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Construyendo el nuevo orden

Escrito por Pablo González y Pedro Nonay, tratando de entender como se construirá el nuevo mundo.

Nota 9

Materias primas – Energía solar 


8 septiembre 2023



Mi selección de contexto nuevo.

Las noticias recientes que he seleccionado para pensar en los cambios de contexto son:

  • A finales de agosto se ha celebrado en Sudáfrica una cumbre de los países BRICS. Uno de los temas fundamentales ha sido la incorporación de más países a ese grupo (queda bien resumido en el siguiente gráfico de éste artículo)
Mapa

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  • Es de resaltar la unión al grupo de Argentina, así como la de los Emiratos Árabes Unidos y de Arabia Saudí. Desde luego, continúa el “fichaje” de países por el bloque chino, mientras el bloque occidental trabaja poco en eso.

    También es importante decir que, tras esos fichajes, el bloque BRICS + ya representa el 30 % del GDP mundial; el 46 % de la población; y el 43 % de la producción del petróleo (se ve muy gráficamente aquí). Y hay serias amenazas al poder del dólar en el comercio internacional (lo desarrollan bien aquí).

    Es importante darse cuenta de la velocidad a la que van los cambios en lo del nuevo orden, en este caso, a través de los BRICS.
  • Ha habido otro golpe de estado. En este caso en Gabón (noticia aquí). No deja de ser otro ejemplo de que China – Rusia siguen trabajando en el mercado de “fichaje” de países.

    Hay que tener en cuenta que Gabón es un país relevante en la minería de manganeso, que es esencial para las nuevas energías (noticia aquí). 
  • Nos dicen que ha muerto Prigozhin en accidente de aviación (noticia aquí). Tardaremos mucho en saber si es verdad que ha muerto, o si es un teatro para hacerle desaparecer de la escena. En cualquier caso, habrá que ver si su grupo Wagner sigue funcionando (aunque sea en la clandestinidad), o si se disuelve de verdad.

*****



Algún país cambiará de bloque.

Como dije en la nota anterior, estoy intentando identificar a los países que Occidente debería intentar atraer a su bloque para solventar sus carencias en materias primas.

En aquella nota lo estudié por causa de las necesidades para los coches eléctricos.

Ahora lo veré desde el punto de vista de la energía solar. Menciono la precisión de que lo que escribo abajo es para el caso de aplicar, exclusivamente, la energía solar fotovoltaica. Ya sé que hay otras alternativas, pero he querido centrarme en ese caso como ejemplo extremo.

La energía solar que llega a la tierra.

Busco los grandes números (con sus errores) para intentar saber si sería posible suministrar toda la energía que consumimos los humanos con paneles solares fotovoltaicos.

La primera respuesta es que sí se puede. Otra cosa es que tengamos suficiente materia prima, espacio, y dinero, para construirlos y ponerlos en funcionamiento. Y otra es que, al hacerlo, no alteremos el equilibrio ecológico de la tierra por restar esa radiación solar a fenómenos naturales necesarios para ese equilibrio.

El mejor resumen que he encontrado es que la cantidad de energía que llega cada hora a la superficie de la Tierra es mayor que la cantidad de energía utilizada por la población de la Tierra durante un año entero (se puede ver aquí, al final del artículo). El resultado es que, si aprovechamos el 0,02 % de la energía solar que llega a la tierra, podemos dar servicio a todos los consumos energéticos humanos. Por tanto, se puede decir que es viable (de sobra) que los humanos nos abastezcamos exclusivamente de energía solar. Eso sí, hay que tener en cuenta varios asuntos que trato a continuación.

Datos y limitaciones.

En primera aproximación, es fácil conocer la energía emitida por el sol, y la que nos llega, en base a la distancia entre el sol y la tierra.

Lo que ocurre es que, ese número no es el que podemos utilizar, porque hay absorción y dispersión en la atmósfera, y porque afectan las nubes, la contaminación, la latitud, y la temporada del año y hora del día. Para quien quiera profundizar y perderse en los grandes números, hay datos interesantes aquí, y aquí. El resumen es el que he expuesto en el apartado anterior.

Además, hay que evitar el quitarle a las plantas su “alimento energético”, que es la fotosíntesis. Y, aunque sea menos intuitivo, también hay que evitar quitárselo a los vientos y a las corrientes marinas, ya que ambos se producen por efectos del calentamiento distinto en unas zonas que en otras.

Y, hay que tener en cuenta el famoso “efecto invernadero”.



El efecto invernadero.

