Cambios en el uso de energía en una década

De las energías que no desechan humo, la energía nuclear es la única que no ha disminuido sus precios en plantas nuevas en la última década. Veamos con más detalle esta afirmación. El costo de la energía solar fotovoltaica pasó de 378 USD/MWh en 2010 a 68 USD/MWh en 2019, es decir, el precio bajó a menos del 20 % en este período. En el caso de la energía eólica en tierra el cambio fue de 86 USD/MWh a 53 USD/MWh, en este caso la caída fue al 60 %. Para la energía eólica en el mar el cambio porcentual es muy similar al caso de tierra y la disminución en el precio fue de 162 USD/MWh a 115 USD/MWh. En cambio, como ya dijimos la energía nuclear pasó de los 96 USD/MWh a 155 USD/MWh. Evidentemente, estos precios, en el año 2019, indican que las plantas de generación de electricidad solares fotovoltaicas y eólicas son más baratas que las plantas nucleares como no lo eran a principios de siglo. Para la implementación masiva, todavía hay sectores en la población que alegan la variabilidad de estas dos fuentes renovables; sin embargo, tenemos otro dato igualmente alentador y es que el precio de las baterías ha disminuido. En el caso de las baterías de litio que en 1982 era de 6,035 USD/kWh y para 2016 es de 244 USD/kWh y a menos de 150 USD/kWh en 2022. Por supuesto, estos datos solo consideran los aspectos económicos de las formas de producir electricidad. También debemos aquilatar los aspectos ambientales, sociales y organizacionales de las diferentes posibilidades de implementación, aunque en estos aspectos las fuentes renovables todavía tienen bondades en la parte ambiental y con la posibilidad de fomentar las opciones distribuidas y descentralizadas responden con mayor idoneidad a las demandas sociales y organizacionales.

Imagen creada con inteligencia artificial con la frase "Building with solar photovoltaic panel and a wind turbine close to a rainforest in picasso style" en https://labs.openai.com , como homenaje a Picasso.

En el mundo hay una tendencia de aumento de la energía que usa cada persona. En este caso estoy hablando de toda la energía, no solo de la energía eléctrica. Los países llamados del norte global han sido los que han usado la mayor parte de la energía procedente de los hidrocarburos que hoy han causado el cambio climático. Debemos notar que hoy hay una tendencia lenta, pero clara, hacia la disminución del uso de energía per cápita en estos países. Por ejemplo, Estados Unidos pasó de 83,397 kWh al año por persona en 2010 a 76,634 kWh en 2021; Reino Unido a de 39,665 a 29,641 kWh y Alemania de 47,306 a 42,101 kWh, es decir, redujeron su consumo en 9 %, 26 % y 11 % respectivamente. Es evidente que los Estados Unidos ha realizado el menor esfuerzo y es una de las economías que más energía per cápita usa. También es importante hacer notar que el clima de diferentes lugares puede ser un elemento que demande usar más energía para adecuar nuestros entornos a las necesidades de la población.

Quizá ustedes que leen estos textos puedan pensar que la economía de Estados Unidos es más grande y por eso es que su consumo es mayor. Para evaluar esta posibilidad se puede analizar la intensidad energética, que es el cociente de la energía total entre el producto interno total de cada país. Es decir, la densidad energética nos indica la energía que se utiliza para generar un dólar en la economía. Así podemos ver que la intensidad de energía de Estados Unidos pasó de 1.70 kWh/USD en 2010 a 1.48 kWh/USD en 2018, este indicador para Alemania pasó de 1.15 a 0.98 kWh/USD y para Reino Unido de 1.14 a 0.88 kWh/USD, en resumen, disminuyeron el uso de energía en 13 %, 15 % y 23 %. Estos esfuerzos no son suficientes para contender contra el cambio climático.

En cuanto a nuestro país, la energía per cápita pasó de 18,109 kWh a 14,884 al año por persona, tuvimos un 18 % menos en el mismo período. En cuanto a la intensidad energética, pasamos de 1.24 kWh/USD a 1.09 kWh/USD de 2010 a 2018, un 13 % más eficiente. Sin embargo, la proporción de la población en pobreza se mantuvo prácticamente constante en nuestro país.

