211service.com
Orando por un milagro energético
El avance de la empresa está estrictamente fuera del alcance de los forasteros. El trabajo en la tecnología continúa en una parte invisible del extenso edificio de un piso, más allá del taller de máquinas, los diversos instrumentos de prueba y fabricación, el gran espacio de oficina abierto lleno de cubículos. Lo que un visitante puede ver en cambio es una delgada oblea de silicio que sería familiar para cualquiera en la industria de la energía solar. Y ese es exactamente el punto. El avance de la empresa consiste en reducir los gastos de fabricación de células solares convencionales.
Salvador de silicio: Emanuel Sachs, fundador de la puesta en marcha solar 1366, ha inventado una forma más económica de convertir trozos de silicio en obleas delgadas que se utilizan en las células fotovoltaicas.
En su sala de conferencias hay un gráfico grande que muestra la disminución del costo de la electricidad producida por paneles solares durante las últimas tres décadas. La línea de pendiente descendente ligeramente irregular se acerca a una amplia franja horizontal etiquetada como paridad de red: la etapa en la que la electricidad generada con energía solar será tan barata como la generada a partir de combustibles fósiles. Es la tierra prometida para la energía renovable, y la compañía, 1366 Technologies, cree que sus mejoras en las técnicas de fabricación pueden ayudar a que la energía solar finalmente llegue allí.
Esta historia fue parte de nuestra edición de marzo de 2011
- Ver el resto del número
- Suscribir
Es un objetivo ambicioso: aunque las células fotovoltaicas basadas en silicio, que convierten la luz solar directamente en electricidad, han bajado de precio durante años, siguen siendo demasiado caras para competir con los combustibles fósiles. Como resultado, la energía solar representa mucho menos del 1 por ciento de la producción de electricidad de EE. UU. Y el fundador de 1366, Emanuel Sachs, director de tecnología de la empresa y profesor de ingeniería mecánica en el MIT, dice que, aunque la energía solar puede estar a poca distancia del gas natural, la tecnología solar existente no podrá competir con el carbón. Desplazar el carbón requerirá otro nivel de reducción de costos, dice Sachs. Ahí es donde entra en juego el avance de 1366. La compañía está desarrollando una forma de fabricar láminas delgadas de silicio sin cortarlas de trozos sólidos del elemento, una tarea costosa. La única forma de que la energía fotovoltaica compita con el carbón es con tecnologías como la nuestra, dice.
Una vez que la energía fotovoltaica puede competir con el carbón en precio, el mundo cambia mucho, dice Frank van Mierlo, director ejecutivo de la empresa. La energía solar se convertirá en una parte real de nuestro suministro de energía. Entonces podemos generar una parte significativa de nuestra energía a partir del sol.
De varias maneras, 1366 (el nombre se refiere a la cantidad promedio de vatios de energía solar que llegan a cada metro cuadrado de la Tierra durante un año) refleja la ambición de toda una generación de empresas emergentes de energía. Estas empresas a menudo se refieren a tecnologías revolucionarias que redefinirán la economía de las fuentes de energía que no son combustibles fósiles. Muchas se fundaron durante la última década, durante un auge en la financiación de capital de riesgo para tecnologías limpias, no solo en la energía solar, sino también en la eólica, los biocombustibles y las baterías. Muchos se han beneficiado del aumento del apoyo federal a la investigación energética desde que el presidente Obama asumió el cargo. Aunque las empresas están trabajando en diferentes tecnologías, comparten una estrategia comercial: hacer que las fuentes de energía limpia sean lo suficientemente baratas, sin subsidios gubernamentales, para competir con los combustibles fósiles. En ese momento, el capitalismo se acelerará y los inversores se apresurarán a construir una nueva infraestructura energética y desplazar los combustibles fósiles, o eso es lo que dice el argumento.
Sin embargo, el problema es que probablemente no estemos a unos pocos avances para implementar fuentes de energía más limpias y más baratas a gran escala. Aunque pocos cuestionan el valor de desarrollar nuevas tecnologías energéticas, ampliarlas será tan difícil y costoso que muchos expertos en políticas dicen que esos avances por sí solos, sin la ayuda de los continuos subsidios gubernamentales y otros incentivos, tendrán poco impacto en nuestra combinación energética. Independientemente de los avances tecnológicos, estos expertos se muestran escépticos de que las energías renovables estén cerca de lograr la paridad de la red, o que las baterías estén cerca de permitir que un vehículo eléctrico compita con los automóviles de gasolina en precio y alcance.
