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Hoy existen 1.300 millones de habitantes sin electricidad

Es posible disponer de fluido eléctrico sin cables, pero la pobreza energética continúa

Pascual Bolufer, AECC06/03/2017

La Agencia Internacional de la Energía calcula que ya en 2013 el 17% de la población estaba sin energía eléctrica. Hoy hay un millón más. El mercado energético no garantiza la solución y los políticos recortan las inversiones no rentables. Hay que evitar la emisión de CO2 a la atmósfera, es decir, la construcción de más centrales productoras de energía y la flota de transportes de energía por mar y tierra reducirla en lo posible. La batería eléctrica no ha solucionado el problema. Tampoco la energía solar permite el almacenaje de los biocombustibles.

Las ciencias intentan desarrollar, con el aprendizaje de las máquinas y la robótica, soluciones de energía limpia. Deseamos una mezcla de materiales innovadores que aporten una solución compleja. El ideal es evitar la emisión de CO2 a la atmósfera, que de hecho aumenta la temperatura promedio. La climatización de edificios (calefacción y refrigeración) supone un tercio de la energía consumida y tal porcentaje hay que rebajarlo con nuevos materiales y diseños.

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Las centrales de producción de energía emiten CO2 a la atmósfera y no podemos pararlas.

El almacenamiento de energía tampoco funciona: las baterías

La innovación es la demanda más urgente para la Humanidad. El aumento de la red de suministro eléctrico, para atender el suministro de un barrio o una población supone una inversión. Si es rentable se amplia la red. El problema surge si la inversión no es rentable. El problema es político, no conforme con el sentido común, los derechos humanos.

Las emisiones de CO2 (producción eléctrica) y otros gases producidos por la actividad humana han aumentado la temperatura promedio de la superficie terrestre, con cambio de clima y acidificación del océano. Se calcula que hacia 2100 el aumento de temperatura será de unos 4 °C.

Hacia la Energía Limpia

El expresidente de EE UU Barack Obama dice que el aumento de temperatura se convierte en una tendencia irreversible: lograr la energía limpia y que la emisión de gases de efecto invernadero no entra en el conflicto con el crecimiento de la economía. La energía limpia aumentará la eficacia. El sector de empresas de producción de energía ha disminuido sus emisiones 9,5% entre 2008 y 2015 pero la economía ha crecido el 10% También el consumo privado de energía ha disminuido sus emisiones de CO. No tiene valor el argumento que la energía limpia frenará la economía y el aumento de nivel de vida, una idea que no se está extendiendo por el mundo.

La Agencia Internacional de Energía (AIE) en 2015 ya estimó que las emisiones de CO2 eran planas, pero la economía en 2015 creció el 3%. Si continuaran creciendo las emisiones, solo en EE UU el producto industrial bruto descendería de 690 mil millones de dólares a 340. No podemos retrasarnos en impedir el calentamiento del clima. Consideramos un efecto catastrófico la disminución del casquete de hielo de Groenlandia y Antártica, cambios rápidos en las corrientes oceánicas que aportan más calor. Es falso que disminuir la emisión de CO2 disminuye también el crecimiento económico. La verdad es que el mantenimiento estable, plano, de emisiones de CO2 en comparación con el año anterior es compatible con el crecimiento económico. La estrategia económica que ignora la contaminación por CO2 acarrea pérdidas, incluso en el número de puestos de trabajo y disminución del crecimiento.

Pese a la incerteza de predecir el futuro clima y las lluvias no podemos retrasar las inversiones para disminuir el CO2 y los cambios de clima.

Una razón de peso es la eficiencia energética

La empresa privada entiende la complejidad. Alcoa planea reducir el 30% de emisiones de CO2 en 2020, en comparación con sus emisiones en 2005. General Motors planea reducir en 20% sus emisiones respecto del año 2011. En EE UU el consumo energético en 2015 fue 2,5% inferior al de 2008. Pero la economía ha crecido más del 10% y también la creación de empleo.

En EE UU el sector de producción eléctrica es el más contaminante en CO2 y será transformado debido a la dinámica del mercado. En 2008, el gas natural producía el 21% de la energía eléctrica de EE UU. Ahora produce el 33%, un aumento debido a un desplazamiento causado por un gas natural menos contaminante que el carbón, un gas CH4 en la actualidad, de bajo coste. Esa situación continuará y EE UU producirá menos electricidad con carbón.

Los costes de la energía renovable han caído entre 2008 y 2015. La eólica ha descendido el 41%, y la solar fotovoltaica de tejado el 64%. Según Bloomberg, de New Energy Finance el año 2015 ha sido excelente en inversión de renovables, que ha atraido un capital doble en comparación con la inversión en combustibles fósiles. Los avances en tecnologia y las fuerzas del mercado impulsan el despliegue de las renovables. La electricidad eólica y solar fotovoltaica cuesta menos que la electricidad procedente del carbón. Y no tenemos en cuenta los subsidios para las renovables.