Con estos datos podemos decir que el uso de energías renovables conduce a un menor costo de la energía. En el mundo, las sociedades están tomando medidas para usar las renovables y con ello favorecer el desarrollo económico, aunado a que, estas fuentes de energía, no trasladan los costos actuales sobre el ambiente a las generaciones que no usaron esa energía. Ya sea mediante la emisión de gases de efecto invernadero o de contaminación radioactiva.

En nuestro país los cambios han sido tendenciales, podemos hacer mucho más fomentando el uso eficiente de energía y suministrando esta energía con fuentes renovables en concordancia con los diferentes entornos que tenemos y a las diferentes organizaciones sociales que caracterizan nuestras regiones. Falta que como sociedad actuemos y propongamos acciones que implantemos.

Este artículo fue publicado el día 24 de mayo en el periódico la Unión de Morelos

Encender un sol en la tierra con láseres

Somos una sociedad adicta a usar al máximo la energía. Desde la prehistoria, desde el momento en que la humanidad controló el fuego, no hemos parado de usar la energía disponible sin reflexionar sobre las consecuencias para nosotros, otras personas u otras especies con las que compartimos el entorno. El uso indiscriminado de esta energía, primero de la leña, los aceites vegetales y animales y, más recientemente, de los combustibles fósiles empezando por el carbón mineral hasta el petróleo y el gas natural, ha provocado el cambio climático que estamos sufriendo. 

En el mundo la tecnología puede ser usada en forma adecuada para promover el bienestar social, por ejemplo el desarrollo de las vacunas permite que se evitan enfermedades que eventualmente provocan muertes tanto en las personas como en los animales.

Ayer se anunció que en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos (LLNL) se encendió un pequeño sol en una celda de dimensiones del orden de los centímetros al concentrar luz apuntando láseres sobre ella.

Para lograr esto se concentran 192 láseres sintonizados sobre un pequeño tubo de oro para calentarlo a más de 3 millones de grados centígrados. Pensemos este tubo como una lata de oro que contiene gas de dos isótopos de Hidrógeno: Deuterio y Tritio. Al calentarse tan rápidamente esta lata explota y somete a los gases a altas presiones y altas temperaturas ocasionando que los núcleos de los isótopos de deuterio y tritio pasen muy cerca unos de otros de tal manera que la fuerza nuclear actúa sobre los protones y neutrones de estos isótopos y los hace reaccionar y unirse formando un núcleo de Helio.

La masa del núcleo de helio es menor a la masa de los dos isótopos que lo formaron y esa diferencia de masa siguiendo la ecuación de Einstein, E=mc2, se convierte en energía.

Esta reacción ya se conocía, pero no se había podido controlar para producir energía. En experimentos anteriores se requería más energía para generar los láseres que aquella energía que se conseguía de la reacción nuclear. Sin embargo, el LLNL anunció que finalmente se consiguió obtener más energía y contabilizaron que se usó 2.1 MJ para producir los láseres y se obtuvo 2.5 MJ de la reacción nuclear por el tiempo que estuvo encendida. Seguro, te preguntarás y ¿cuánta es esta energía? La verdad es que estos 0.4 MJ de energía alcanzan para tener funcionando sin parar un refrigerador pequeño por 20 minutos. No es mucha, pero lo relevante es que se demostró que es posible encender y mantener controlada una reacción nuclear por el tiempo suficiente para obtener más energía de la que se ha invertido en encenderla.

El logro energético es pequeño, pero el avance científico y tecnológico es enorme. Este anuncio fue hecho por Jennifer Granholm, secretaria de energía de Estados Unidos, subsecretaria Jill Hruby, la directora de la oficina de ciencia y tecnología de la presidencia de Estados Unidos, Dra. Arati Prabhakar, el administrador de programa de defensa, Dr. Marvin Adams y por la directora del LLNL Dra. Kim Budil[1]. Ellas enfatizaron que este objetivo se persiguió por más de 70 años y que miles de personas dedicadas a construir conocimiento y desarrollar tecnologías durante estos años han participado en esta demostración. También resaltaron que este logro es el producto de la inversión de recursos públicos y privados en ciencia y desarrollo tecnológico.