En el caso de las energías renovables, depende de cómo defina la paridad de la red y si tiene en cuenta los costos de los sistemas de almacenamiento y energía de respaldo que se vuelven necesarios con fuentes de energía intermitentes como la solar y la eólica. Si define la paridad de la red como la entrega de electricidad cuando lo desee, en los volúmenes que desee, dice David Victor, director del Laboratorio de Derecho y Regulación Internacional de la Universidad de California en San Diego, entonces las nuevas energías renovables de hoy ni siquiera están cerca. . Y si las nuevas tecnologías energéticas van a crecer lo suficiente como para hacer mella en las emisiones de dióxido de carbono, agrega, esa es la definición que importa.
Campo de espejos
Pocas personas tienen más fe en el poder de la tecnología para cambiar el mundo que Bill Gross. Y pocos empresarios están tan familiarizados con la dificultad de convertir ideas inteligentes en tecnología comercial. En la era de las puntocom, él y su empresa Idealab, una incubadora que crea y gestiona nuevos negocios, pusieron en marcha varias de las empresas más populares de la época, solo para luchar cuando estalló la burbuja.
Gross se aferró a la moda de las tecnologías limpias y fundó una empresa llamada eSolar en 2007 para trabajar en tecnología solar térmica. (ver Preguntas y respuestas, marzo / abril de 2010) . En la actualidad, los proyectos web, de computación social y de energía se entremezclan en las apretadas oficinas de Idealab en el centro de Pasadena, California. De acuerdo con su legado de la era de las puntocom, las oficinas ocupan un gran espacio tipo loft lleno de varias empresas o empresas que esperan serlo, algunas de las cuales consisten en no más de unos pocos escritorios dominados por grandes pantallas de computadora. En algún lugar entre todo el metal pulido, los sistemas de ventilación expuestos, las luces de riel y las sillas de escritorio de diseño está la oficina de Bill Gross, un pequeño cubículo acristalado.
Como casi todos los demás fundadores de una startup de energía renovable, Gross va directo a los números. Al abrir una pantalla que compara los costos de la energía de varias fuentes, señala cómo una tecnología que está desarrollando eSolar podría hacer que la energía solar térmica sea menos costosa y ayudarla a ser competitiva con los combustibles fósiles. Las plantas termosolares producen electricidad mediante el uso de un enorme campo de espejos para enfocar la luz solar en una torre central alta, donde el agua se calienta para producir vapor que genera electricidad. Las grandes centrales eléctricas que utilizan esta tecnología pueden producir electricidad a un precio más económico que las que utilizan paneles solares de silicio, aunque el enfoque térmico sigue siendo más caro que la energía derivada del carbón o incluso del viento. Varias de estas plantas están funcionando en todo el mundo y se están construyendo más. (ver Chasing the Sun, julio / agosto de 2009) . En 2006, cuando el gigante de servicios públicos de California PG&E presentó una oferta por una planta termosolar de 300 megavatios (que ahora está construyendo una empresa llamada BrightSource), Gross se emocionó y comenzó a trabajar con sus empleados para mejorar la economía.
No es de extrañar que la solución de Gross se base en software. La construcción de grandes plantas termosolares cuesta más de mil millones de dólares, y una de las razones del alto costo es que decenas de miles de espejos especialmente fabricados deben disponerse con precisión para que enfoquen la luz solar correctamente. Pero, ¿qué pasaría si usaras espejos planos en una simple rejilla de metal y luego usaras software para calibrarlos, ajustando cada uno para optimizar su posición en relación con el sol y la torre central? Se necesitarían enormes cantidades de poder de cómputo para manipular todos los espejos en una planta de energía a gran escala, pero el poder de cómputo es barato, mucho más barato que pagar a ingenieros y técnicos para colocar laboriosamente los espejos a mano. Los ahorros potenciales son impresionantes, según Gross; dice que eSolar puede instalar un campo de espejos por la mitad de lo que cuesta en otras instalaciones solares térmicas. Como resultado, espera producir electricidad por aproximadamente 11 centavos por kilovatio-hora, muy cerca del precio de la energía de una planta de combustibles fósiles.