Por ejemplo Google ha cerrado un gran contrato y a largo plazo con los productores de energía renovable a partir de 2017. El sector eólico y fotovoltaico en EE UU empleaba a 360.000 americanos en comparación con los 160.000 empleados en la generación eléctrica a base de carbón. Los Estados Federales que han escogido las renovables cuentan con el 41% de la población. En el Estado de Texas la producción de energía limpia en 2015 era el 12% de la producción. En Iowa la eólica es el 32% en 2015, pero en 2008 era solamente el 8%.

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El sol nos envía su energía sin cables.

Después del Acuerdo de París, 110 paises, que representan el 75% de las emisiones globales, acordaron reducir la contaminación y cambiar el clima porque el momento es irreversible, pero hacen falta décadas. No es posible cambiar el clima aprisa. Para que sea realidad el Acuerdo de Paris el aumento de temperatura no debe exceder 2 °C y la mitad de los países lo conseguirá. Pero la inversión privada necesaria es de mil millones de euros. Casi igual que el Producto Interior Bruto de un año en España. Es razonable cambiar el clima, el calentamiento, y gastar poco carbón en generar electricidad pero es más urgente atender a los 1.300 millones de personas que en 2017 carecen de energía eléctrica.

Vivir en la oscuridad

La propagación de energía eléctrica sin cable es una realidad, que no resuelve la pobreza energética. Los relámpagos y rayos de la tormenta atmosférica son transmisión de energía, la luz solar da energía al campo fotovoltaico. En acústica, un altavoz también comunica su energía a corta distancia. Sin cables. Pero hay 1.300 millones de personas que viven en la oscuridad.

En el ecuador terrestre hoy hay una serie de países en desarrollo en donde usan la electricidad menos del 50% de personas.

  • Porcentaje de personas a oscuras de noche en el mundo: Nigeria 55%, Etiopia 76%, Congo belga 85%, Tanzania 75%, Kenya 81%, Somalia 87%, Angola 64%, Burundi 88%, Zambia 70%, Malawi 92%, Zimbawe 56%, Madagascar 85%, Sudan 64%, Niger 83%, Burkina Faso 83%, Guinea Bassau 83%, Ivori Coast 70%, Uganda 88%, Swaziland 73%, Lesoto 73%.

La mayor parte de la electricidad producida en esos países procede del carbón, con emisión de C02 a la atmósfera. Diversas revistas científicas han publicado sobre el tema: Physicsweb, Science, etc. La BBC en 2016.

Según el Dr Marin Soljacic, del MIT —Massachussets Institut of Technology de EE UU— dos objetos resonantes en la misma frecuencia tienden a acoplarse entre sí con intensidad y con una eficiencia del 40%. Hasta ahora los sistemas que usan radiación electromagnética, como las antenas de TV y Radio, no han servido para la transferencia eficaz de energía porque la esparcen en todas direcciones desperdiciando grandes cantidades en el espacio. No es el caso de las antenas de telecomunicación, de la red de TV e informática, que emiten con un ángulo muy estrecho hacia su objetivo.

Un pionero: Nikola Tesla

Nikola Tesla fue el gran científico que se ocupó de este problema. Fue el primero en estudiar la transmisión de energía sin cables. Gran inventor europeo que falleció en New York en 1 de enero de1943, su trabajo lo describió en ‘My inventions’, que aprovechamos aquí. Según él, su mejor invento fue la corriente alterna, para completar el invento de la corriente continua (CC) de Thomas Edison. Esa corriente precisaba de estaciones repetidoras cada pocos km, debido a sus escandalosas pérdidas. No era la solución para iluminar al mundo. Y, sin embargo Edison, consiguió convencer al mundo de que la corriente contínua era la solución.Thomas Edison ayudó en 1901 a la creación de la silla eléctrica con la corriente contínua.

La corriente alterna, que Nikola Tesla llamaba ‘mi corriente alterna’, puede enviarse a miles de km de distancia. Para ello hay que aumentar su voltaje y así disminuir la intensidad, los Amperios. Mandarla por cable y, luego en su destino, volver a bajar su tensión mediante un transformador vulgar. Fácil, rápido. Nikola Tesla inventó también el motor polifásico de inducción que transmite energia sin cable. En él hacemos girar el rotor sin contacto físico sobre él.

Las grandes ventajas de la corriente eléctrica alterna (CA) consisten en intercambiar la corriente por el campo magnético que crean y viceversa mediante un transformador. El transformador no es más que un rollo de cable eléctrico alrededor de un núcleo metálico. El primer rollo de cable, llamemos ‘primario’, genera a partir de la CC un campo magnético que es recogido y transmitido al 2º rollo de cable eléctrico, que llamaremos ‘secundario’. Aquí se produce un efecto inverso, el campo magnético se convierte en energía eléctrica alterna, según el número de vueltas que hayamos dado al cable secundario, la intensidad aumentará o disminuirá, de conformidad con las necesidades del consumidor. Tesla creó la Unidad de medida del campo magnético, la B, cantidad de flujo. Tesla también inventó la dinamo para generar la CA. Ese transformador muestra la generación de electricidad sin cables: Nikola Tesla construyó con plancha de cobre un huevo que él llamó ‘el huevo de Colón’. Dentro del transformador el huevo gira y el inventor logró pararlo sin tocarlo y prácticamente sin rozamiento.

