Ecoenergia sense límits.

La Terra té els seus límits, tal com demostra la crisi climàtica. Amb la creixent extinció d’espècies i l’escombratge dels oceans (i fins i tot de l’espai) com a resultat de l’activitat humana, els governs i les institucions de tot el món defensen el concepte d’economia circular. 

Tancant els cicles de materials, s’eviten els impactes ambientals associats a l’extracció de matèries primeres i es resol el problema dels residus. Aquest enfocament, però, no és suficient per construir una societat sostenible per si mateixa, ja que deixa obertes les preguntes sobre la quantitat i la rapidesa amb què es poden circular els materials i quina energia s’utilitza per alimentar aquests cicles. Al cap i a la fi, en una societat realment sostenible, no només els fluxos de materials sinó també els fluxos d’energia han de romandre dins dels límits establerts pel planeta.

Una pregunta clau és si hi ha prou energia renovable disponible a nivell mundial per gestionar de manera sostenible els fluxos de materials sense violar les fronteres planetàries. Aquesta qüestió està sent investigada per un equip dirigit per Harald Desing.

Com a sistema, la Terra només intercanvia energia amb l’espai. Amb gran diferència, la major part de l'energia aportada al sistema de la Terra és la radiació solar, complementada per aportacions menors del moviment planetari i l'energia geotèrmica. Aquests fluxos d’energia sempre havien estat utilitzats íntegrament per la mateixa Terra. Han alimentat els seus nombrosos subsistemes, com ara els oceans, l'atmosfera i els boscos, però també les superfícies reflectants de gel.

La majoria d’aquests subsistemes converteixen l’energia entrant en altres fluxos d’energia renovable, per exemple, corrents eòlics i d’aigua o producció de biomassa. En aquestes conversions, l’energia lliure, anomenada "exèrgia", s’extreu dels fluxos d’energia entrants. Independentment de si es produeixen conversions d’energia al sistema natural de la Terra o a la tecnosfera creada pels humans, tota l’energia es radia de nou a l’espai.

Els parcs solars també poden canviar el clima, és una qüestió d’escala

A mesura que la humanitat desvia cada cop més els fluxos d'energia renovable a les seves activitats, les parts disponibles per al sistema terrestre es redueixen. El sistema terrestre pot compensar aquestes interrupcions fins a cert punt. No obstant això, si són massa grans, augmenta el risc de superar els anomenats "punts d'inflexió". Això comportaria canvis ràpids i irreversibles en el sistema terrestre, com la fusió dels casquets polars, que al seu torn acceleraria el canvi climàtic. Per tal de no superar aquests punts d'inflexió, la mida de la superfície ocupada no ha de superar el límit planetari. Més enllà de l’escala, la forma d’utilitzar la terra també és crucial: les plantes solars en lloc dels boscos, alteren la biodiversitat, l’evaporació i, per tant, el cicle de l’aigua, la radiació de calor cap a l’espai i molt més.

Els mateixos límits superiors per a l’ocupació de la terra no només s’apliquen per a l’ús directe de l’energia solar, sinó també per a la collita de l’anomenada energia química, és a dir, a l’agricultura i la silvicultura, que produeixen aliments i farratges, materials per a la calefacció, combustibles i materials de construcció. La producció d’energia tècnica competeix amb la producció d’aliments en moltes superfícies.

L'electricitat com a "moneda universal"

Per tal de poder comparar o sumar els diferents potencials de l’energia renovable, els investigadors de l’Empa els han convertit en equivalents d’energia elèctrica. Per fer aquesta conversió, s’utilitzen en els càlculs les eficiències de les tecnologies de centrals elèctriques disponibles avui en dia. Es diferencia si l’electricitat es genera a partir de l’energia solar, la fusta o l’energia hidràulica. Aquestes pèrdues de conversió redueixen encara més la possible collita d'alguns potencials.

El resultat de l’estudi és sorprenent: el 99,96 % de l’energia que arriba a la Terra des de l’espai es necessita per alimentar el sistema terrestre i la producció d’aliments, per tant només es pot utilitzar tècnicament el 0,04 %. Tot i això, aquest potencial encara és deu vegades superior a la demanda energètica mundial actual.

Un altre resultat, en canvi, resulta poc sorprenent a l’hora d’analitzar les pèrdues de conversió: és preferible collir i utilitzar l’energia disponible mitjançant la conversió directa d’energia solar. Al cap i a la fi, gairebé tots els recursos energètics renovables, inclosa la producció eòlica, hidroelèctrica i de biomassa, són alimentats finalment pel sol. L’ús directe de l’energia solar significa menys passos de conversió i, per tant, menys pèrdues.

Fotovoltaica a totes les superfícies segellades

Gran part de l’energia del sol es podria recollir d’una petita porció dels deserts de la Terra, però això és un  repte tècnic i logístic. Per tant, l’equip de recerca del Technology and Society Lab considera que l’energia solar recollida a les zones desèrtiques és una reserva d’energia global en cas que s’esgotin totes les altres possibilitats.

Com a conseqüència, les societats haurien de començar a utilitzar superfícies ja segellades a tot el món, per exemple, sostres i façanes d'edificis, carreteres, ferrocarrils i aparcaments. Aquesta àrea seria suficient per alimentar una societat global de 2.000 W.

Tot i això, per elevar la demanda energètica mundial al nivell de la demanda per càpita actual a Suïssa, també caldria utilitzar zones desèrtiques. La resta de fonts d’energia (per exemple, eòlica o biomassa) són ordres de magnitud menors que l’ús directe de l’energia solar, i alguns recursos ja estan en excés. Tot i això, poden jugar un paper significatiu a nivell local, sobretot perquè poden reduir la necessitat de capacitat d’emmagatzematge, un problema que no s’ha considerat a l’estudi.

La simple construcció de plantes solars en massa soluciona el problema energètic? Per descomptat, no és tan senzill. En el seu estudi, l'equip d'Empa només va examinar el primer pas: calcular el potencial energètic disponible. La quantitat real d’energia disponible serà menor: els factors limitants inclouen la disponibilitat de matèries primeres, però també capital financer i humà, els impactes ambientals durant l’extracció o producció de matèries primeres, l’explotació i l’eliminació de les plantes i la necessitat d’infraestructures addicionals per a l’energia distribució i emmagatzematge.

Actualment, l’equip d’investigació està explorant com podria ser aquesta via d’un fòssil a una societat solar. El sistema d’ energia solar no només ha de ser prou gran per satisfer la demanda mundial, sinó que també ha de ser capaç de substituir el sistema de combustibles fòssils amb la suficient rapidesa per evitar la catàstrofe climàtica a temps.

Font: Laboratoris Federals Suïssos de Ciència i Tecnologia de Materials