Es importante mencionar que la tecnología de láseres para encender una reacción nuclear es solo una opción. Otra posibilidad que se trabaja en Europa, Asia y en Estados Unidos es la del confinamiento magnético, conocida como reactores Tokamak. Este es un ejemplo claro que para conseguir desarrollos tecnológicos que resuelvan los problemas actuales es necesario apostar por diferentes opciones. Las inversiones en diferentes maneras de resolver problemas también mostraron logros extraordinarios en el desarrollo de las vacunas contra la COVID-19, se implantaron en tiempo récord vacunas con diferentes tecnologías. Diferentes países, de Europa, Asia, América, incluso Cuba, apostaron por diferentes tecnologías, con la excepción de México que apoyó solo una. Lo mismo que para los ventiladores necesarios para atender pacientes graves de la COVID-19. No necesito hacer comentarios sobre los resultados de este tipo de actitudes unidireccionales, son conocidos ampliamente.

De estas experiencias de apoyo amplio son de las que debemos aprender y entender. La inversión en ciencia da frutos a largo plazo, los desarrollos tecnológicos emanados de ese conocimiento científico pueden ofrecer alternativas diferentes que sean más fácilmente adecuadas a diferentes entornos.

Esto mismo pasa con las fuentes renovables de energía que deben ser adecuadas a los diferentes entornos.

Aquí un llamado de atención a la sociedad mexicana, debemos seguir formando personal capacitado para entender, diseñar y construir soluciones basadas en ciencia para las problemáticas que enfrentamos.

También es importante considerar que en el futuro la energía de fusión nuclear puede generar la electricidad que usemos en este planeta evitando la emisión de gases de efecto invernadero y de contaminación con desechos radiactivos. Sin embargo, debemos poner atención a que en este futuro los reactores nucleares de fisión pasarán a la historia y que los gobiernos o empresas que apoyan la tecnología de fisión pueden intentar venderla, instalarla, en otros lugares antes de que la nueva tecnología, la fusión nuclear, desplace totalmente a la fisión que sí contamina.

La ciencia muestra opciones, la tecnología desarrolla aplicaciones, pero las personas las construimos, las seleccionamos y las usamos. 

Finalmente, de lo más importante, es considerar que podemos disminuir el consumo de energía, tanto en el ámbito individual como en el social y en la fabricación de los productos y servicios que usamos. Recordemos que la única energía que no impacta en el entorno es la que no usamos. 

Este artículo fue publicado el día 14 de diciembre en el periódico la Unión de Morelos.

Prefiero las renovables a la nuclear

Han pasado diez años desde el accidente en la planta nuclear de Fukushima. Como consecuencia de un terremoto en el océano Pacífico se produjo un tsunami que provocó la fusión de los tres reactores de la planta nuclear de Fukushima. Este accidente ha sido el accidente más grave en el ámbito internacional. Aunado a esto, las recientes conjeturas sobre el manejo de la planta de Laguna Verde nos alertan sobre los riesgos inherentes a las planteas nucleares para generar electricidad (termonucleares o nucleoléctricas).

Han pasado diez años desde el desastre de Fukushima y la comunidad científica continua aprendiendo sobre los impactos que todavía se están manifestando. Los efectos de la radiación residual y del transporte de los isótopos radiactivos en los ecosistemas todavía requiere mayores estudios. Por supuesto de las alternativas de cómo mitigar en el futuro este tipo de accidentes  son temas de investigación actual. Por ejemplo, hoy en día se debate si es adecuado que Japón diluya el agua contaminada en el océano. 

A continuación comentaré algunos de los estudios en revistas científicas a los que cualquier persona puede acceder mediante la Internet. 

