La energía eólica y su potencial para energizar al mundo

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La energía eólica es una de las fuentes de energías alternativas que más rapidamente está creciendo en instalaciones a nivel mundial y que sólo en el año 2014 se estima que sumó a la capacidad de generación de potencia eléctrica unos 51477 Mw. (Ver The Global Wind Energy Council). Aunque esta capacidad de producción de potencia eléctrica eólica puede considerarse exorbitante sobre todo si tomamos en cuenta que es el equivalente a 2.1 veces la capacidad energética de la represa más grande del mundo; la famosa Tres Gargantas en China que tiene un capacidad nominal de unos 24000 Mw, esta capacidad eólica representa un porcentaje minúsculo de las necesidades energéticas mundiales. A finales del año 2014 la capacidad instalada total de generación de potencia eléctrica a través generadores eólicos en todo el planeta era poco menos de unos 370000 Mw, que contribuyeron a suplir aproximadamente el 0.5% de las necesidades actuales de potencia energética mundial.
Cuando uno analiza estos números se pregunta sí la energía eólica podría en algún momento llegar a suplir todas las necesidades energéticas del planeta. Para dar una respuesta objetiva hay que hacer algunas estimaciones sobre las capacidades reales de esta tecnología y asumir ciertos escenarios energéticos en el futuro cercano.

Estimando la energía eólica total en el planeta

Actualmente las necesidades energéticas del planeta se estiman en unos 12.5 Tw (un Tw es un uno seguidos de doce ceros o 1012; ). Esto incluye a todos los sectores residenciales, industriales, transporte, agricultura, etc. Un escenario muy probable para el año 2030 es que se requieran unos 17 Tw de energía para suplir las necesidades energéticas del planeta si continuamos con los patrones de consumo actual y seguimos utilizando como fuentes principales de energía a los combustibles fósiles tales como carbón, petróleo y gas natural. Sin embargo, si comenzamos con un plan global a partir de este momento para hacer que todas las fuentes de energía sean de origen eléctrico, y si se toma en cuenta el desarrollo de la tecnología y las mejoras de la eficiencia en el consumo de los nuevos equipos, se podría llegar requerir en este nuevo mundo eléctrico tan sólo unos 11.5 Tw de potencia. Suponiendo además que todos los países del planeta adopten en sus políticas energéticas un esquema de desarrollo de este tipo, entonces podemos hacer algunas estimaciones de las posibilidades reales de que el planeta pueda ser energizado sólo con la generación de potencia eléctrica a través de generadores eólicos.

Lo primero que tenemos que saber es cuánta energía es posible generar a través de generadores eólicos. La respuesta no es fácil pero es posible tener algunas estimaciones burdas. Se estima que entre el 1 y 2 % de la energía solar se transforma en energía eólica a través del calentamiento desigual de la superficie del mar y de los continentes alrededor del planeta. La energía eólica útil sólo se encuentra a partir de los 80 a 100 metros de altura, que es donde se suelen colocar los grandes generadores eólicos. Un estimado de la energía eólica total disponible en todo el planeta a esta altura está en el orden de los 1700 Tw. Por supuesto, esto incluye a toda la superficie de los mares y continentes, y en muchas de estas zonas simplemente la energía no tiene la velocidad mínima requerida para obtener energía de manera viable. Así, considerando sólo los sitios que poseen alto poder energético, es decir con velocidades medias de viento superior a los 7 m/s, el total de energía eólica útil del que se dispone se estima que está en el orden de los 70 a 170 Tw de potencia. Sin embargo, muchas de estas zonas de alta energía eólica simplemente no se encuentran en áreas accesible o viables desde punto de vista tecnológico y económico para su desarrollo; esto incluye la mayor parte de los mares, oceanos y zonas montañosas. Así, se estima que tan sólo el 50% de las zonas eólicas de alta energía se encuentra en lugares que se pueden desarrollar con la tecnología y los costos actuales. Esto deja el potencial eólico mundial en el orden de los 40 a 80 Tw de energía accesible. Desde el punto de vista técnico, esto no está nada mal porque hay disponible energía eólica para suplir entre cuatro y ocho veces las necesidades energéticas de un planeta totalmente eléctrico para el año 2030. Por supuesto, estamos asumiendo que se colocarían generadores eólicos en la cuarta parte de la superficie terrestre que es actualmente accesible.