Para quien no esté familiarizado con el asunto, ese nombre del efecto le parecerá algo muy malo, y le sonará a contaminación.

No es así. El efecto ha existido siempre, y es la base por la que la tierra es habitable.

Lo que ocurre es que la tierra recibe energía del sol, y también “emite” energía (la que le sobra). La atmósfera se encarga de “bloquear” la salida de parte de esa energía, por lo que esa energía que “no sale” hace que la tierra esté un poco más caliente, … y permita la vida.

Diagrama

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El resultado es que, con el efecto invernadero “normal”, la temperatura media de la tierra es de 14 º C, y si no existiera ningún efecto invernadero, sería de -18 ºC (se puede ver aquí).

Es decir, el efecto invernadero “normal” es bueno, y necesario para nosotros. Lo malo es “cambiarlo” (a más, o a menos). Es de eso de lo que se acusa al CO2 (tal vez un poco exageradamente). Y, desde luego, esos cambios no nos convienen.

He hecho este inciso para apuntar una posibilidad que me suena graciosa. Se trata de que, si ponemos en funcionamiento tantísimos paneles solares como para abastecer toda la energía consumida por la humanidad, estaríamos restando energía sobrante, tanto al efecto invernadero, como a la realmente emitida fuera de la atmósfera.

Para nuestro equilibrio, no nos importa nada lo que ocurra fuera de la atmósfera, además de ser irrelevante para el cosmos lo que emite la tierra. Sin embargo, nos importa mucho mantener el efecto invernadero “normal”.

Podría ocurrir que, con nuestras futuras instalaciones solares, el efecto invernadero “normal” se vea perjudicado. En ese caso llegaríamos a la situación curiosa de que nos obligasen a emitir más gases de efecto invernadero (CO2) de lo normal para compensar lo que le quitamos con los paneles. Sería divertido que nos exigieran montar más centrales de carbón para ello, …

No tengo capacidad para hacer los números fiables de si esa situación se va a dar (se lo dejo a los expertos), pero quería enunciar el asunto, y dejar dicho que no es un asunto menor.



Superficie necesaria de paneles solares.

En el punto anterior he hablado de la energía que llega a la tierra. Hemos llegado a la conclusión de que, con aprovechar un 0,02 % de la que llega, tenemos suficiente.

Una primera conclusión sería que nos basta con cubrir el 0,02 % de la superficie de la tierra para conseguir lo buscado.

Pero, hay que corregir ese número por causa de que, con la tecnología actual, los paneles solares no son capaces, ni de lejos, de aprovechar toda la energía que les llega.

Dependiendo de los fabricantes, y de la inclinación de los paneles, los rendimientos esperables están entre el 15 % y el 20 %, como se puede ver aquí.

Por tanto, cuando decíamos que basta con aprovechar el 0,02 % de la superficie de la tierra, hay que multiplicar esa cifra por 5 (siendo optimistas) para considerar los rendimientos de los paneles. Sería, por tanto, el 0,1 % de la superficie de la tierra (que sigue sin ser mucho).

Pero, tampoco nos vale esa cifra. Esto es porque los paneles solares no captan energía de noche, y captan poca en momentos nublados, … Sin embargo, nuestro consumo es independiente (no del todo, pero bastante) de las horas y del clima.

Esto nos lleva a tener que producir más energía cuando se pueda, y almacenarla hasta que la tengamos que consumir en momentos que no se genera. ¿Cuánto más? Eso va a depender del lugar (no es lo mismo en Alaska que en el Sahara), pero se puede pensar en una media del triple de las necesidades. De lo cual se deriva que hay que cubrir el 0,3 % de la superficie del planeta (sigue sin parecer excesivo, aunque ya es grande).

Y, tampoco esa cifra es correcta, porque hay que pensar en las pérdidas que va a haber en las baterías, y en el transporte de la energía. Esas pérdidas vuelven a depender mucho de las circunstancias locales, pero de media, y sumadas ambas, se puede pensar en un 70 % de pérdidas (no es broma). Es decir, hay que multiplicar otra vez por 3.

Lo que nos da un 1 % de la superficie del planeta (ya sé que las multiplicaciones que hago no son exactas, pero, con el nivel de aproximación que estoy teniendo, los números gordos son los importantes).

Como la superficie del planeta es de unos 510 millones de km2, eso significa que hacen falta unos 5 millones de km2 de placas solares (que no se fabrican en unos días).

Y, si queremos instalarlos sobre tierra (no sobre océanos), dado que la superficie continental es de unos 150 millones de km2, tendríamos que cubrir el 3 % de la superficie continental, lo cual, siendo mucho, podría ser asumible.