Los estudios científicos empezaron a ser publicados aproximadamente un año después del accidente, estos estudios son necesarios para diseñar las acciones para mitigar los daños. Así, uno de los primeros artículos versa sobre los productos radioactivos de las reacciones de fisión que se liberaron al ambiente. Se encontraron ampliamente distribuidos isótopos radioactivos volátiles de Telurio, Iodo, y Cerio en la región de Fukushima y de las prefecturas adyacentes del este de Japón. También se encontraron actinoides como el Plutonio tanto en la atmósfera como en el suelo del noroeste y el sur de la Planta termonuclear de Fukushima. 

Los primeros efectos en el ambiente natural empezaron a ser reportados un año después y se encontró que tanto las hojas como las ramas que se encontraban en el suelo del bosque presentaban altas concentraciones de isótopos de Cerio radioactivo y que estos isótopos eran transmitidos al suelo para su mayor dispersión. Por lo tanto, era necesario la remoción de la capa orgánica más resiente en el suelo. Esta medida de mitigación trae consecuencias para la salud del ecosistema, pero menores a las que produce la contaminación radioactiva. Un año después se reportaron mediciones del isótopo radiactivo del Iodo en personas evacuadas de la zona, encontrándose actividad del isótopo en la tiroides en el 74% de los estudiados.

Los daños causados por la radioactividad liberada al ambiente son de largo plazo en las personas, pero pueden ser analizados en forma más temprana en otras especies. Por ejemplo se encontraron daños fisiológicos y genéticos en una mariposa común en el Japón (Zizeeria maha). En mariposas que se colectaron en mayo 2011 mostraron leves anomalías, en cambio su descendencia presentó anomalías más graves, que fueron heredadas a la siguiente generación. En cuanto a estudios realizados en animales más parecidos a las personas, podemos encontrar una investigación en monos salvajes japoneses (Macaca fuscata) de los bosques alrededor de la ciudad de Fukushima y a unos 70 km de la planta nuclear de Fukushima publicado en 2014. En ellos se encontraron significativamente menores conteos de hemoglobina, células rojas y blancas en la sangre en comparación con monos localizados a una distancia de 400 km de la planta nuclear. La reducción de la células en la sangre también fue reportada en población infantil después del accidente de Chernobyl. Aunque los conteos bajos de las células de la sangre no necesariamente indican un riesgo en la salud, si sugieren que el sistema inmune está comprometido y la susceptibilidad a enfermedades o epidemias aumenta. También se encontró (2016) la incorporación de isótopos radioactivos de Estroncio en los dientes de ganado abandonado durante la evacuación de la zona cercana a la plata nuclear de Fukushima y se pudo asociar su concentración en los dientes a la contaminación radioactiva en el ambiente. En la comida también se ha podido encontrar contaminación radioactiva causada por el accidente nuclear. Por ejemplo, los hongos secos en la prefectura de Iwate (aproximadamente unos 200 km de Fukushima) presentaron concentraciones de isótopos radioactivos de Cesio mayores una y media veces  a las de otros lugares de Japón. Sin embargo la contaminación con isótopos de Cesio en Japón es conocida con anterioridad. La explosiones de las bombas nucleares todavía muestran sus impactos en las diferentes regiones. La contaminación radioactiva tiene implicaciones a muy largo plazo.

Después de casi una década, el cáncer de tiroides en la población infantil muestra una correlación positiva con los niveles de contaminación radioactiva en el ambiente. 

Estos resultados son solo una muestra de la vastísima literatura científica que muestra la contaminación radioactiva causada por este accidente. 

En una sociedad adicta la energía, la solución de generar electricidad en cantidades enormes y sin emitir gases de efecto invernadero parecía adecuada hace unos 40 años. Hoy en día, ante el desarrollo tecnológico de las fuentes renovables y de las posibilidades de almacenamiento en un proceso de disminución de precios, la centrales nucleares de fisión no son una alternativa a elegir. 

Desde mi punto de vista, las tecnologías actuales de fuentes renovables tienen un impacto mucho menor y de corto tiempo comparadas con los combustibles fósiles y las centrales nucleares. Por supuesto, la crisis económica provocada por la COVID-19 nos ha enseñado que podemos disminuir y distribuir nuestra demanda de energía. Así la eficiencia energética y el uso de renovables son un camino que debemos promover.

Este artículo fue publicado el día 28 de abril en el periódico la Unión de Morelos.