Así vemos que es técnicamente posible contar con la energía eólica que es necesaria para suplir la demanda energética de un mundo eléctrico para el año 2030 sí somos capaces de construir, instalar y poner en funcionamiento todos los aerogeneradores que se requieren para tamaño compromiso. Por tanto, la pregunta realmente relevante es ¿Es posible instalar todos los generadores eólicos que se requieren en la próxima década y media?
Hoy día la tecnología permite construir generadores de hasta 5 Mw de potencia. Son generadores sumamente eficientes que se construyen con imanes permanentes en bases a tierra raras, básicamente de neodimio, que permiten obtener estas altas potencia a costos relativamente bajos. Con estos generadores es que es posible competir económicamente con la generación eléctrica en base a combustible fósiles; con precios que están en el mismo orden de magnitud de unos cuantos centavos de dólar por Kwh producido. Si queremos alimentar a todo el planeta para el año 2030 con energía eólica entonces se requiere producir unos 11,5 Tw de potencia total. Hay que recordar que los generadores no trabajan de manera constante generando esos 5 Mw de potencia, sino que lo hacen de manera intermitente cuando los vientos están disponibles. Así con la experiencia que se tiene con las potencias netas generadas actualmente con estas turbinas, se puede estimar que se requerirían unos 8 millones de aerogeneradores de 5 Mw para suplir los 11,5 Tw de potencia total que requiere el planeta para el 2030.
Aquí es donde las cosas se ponen rudas. Si queremos tener instalada esa capacidad para el año 2030 necesitamos instalar unas 540 mil unidades por año, o lo que es lo mismo, unos 1460 generadores eólicos por días durante los próximos 15 a 16 años. Una tarea que luce prácticamente imposible si se toma en consideración que en los últimos 20 años sólo se han fabricado unas 100 mil unidades. Durante el año 2014, siendo generosos en la estimación, se pusieron en funcionamiento el equivalente a unos 12500 unidades de 5 Mw en todo el planeta; si extrapolamos estas capacidades actuales, simplemente nos tormará unos 640 años producir todas las unidades necesarias para satisfacer el consumo energético que se estima tendremos en el año 2030.
Es decir, que si la tendencia actual de instalación y puesta en marcha de generadores eólicos se mantiene, entonces para el año 2030 la energía eólica podría proveer el 2,35% de las necesidades energéticas mundiales. Esto no es nada alentador porque esto representaría nuestros mejores esfuerzos desde el punto de vista económico y tecnológico para solventar las necesidades energéticas de un planeta que requiere disminuir de manera acelerada su consumo de combustibles fósiles.

El recurso limitante de la energía eólica: Neodimio

Pero lamentablemente, esta es la parte optimista de la historia. He mencionado que los generadores eólicos de alta potencia requieren para su fabricación un elemento químico que pertenece al grupo de las llamadas tierras raras, que se llama neodimio. El nombre de tierra raras no se refiere a su escasez relativa sino a la poca abundancia que existe en forma de minerales que pueden ser extraidos de manera económicamente viable. Aun cuando el neodimio es relativamente abundante en la corteza terrestre, casi tan abundante como el cobre, su explotación y transformación es extremadamente compleja, y la producción mundial actual es apenas de unas 120 mil toneladas anuales. El neodimio se extrae básicamente de dos minerales: la monazite y la bastnasite, aunque prácticamente sólo se utiliza la bastnasite porque la monazite es radioactiva. Lo que ocurre es que a fin de cuentas el neodimio es un recurso extremadamente limitado, ya que sólo se estima que existen unos 110 millones de toneladas de minerales que contienen este elemento, con una estimación en neodimio de 8 millones de toneladas, y que a la rata de producción y consumo actual llegará a su pico de producción cerca del año 2070. China es el mayor productor de estos minerales en el planeta con una cuota superior al 90% de la producción global. La mineria y procesamiento de este mineral siempre ha tenido sus detractores, ya que es tal vez uno de los procesos de producción minera que más impacto tienen en el medio ambiente (ver por ejemplo el reportaje del diario Mail en el Reino Unido), y que podrían eliminar la etiqueta de “procesos limpios” a todas las tecnologías que estén utilizando este material, incluyendo a los mismos generadores eólicos.

Contaminación neodimio
Lago tóxico resultante de los procesos de obtención de neodimio.

El neodimio se utiliza para la fabricación de la aleación Nd2Fe14B con la cual se obtienen los imanes permanentes más fuertes conocidos por el hombre; los cuales se utilizan en la fabricación de las unidades de generación eléctrica de los generadores eólicos. Se estima que cada generador de 5 Mw requiere cerca de 2 toneladas de este material. Si debemos fabricar e intalar los 8 millones de generadores eólicos para cubrir nuestras demandas energéticas del 2030, entonces deberemos procesar cerca de unas 240 millones de toneladas del mineral bastnasite para obtener todo el neodimio que se requiere para estas unidades. Esto representa el doble de las reservas mundiales conocidas de este mineral sólo para la producción generadores eólicos. Incluso, si utilizaramos toda la producción actual de este elemento sólo para producción de generadores eólicos, no podríamos producir más que 65 generadores por día. Si además tomamos en cuenta que la principal aplicación del neodimio no es la producción de generadores eólicos, sino la producción de discos duros para almacenamiento de información; o si realmente se llega a producir los vehículos eléctricos en el futuro cercano, todos estos utilizarán imanes permanentes de neodimio. La competencia por un recurso escaso y no renovable como el neodimio será la que modelará las posibilidades de crecimiento y desarrollo de los generadores eólicos en las próximas décadas.

Como conclusión podemos decir que la energía eólica tiene un gran potencial para suplir la necesidades energéticas del planeta, pero ese potencial se ve opacado por la capacidad de producir generadores eólicos con las tecnologías actuales y su dependencia de recursos naturales tan limitados como el neodimio. Además la utilización de neodimio convierte a la energía eólica realmente en una “energía sucia” que a duras penas en la mejor proyección posible sólo podrá suplir en torno al 5% de las necesidades energéticas del mundo. Recuerde, el mundo no es sólo el 15% de la población que vive en los países desarrollados y que están instalando a pasos acelerados estas tecnologías alcanzado porcentaje relativamente altos de contribución a su matriz energética; el mundo también incluye a ese 85% de seres humanos que no tienen energía suficiente en la actualidad y que viven en los países en desarrollo.
La energía eólica tiene que ser desarrollada a su máxima capacidad de producción posible para que aporte en la dieta energética de los países, pero siempre se debe saber que no será capaz de suplir las necesidades totales de esos países, y mucho menos las de un planeta hambriento de energía. Simplemente la energía eólica no es capaz de energizar a todo el planeta.

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