Aún así, no es lo suficientemente bueno, al menos en los Estados Unidos, donde las plantas de gas natural pueden producir energía por alrededor de 6 centavos por kilovatio-hora. En Lancaster, California, al borde del desierto de Mojave, eSolar ha construido una instalación con 24.000 espejos; es capaz de producir cinco megavatios de potencia. Pero eSolar no ha obtenido nuevos acuerdos para construir proyectos a escala de servicios públicos basados en la tecnología de la empresa en los Estados Unidos. En cambio, está haciendo negocios en partes del mundo donde los precios de la electricidad son más altos o los subsidios para las energías renovables son mayores; está construyendo una planta de 2,5 megavatios en India y ha firmado un acuerdo para una gran instalación en China. El problema en los Estados Unidos es el mismo que enfrentan todos los sueños de energía alternativa: el costo. Los precios del gas natural han caído a niveles históricamente bajos, lo que significa que la energía solar térmica debe ser aún más barata para competir. Para tener una oportunidad en los Estados Unidos, reconoce Gross, eSolar necesita que su electricidad no cueste más de 7.5 centavos por kilovatio-hora.
Llegar allí requerirá otro avance en la tecnología. Una desventaja de la energía solar es que produce electricidad solo durante una parte del día. Los paneles fotovoltaicos producen energía de manera eficiente durante aproximadamente cinco horas y media al día, cuando el sol está más directamente sobre nuestras cabezas. Los sistemas solares térmicos pueden funcionar un poco más, porque el agua calentada puede impulsar las turbinas hasta la tarde; La tecnología de eSolar genera energía durante aproximadamente siete horas diarias sin almacenamiento. Y Gross dice que el uso de sales fundidas en lugar de agua para transportar el calor desde la torre central al generador de vapor permitirá que una instalación solar térmica almacene el calor durante mucho más tiempo y produzca electricidad hasta 16 horas al día. Eso reducirá el costo de su electricidad a los 7.5 centavos por kilovatio-hora. Él predice que eSolar tendrá una planta comercial con el diseño de sales fundidas funcionando el próximo año.
Si las metas siguen moviéndose más allá del alcance de las nuevas tecnologías energéticas, Gross no parece desconcertado. Con el tiempo, dice, la tecnología de eSolar no necesitará subsidios para competir con el gas natural, y el cielo será el límite. La energía solar es perfecta para una gran franja del planeta, dice, mostrando felizmente un mapa del mundo con un gran cinturón alrededor del medio en rojo y naranja oscuro, lo que indica altos niveles de radiación solar. Incluso en este país, dice Gross con confianza, la energía solar representará la mitad de toda la producción de electricidad para 2050, con al menos el 50 por ciento de la producida por plantas termosolares.
Sin errores
Mientras Bill Gross intenta exprimir algunos centavos críticos del costo de la energía solar, los investigadores de Caltech, unos kilómetros más adelante, están trabajando en una solución diferente. Están tratando de inventar una forma fundamentalmente nueva de producir combustibles líquidos directamente a partir de la luz solar, inspirada en la forma en que las plantas verdes convierten la luz solar en azúcares. Si esta búsqueda de la fotosíntesis artificial tiene éxito, abordará uno de los desafíos fundamentales de la energía solar: cómo almacenar la energía hasta que se necesite. El potencial de esta visión parece animar al director del esfuerzo, Nate Lewis. A veces habla con viñetas marcadas por una mezcla de entusiasmo e impaciencia. Sin errores, sin cables, dice. Sin errores, sin cables. Quiero decir lo que digo: sin cables. Las hojas no tienen alambres. Entran la luz del sol, el agua y el CO2, y salen los combustibles.
Solar Mirage? Una instalación de demostración de eSolar en Lancaster, California, utiliza 24.000 espejos y puede producir cinco megavatios de electricidad. Pero eSolar no tiene acuerdos en Estados Unidos para plantas similares.
Esta investigación, un proyecto conjunto de Caltech y Lawrence Berkeley National Lab, contará con el apoyo de $ 122 millones durante cinco años del Departamento de Energía de EE. UU., A la espera de la asignación de los fondos por parte del Congreso. Tenemos piezas. Hacer combustibles a partir de la luz solar con química fotoeléctrica funciona, dice Lewis, profesor de química en Caltech. Pero un dispositivo práctico debe ser económico, eficiente y robusto. Ahora mismo, puedo darte dos de los tres al mismo tiempo, dice. Nuestro objetivo son los tres. Los problemas científicos básicos se interponen en el camino. Entre ellos: los investigadores necesitan encontrar catalizadores rentables para las reacciones químicas que descomponen el agua en oxígeno e hidrógeno.
