técnicos que superar. Es probable que el planteamiento de Japón sea un proceso gradual de alejamiento de los combustibles fósiles durante varios años, por lo tanto no reducirá las emisiones de carbono rápidamente en un comienzo. Ni resolverá su dependencia de la energía extranjera. El país está planeando en un principio utilizar el hidrógeno que se produce en gran medida de combustibles fósiles.

Sin embargo, al igual que muchos países, Japón comprende que no puede alcanzar su meta de cero emisiones para 2050 con fuentes de energía renovable como la solar y eólica solamente. El hidrógeno emite vapor de agua cuando se utiliza, en vez de gases de invernadero que son considerados como la causa principal del calentamiento global como el dióxido de carbono. Se puede emplear para reemplazar los combustibles fósiles en las industrias donde las renovables no funcionan tan bien.

El gobierno japonés más que duplicó su presupuesto de investigación y desarrollo relacionado con el hidrógeno, el que llegó casi a los US$ 300 millones en los dos años hasta 2019, una cifra que no incluye los millones que han invertido los privados.

En diciembre, Japón publicó una hoja de ruta preliminar que requería que el hidrógeno y los combustibles afines suministraran el 10% de la energía para la generación de electricidad -virtualmente a partir de cero en estos momentos- como también una parte significativa de la energía para otros usos como transporte marítimo o manufactura de acero para 2050. El gobierno está afinando un plan de energía final ahora, el que podría contener objetivos oficiales para el desarrollo del hidrógeno y una estimación de cuánto costará.

Con el tiempo, se espera que el gobierno proporcione subsidios, además de desincentivos para las tecnologías que emiten carbono. Las potencias industriales de Japón están construyendo barcos, terminales de gas y otras obras de infraestructura para hacer que el hidrógeno sea una parte importante de la vida cotidiana.

La principal compañía nipona de energía, JERA Co., está planeando reducir las emisiones de carbono al mezclar amoníaco, el compuesto de hidrógeno, en sus plantas que funcionan a carbón, y en mayo firmó un memorándum de acuerdo con una de las fábricas más grandes de amoníaco del mundo para el suministro.

Los conglomerados del país están buscando lugares para obtener amoníaco e hidrógeno. Las navieras como Nippon Yusen Kabushiki Kaisha están diseñando embarcaciones que funcionan con esos combustibles.

El primer transporte de hidrógeno licuado del mundo -una nave de 114 metros aproximadamente con las letras ‘LH2’ en azul y negro- está en el puerto de Kobe al sudoeste de Japón, preparándose para su viaje de prueba a Australia, más o menos a 8.900 kilómetros de distancia.

‘El verdadero factor de cambio aquí es que si hay un avance en Japón y se determina que toda la cadena de valor preste servicios al mercado nipón, creo que habrá una rápida adopción’ del hidrógeno a nivel global, dice David Crane, ex jefe ejecutivo del productor de energía estadounidense NRG Energy Inc., quien integra el consejo de JERA.

El hidrógeno tiene ventajas clave. Una es que se puede utilizar en versiones modificadas de las centrales de energía existentes y otras maquinarias diseñadas para funcionar con carbón, gas o petróleo. Eso ayudará a que los países eviten desechar miles de millones de dólares de bienes patrimoniales a medida que se desplazan hacia un futuro de nueva energía.

Igualmente, se puede almacenar y utilizar en celdas de combustible, las que acumulan más energía en la misma cantidad de espacio que las baterías eléctricas. Eso hace que el hidrógeno sea más apropiado para aviones o barcos que tienen que llevar suministros de energía por largas distancias.

Otra ventaja es que el hidrógeno es una tecnología en la que Japón puede tomar la delantera y reducir la dependencia de China, que está surgiendo como una importante potencia de energía alternativa, y el mayor proveedor de paneles solares y baterías eléctricas del mundo.

Puesto que el 80% de los paneles solares ahora viene de China, ‘tenemos cierta preocupación’ por la seguridad energética futura, manifiesta Masakazu Toyoda, presidente de Institute of Energy Economics en Japón, quien también es parte de un comité que asesora al gobierno en estrategia energética.

La Agencia Internacional de Energía señaló en mayo que se necesitaría hidrógeno junto con la energía solar y eólica, si es que el mundo quiere alcanzar el objetivo de cero emisiones netas de carbono para 2050. Su hoja de ruta para la forma más ‘técnicamente factible’ de lograr eso predecía que el hidrógeno y los combustibles relacionados constituirían el 13% de la mezcla de energía total ese año, mientras que la inversión podría exceder los US$ 470 mil millones al año.

En Estados Unidos, algunos estados y compañías están invirtiendo en proyectos de hidrógeno como estaciones de combustible, aunque son esporádicos.

La Unión Europea el año pasado desarrolló su propia estrategia de hidrógeno y estimó que la inversión en la industria podría alcanzar cientos de miles de millones de dólares para 2050.

Varias empresas de petróleo europeas, entre ellas Royal Dutch Shell PLC y BP PLC, están apoyando nuevos proyectos de hidrógeno. Airbus este año dio a conocer planes para tres aviones con el nuevo combustible.