No hacía más que emular el poder de la Naturaleza generando chispas eléctricas. El gran poder de los rayos que pueden derribar un árbol. El transformador atmosférico secundario de la nube aérea eleva el voltaje a tal intensidad que el aire, una masa aislante, ya no puede parar la electricidad y llega al suelo el rayo, para derribar el árbol. Es la transmisión de energia eléctrica sin cable.

Para lograr una acumulación necesaria de energia eléctrica ya no basta con un transformador ordinario sino que hay que utilizar circuitos resonantes de alta frecuencia, con condensadores y bombillas de alta tensión. Para ello Tesla inventó’la bobina de Tesla’ de 60 m de altura en New York: Nikola y sus ayudantes enterraron parcialmente en tierra, a pocos metros de la bobina de Tesla decenas de bombillas en el terreno circundante, que es un conductor eléctrico débil. Las bombillas sin utilizar cables ni ningún tipo de conector se iluminaban aprovechando simplemente la diferencia de potencial entre el suelo y el aire ionizado por la alta tensión, creada en la cúpula de la Bobina de Tesla, de cientos de miles de voltios. Esta bobina no se limitaba a crear la alta tensión sino que enviaba señales electromagnéticas para la transmisión gratuita de voz, música incluso de imágenes. Algo maravilloso y, sin embargo, gratuito.

Tesla tuvo muy en cuenta la conductividad eléctrica del planeta Tierra, que podría servir como hilo de retorno, al enviar por cable una señal.

Hay que añadir las demostraciones públicas que realizó Tesla al dirigir y propulsar un barco sin piloto e incluso un submarino, mediante un mando a distancia inalámbrico. Algunos entendieron que el control se realizaba mediante un circuito eléctrico situado en el barco y sintonizado exactamente a las vibraciones eléctricas, del tipo adecuado; vibraciones que se transmitian desde un oscilador eléctrico situado en el mando. El oscilador influía en imanes y otros elementos de control del barco.

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El aire es un aislante eléctrico que impide el avance del electrón.

Guillermo Marconi

Marconi trabajó con Nicola Tesla y también estudió la transmisión de energia eléctrica sin cables. En 1897 realizó el primer radiotransmisor que permite al emisor enviar una señal acústica al receptor, sin cable. En 1899 fundó la primera emisora de radio.

Tesla no tuvo éxito pero Marconi sí. Las señales eléctricas de Tesla tenían una frecuencia muy elevada en comparación con la radiofrecuencia de Marconi. Eso tenía que ocurrir si tenemos en cuenta las condiciones de propagación de la baja atmósfera y de la ionosfera. Pero el financiador de Nikola Testa, el banquero J.P.Morgan, no creyó en el invento y cesó en su apoyo económico. Un fracaso.

Con el método de transmitir señales a la proximidad no podemos aspirar a la transmisión a gran distancia, que supone unas intensidades y voltajes inadmisibles.

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Hay sistemas ópticos de concentración que permiten el transporte de energía sin pérdidas.

¿Resonancias para eliminar el cable?

En 2017 los científicos estudian objetos no radiactivos con las llamadas resonancias de larga vida. Cuando se aplica energía a estos objetos ésta permanece ligada a ellos y no se escapa al espacio. Así la energía pasa del emisor al receptor como a través de un túnel.

En la actualidad Marin Soljacic y su equipo del MIT han conseguido llevar a la práctica su idea, aludida ya al comienzo de este artículo. Para ello fabricaron dos antenas de cobre, con forma de anillo. Conectaron una de ellas a una fuente de suministro eléctrico mientras que la otra fue conectada a una bombilla de 60 vatios, situada a sólo dos metros de distancia de la primera. En lo que llamamos Corriente alterna (CA) la intensidad, voltaje y dirección varian constantemente, cíclicamente. Esa CA fluye a través de la primera antena y se produce un campo magnético que se acopla por resonancia con la segunda antena, dando lugar a una corriente que ha permitido que la bombilla emita luz con una eficiencia de transmisión del 40%.

Esas antenas del experimento tienen un diámetro de 50 cm y los científicos planean versiones más reducidas del mismo sistema, para aplicar a dispositivos portátiles de reducida dimensión y sin que haya pérdidas de eficiencia energética.

En el siglo XIX el físico e ingeniero serbio Nicola Tesla experimentó por primera vez la transferencia electrónica sin cables. No lo consiguió por el peligro de los campos electromagnéticos que se originarían con dicha red. Otras propuestas más recientes han devuelto el interés científico por el tema. Es el caso de la empresa británica Splashpower, que ha diseñado cargadores inalámbricos basados en la inducción electromagnética a los que se pueden conectar directamente teléfonos y equipos de MP3. Buscamos una solución universal sencilla que nos permita liberarnos de la molestia del amasijo de cables.

El sistema de Soljacic podría tener aplicaciones en medicina, con implantes electrónicos que no precisen los incómodos cableados para muchas personas.

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