Después de 100 años de investigación, puede contar por un lado las clases de compuestos que son buenos catalizadores para la oxidación del agua, dice Lewis; no tenemos otros cien años para encontrar mejores. Empleando el tipo de métodos experimentales de alto rendimiento y técnicas automatizadas que se utilizan cada vez más en el descubrimiento de fármacos, el centro examinará un millón de compuestos al día para detectar actividad catalítica. Evaluaremos, descubriremos y cuantificaremos la actividad de más catalizadores en un día de los que se han documentado colectivamente a lo largo de la historia, dice.
Mientras tanto, un equipo de diseñadores de sistemas y expertos en hardware comenzará a diseñar y construir prototipos de dispositivos. Su trabajo es construir prototipos desde el primer día, dice Lewis. Esperamos tener [los prototipos] dentro de los primeros dos o tres años. Esos primeros prototipos fallarán casi por completo, dice, pero son la única forma de llegar a un sistema práctico: no sabemos cómo debería verse. ¿De dónde sale el agua? ¿Dónde entra la luz del sol? Si no construye la cosa, no puede construirla.
El desafío de encontrar energía más barata y limpia se ha comparado a menudo con la carrera para llevar al hombre a la luna. Pero hay al menos una diferencia clave: el éxito en llevar humanos al espacio no se juzga según su costo. Independientemente de lo inteligente que sea la tecnología de Lewis, no resolverá el problema a menos que pueda servir como base para un negocio sostenible. No vamos a ir a la Luna de la NASA, dice Lewis. Si no puede competir en costos, en última instancia, no vale la pena hacerlo. Y, agrega, dado el precio fluctuante del petróleo, debe tener algo que parezca realmente disruptivo en términos de costo: si está cerca, no es bueno para nadie.
Mundo de la austeridad
En la última década, muchos expertos en energía y economistas estadounidenses han argumentado que el gobierno debe establecer un precio por la emisión de dióxido de carbono. Dicen que un precio del carbono, ya sea en forma de impuestos o de un sistema de tope y comercio, sería una forma económicamente eficiente y tecnológicamente justa de reducir nuestro uso de combustibles fósiles. Impulsaría el costo de la energía derivada de esos combustibles, permitiendo que tecnologías más limpias los desafíen en el mercado sin requerir que el gobierno respalde elecciones particulares. La Unión Europea implementó un sistema de límites máximos y comercio en 2005, pero Estados Unidos, hasta hace poco el mayor usuario de energía del mundo y, posiblemente, sigue siendo el principal centro de innovación energética, no lo ha logrado.
Eso ha dejado a los expertos en política energética debatiendo cómo seguir adelante, especialmente ahora que los subsidios y otros beneficios para la energía limpia en el proyecto de ley de estímulo federal de 2009 están disminuyendo. Algunos ven una oportunidad para concentrarse en inventar nuevas formas de hacer que la energía limpia sea más barata que los combustibles fósiles. Dicha innovación, sostienen, es la única forma de lograr reducciones masivas en el uso de combustibles fósiles. El fundador de Microsoft, Bill Gates, es uno de los inversores que esperan estimular tales milagros energéticos. (ver Preguntas y respuestas, septiembre / octubre de 2010) .
Los críticos de ese punto de vista, sin embargo, creen que es más importante concentrarse en aumentar el uso de tecnologías de energía limpia lo antes posible a través de subsidios gubernamentales y otros incentivos. Es peligroso creer que todas estas increíbles tecnologías vendrán y resolverán el problema, dice Joseph Romm, investigador principal del Center for American Progress, un grupo de expertos con sede en Washington. La verdad, dice, los avances no ocurren muy a menudo.
De hecho, la mayoría de las tecnologías se vuelven mejores y más baratas a medida que se comercializan y utilizan, no en el laboratorio. Eso significa que necesitamos tanto la investigación de nuevas tecnologías energéticas y políticas gubernamentales que apoyan la implementación, el uso y la mejora. Existe una íntima conexión entre estos esfuerzos. Hasta que comience la implementación, no conoce los desafíos, dice Romm. En el laboratorio surgen muchas ideas geniales, pero no tienen éxito en el mercado. Es el vaivén entre la implementación y la I + D lo que le permite una rápida innovación.