En otras partes de Asia, un consorcio de conglomerados surcoreanos que incluyen Hyundai anunció en marzo una inversión relacionada con hidrógeno de US$ 38 mil millones para 2030. China planea tener centenares de buses a hidrógeno listos para los Juegos Olímpicos de Invierno en Beijing a principios de 2022.

Un problema clave es que el hidrógeno no se encuentra por sí solo en la naturaleza, lo que significa que se tiene que extraer de compuestos como el agua o combustibles fósiles. Eso requiere de energía. Entra más energía en la producción de hidrógeno que la que sale cuando ese hidrógeno se consume.

Las formas más comunes de hacer hidrógeno, al extraerlo del gas natural o carbón, también producen una gran cantidad de dióxido de carbono. El objetivo a largo plazo es hacer hidrógeno en forma ‘verde’, utilizando electricidad de fuentes de energía renovable, pero por ahora eso es más caro.

Almacenar y transportar hidrógeno también es difícil. El gas es tan liviano y ocupa tanto espacio a temperaturas normales que se tiene que comprimir o licuar para transportarlo en forma eficiente. El hidrógeno no se convierte en líquido hasta que se enfría a menos 253 grados Celsius, solo 20 grados más cálido que el cero absoluto.

El plan de Japón podría ser uno de los más importantes del mundo debido a su idea osada de utilizar amoníaco. Este último, un compuesto de nitrógeno e hidrógeno que tampoco emite dióxido de carbono, resuelve algunos de los problemas del hidrógeno. Es más caro de hacer, pero es mucho más fácil de transportar y almacenar -y por lo tanto comercializar- que el hidrógeno puro. Y ya se produce en grandes cantidades en todo el mundo, principalmente para fertilizantes.

Los críticos sostienen que el hidrógeno y los combustibles relacionados no valen la pena el esfuerzo. Generar electricidad a partir del hidrógeno puro en Japón costaría actualmente alrededor de ocho veces más que del gas natural o energía solar, y nueve veces más que del carbón, de acuerdo a algunas estimaciones.

Greenpeace ha criticado severamente los planes de generación de energía a base de amoníaco de Japón. Concluyó en un análisis en marzo que la idea era ‘maquillada de verde y cara’, porque es probable que aun así involucre algunas emisiones de gases de invernadero y cueste más que producir energía con fuentes renovables.

Volkswagen estima que los vehículos eléctricos que funcionan con hidrógeno utilizan tanto como el triple de energía que aquellos que funcionan con baterías. Elon Musk, jefe ejecutivo de Tesla, calificó de estúpidas las celdas de combustible de hidrógeno para automóviles.

Sin embargo, las circunstancias de Japón significan que tiene opciones limitadas. Importa casi el 90% de la energía que utiliza, y tiene un espacio limitado para construir complejos solares o eólicos. Cerró gran parte de sus centrales nucleares después que el tsunami de 2011 causó un colapso en la de Fukushima; la ciudadanía continúa oponiéndose en gran medida a la energía nuclear.

La hoja de ruta para lograr cero emisiones de carbono que el Ministerio de Economía, Comercio e Industria (MECI) de Japón dio a conocer en diciembre requería la importación de millones de toneladas de amoníaco.

‘Es un esfuerzo enorme’, asegura Ryo Minami, director general del Departamento de Petróleo, Gas y Recursos Minerales del MECI, el que está a cargo de la estrategia del amoníaco. ‘Japón se está embarcando en algo que no se ha hecho nunca en ninguna parte del mundo’.

Aunque Japón ha estado hablando insistentemente del hidrógeno desde la década de 1970, la comercialización ha sido lenta. Las actitudes empezaron a cambiar hace unos años, después de un proyecto de investigación patrocinado por el gobierno y que fue encabezado por Shigeru Muraki, exvicepresidente de TokyoGas Co. Muraki propuso empezar con el amoníaco hasta que maduraran las tecnologías que utilizan hidrógeno puro.

El grupo de Muraki encontró que este se podría quemar en las centrales térmicas existentes que funcionan a gas y carbón, las que actualmente producen tres cuartas partes de la electricidad del país. Aunque la combustión emite óxido nitroso, un gas de invernadero, los ingenieros nipones han trabajado para bajar las emisiones e indican que el resto se puede filtrar para que no se libere.

Las empresas de servicios públicos podrían primero obtener el amoníaco que se hace de combustibles fósiles y encontrar formas de capturar o compensar el dióxido de carbono que se emite durante ese proceso, razonó Muraki. Podrían cambiar a un amoníaco ‘verde’ a medida que la demanda aumente y los precios bajen.

Muraki expuso la idea a las autoridades de gobierno, entre ellos a Minami, del Ministerio de Economía. El problema era que Japón necesitaba economías de escala para lograr la disminución de los precios del hidrógeno o del amoníaco, y no había surgido ningún gran consumidor.

Ahí es cuando entró JERA. El productor de energía se formó después que el desastre de la central nuclear de Fukushima dejó a su operador, Tokyo Electric Power Co., en una mala situación financiera. En 2019, Tepco y otra importante empresa de servicio público transfirieron sus centrales térmicas a JERA, lo que la dejó con instalaciones que suministraban cerca de un tercio de la electricidad de Japón.

JERA calculó que cambiar la energía de Japón por una totalmente renovable significaría reconstruir la red eléctrica del país, un proceso caro y que requiere mucho tiempo, señala Hisahide Okuda, jefe del departamento de estrategia de JERA. Pero la red existente podría sostener la energía renovable suficiente como para satisfacer la mitad de la demanda del país.

Para descarbonizar el resto, Okuda recurrió al amoníaco y convenció a los escépticos miembros del consejo. JERA dio a conocer su plan para llevar sus centrales a carbón hacia una mezcla de amoníaco en octubre.

En Yokohama, la manufacturera de la industria pesada IHI Corp. está adaptando turbinas a gas para quemar una mezcla de gas y amoníaco.

Todo lo que tiene que hacer es reemplazar el quemador, indica Masahiro Uchida, un investigador de IHI, mientras apunta a un cilindro de color bronce en la parte superior de la principal cámara de turbinas. IHI también ha resuelto cómo readaptar los hornos de carbón, y espera venderlos en países como Australia o Malasia, además de Japón.

JERA e IHI están empezando una prueba patrocinada por el gobierno para quemar una mezcla de amoníaco al 20% en una de las principales centrales de quema de carbón de JERA. Si eso resulta bien, JERA señala que espera desplegar la tecnología en todas sus plantas de carbón para 2030, y luego en forma gradual subir el porcentaje de amoníaco que se utilice, reduciendo la emisión de carbono.

Eso requeriría de un aumento enorme en el suministro de amoníaco. La prueba inicial de JERA necesita alrededor de 500 mil toneladas al año; más o menos la mitad de lo que Japón consume ahora. Para 2050, Japón podría consumir 30 millones de toneladas de amoníaco y 20 millones de toneladas de hidrógeno al año, de acuerdo a proyecciones del MECI y un grupo asesor. Se comercian alrededor de 20 millones de toneladas de amoníaco a nivel global ahora.

La labor de resolver cómo desarrollar ese suministro les corresponde a aquellas compañías como Mitsubishi Corp. y Mitsui & Co., que importan gran parte del combustible y productos químicos que utiliza el país hoy en día.

El desafío mayor es el precio. Autoridades de gobierno y ejecutivos de la industria estiman que costaría alrededor de 24% más producir electricidad si las compañías de servicio público mezclaran 20% de amoníaco que si solo quemaran carbón. Ejecutivos de la industria dicen que la diferencia de precios se podría manejar con el apoyo e incentivos del gobierno.

Mitsui está analizando la posibilidad de una nueva y gran planta de amoníaco en Arabia Saudita, la cual es la fuente más económica, de acuerdo a lo que ha concluido el conglomerado. Mitsubishi está en conversaciones con potenciales proveedores en Norteamérica, Medio Oriente y Asia, y también está conversando con empresas navieras niponas sobre la construcción de transportes de amoníaco más grandes.

La naviera Nippon Yusen está buscando la aprobación preliminar para un enorme supertanque de amoníaco que también tendría como combustible amoníaco, y espera tenerlo listo para la entrega en 2028.

Mientras tanto, las empresas están haciendo inversiones que esperan que aceleren el día en que se pueda utilizar el hidrógeno puro. Los fabricantes japoneses de automóviles, camiones y equipo pesado, entre ellos Toyota Motor Corp., están presionando en pro de más vehículos a hidrógeno. Los precios altos y la escasez de estaciones de combustible han limitado la adopción hasta ahora.

Kawasaki Heavy Industries Ltd. está desarrollando la tecnología que se necesita para manejar el hidrógeno licuado, lo que incluye estanques y tuberías hechas de una doble capa de acero inoxidable, con un vacío entre las capas para el aislamiento.

En un día de mucho viento en abril, el primer transporte de hidrógeno licuado del mundo se estaba preparando para un viaje inaugural hasta el sur de Australia, donde el gobierno construyó un proyecto de prueba para hacer hidrógeno a partir de carbón.

El estanque se ubica sobre deslizadores que le permiten expandirse y contraerse por los cambios extremos de temperatura debido al hidrógeno almacenado sin romper los postes que lo mantienen sujeto a la nave. El laberinto de tuberías sobre la cubierta también está diseñado para resistir la expansión y contracción, al moverse en una serie de ángulos rectos más bien que en forma continua.

Más lejos en la bahía, Kawasaki ha construido un estanque de almacenamiento en forma de globo y lo que podría llegar a ser el primer terminal de carga de hidrógeno licuado de Japón.

‘Estamos entrando en un período crítico’ para el desarrollo del hidrógeno, observa Motohiko Nishimura, ejecutivo a cargo del proyecto de hidrógeno de Kawasaki. ‘Al menos, es nuestra labor mostrar que todo esto es técnicamente posible’. (Traducido del inglés por ‘El Mercurio’).

Fuente: El Mercurio

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