Una de las nuevas empresas de energía más exitosas es A123, una compañía de baterías con sede en Watertown, Massachusetts. A123, que tuvo una oferta pública de acciones en 2009, fabrica baterías de iones de litio que están diseñadas para ser más seguras y duraderas que las versiones más convencionales; su secreto son los electrodos hechos de materiales compuestos a nanoescala. Sorprendentemente, la empresa pasó de las pruebas de laboratorio de su tecnología a la producción comercial en menos de tres años. Se ha beneficiado de la fuerte demanda de los fabricantes de automóviles desesperados por introducir vehículos eléctricos y de una subvención del gobierno de 250 millones de dólares para ayudar a financiar la construcción de sus instalaciones de fabricación. (ver Demo) .
Pero hace tres años, incluso cuando A123 todavía se estaba moviendo para comercializar sus productos, el cofundador Yet-Ming Chiang, un científico de materiales del MIT, ya estaba buscando su próximo avance. Trabajando inicialmente en A123 y luego con colegas del MIT y la Universidad de Rutgers, se propuso inventar una tecnología que sería mucho más barata y más fácil de fabricar que las baterías de litio existentes. Quería una batería que permitiera a los coches eléctricos conducir mucho más lejos con una carga, y una que ofreciera una forma práctica de almacenar energía en la red eléctrica. La solución: un tipo de batería completamente nuevo, nuevamente basado en nanomateriales.
El año pasado, A123 se separó de 24M, una startup que probará y, posiblemente, comercializará la tecnología. La compañía quiere cumplir con el objetivo del Departamento de Energía de desarrollar baterías para vehículos eléctricos que puedan suministrar energía por alrededor de $ 250 por kilovatio-hora, en contraposición al estándar actual de alrededor de $ 500 a $ 600. El resultado reduciría a la mitad el costo de una batería para un vehículo totalmente eléctrico. Chiang dice que permitiría la adopción generalizada de vehículos eléctricos.
Incluso si la creación de baterías más reciente de Chiang resulta poco práctica, su invención y la fundación de 24M ilustran los beneficios que provienen de la comercialización de tecnologías energéticas y la naturaleza iterativa de la innovación. Las baterías de A123 ayudaron a establecer un mercado en el que los avances más recientes pueden competir y aclararon los límites de la tecnología de primera generación. Nada de eso habría sucedido sin el apoyo federal. La política del gobierno es absolutamente crítica, dice Chiang, tanto para investigar nuevas tecnologías de baterías como para ampliar las existentes.
Aunque algunas tecnologías de energía alternativa podrían eventualmente lograr la paridad de la red, pocas, si es que hay alguna, pueden sobrevivir sin subsidios ahora, ya que mejoran su costo y eficiencia. Incluso con los subsidios, incluidos los incentivos fiscales y las subvenciones en efectivo, la mayoría está luchando por reducir la brecha de costos con los combustibles fósiles. Como dice Lewis de Caltech, acercarse no es suficiente. El peligro es que si nos centramos en los milagros energéticos y exageramos el potencial de las tecnologías innovadoras, se olvidará la necesidad de una política gubernamental coherente a favor del cambio energético. Todas las tecnologías de energía queridas, esencialmente todas las energías renovables y todos los vehículos eléctricos alimentados por la red, dependen de enormes subsidios, dice David Victor de UC San Diego. Y nadie sabe realmente cómo será un mundo de austeridad fiscal para estas tecnologías.
Las opciones de energía limpia aún tienen un largo camino por recorrer, especialmente cuando se trata de almacenar electricidad, reducir el costo de las energías renovables y mejorar el rendimiento y el costo de las baterías. Empresas como 1366 y eSolar están abordando estos desafíos. Pero depender solo de los avances para resolver nuestros problemas energéticos no es realista. Estos avances deben tener lugar en el contexto más amplio de un esfuerzo coordinado para desplegar estas fuentes de energía. Eso exige estrategias gubernamentales internacionales que apoyen no solo la investigación, sino también las pruebas, la construcción y la comercialización.
Implementar alternativas energéticas será mucho más costoso y, de alguna manera, mucho más difícil que inventar otras nuevas. Dado el clima político actual y la falta de una política energética coherente en todo el mundo, realmente podría ser necesario un milagro.