Doy el dato de que el desierto del Sahara tiene una superficie de 9, 4 millones de km2. Es decir, con cubrir la mitad del desierto, estaríamos cerca de producir todo lo necesario para la humanidad. Aunque también digo que ese dato es sólo para hacernos una idea de los tamaños, porque el transporte de la energía a todo el mundo desde ahí sería misión imposible.



Conclusión.

En cuanto a capacidad de captación de energía y a superficie de paneles necesarias, por poder, se puede abastecer a toda la humanidad sin consumir excesiva tierra.

Eso sí, sería mejor si encontramos tecnologías más eficaces de paneles, de baterías, y de transporte de energía.

Asunto distinto es el de disponer de materias primas para la fabricación de esos paneles, así como de industrias (dinero) capaces de producirlos.

Por otra parte, cuando estaba terminando de escribir esta nota me ha llegado éste artículo (gracias, Ivo). Lo comparto porque hace un estudio del mismo asunto desde otro punto de vista (aunque centrado en USA). Llega a la conclusión de que, si se usase para paneles solares la misma cantidad de tierra que se destina en USA para producir biofuel (combustible a partir de maíz, que no alimenta, ni de lejos, a todos los coches de USA), se conseguiría alimentar de sobra toda la electricidad consumida por USA.



Materias primas para los paneles solares.

La mayoría de las materias primas usadas en los paneles solares (hablando en peso de los mismos) no está relacionada con la técnica de producción de energía, sino con el material de soporte (aluminio – 85 % del peso), o de conducción de electricidad (cobre – 11 %). Ambos son materiales abundantes, aunque con sus carencias para demanda altísima, pero son sustituibles por no ser esenciales para la tecnología solar. Luego, estos materiales no son el problema.

El material más esencial desde el punto de vista de producción energética es el silicio (básicamente arenas y arcillas) que se usa para las células fotovoltaicas. Es un material muy abundante, luego no hay problema con eso. 

Pero hay una circunstancia curiosa con el silicio, y es que, para obtener desde la arena (SiO2 – dióxido de sicilio) el silicio cristalino necesario, hace falta mucha energía (calentarlo en hornos a 3.000 º C), y el proceso emite CO2 (se puede ver aquí). Es decir, que para producir energía solar que evite el consumo de energías que emiten CO2, la solución de los paneles solares consume energía y emite CO2. Vaya, vaya, … Habría que ver los detalles de cantidades.

En cuanto a las capacidades actuales de fabricación de polisilicio (que son muy inferiores a las necesarias para suministrar en pocas décadas toda la energía consumida por la civilización), resulta llamativo saber que, en Europa, hoy casi todo se produce en Alemania, y que, en 2021, Alemania exportó casi todo a China (datos aquí). No parece una buena situación de partida.

El otro mineral que se usa, en muy pequeñas cantidades (en peso del panel), pero que es muy escaso, es el indio. Respecto al indio, se puede ver aquí, que el principal productor mundial es China, y que se espera que las reservas se agoten en 2050. No son buenas noticias. Así que más nos vale ir avanzando en tecnología que pueda sustituir al indio.



Resultado.

Por lo expuesto, el resultado con respecto a la energía solar es que Occidente tendría acceso a sus objetivos sin necesitar “fichajes” especiales de países para su bloque por cuestión de acceso a materias primas.

El problema de Occidente en este aspecto es el de crear la casi inexistente red de minas, e industrias de producción, a unos costes asequibles. Y hay que tener en cuenta que esas minas e industrias necesitan mucha inversión, así como que consumen mucha energía, emiten CO2, y contaminan (vaya, vaya, …).

Además, Occidente debe centrarse en sustituir el indio para la producción de paneles solares, ya que lo poco que hay está dominado por China.

Por otra parte, ha quedado claro que hacen falta millones de km2 de paneles solares, lo que es una cifra impresionante. Y esos paneles tienen una vida útil de unos 25 años. Si no buscamos otras tecnologías, o no aprendemos a hacer un reciclaje perfecto, construir esa cantidad de paneles cada 25 años es imposible, tanto por disponibilidad de materias primas, como por inversión necesaria.

En relación a las tecnologías que conocemos hoy (incluso las avanzadas), tengo que decir que las generaciones futuras, cuando hablen de nosotros, compararán nuestra energía con lo que nosotros decimos del inicio del homo sapiens, que tan sólo utilizaba el fuego. Dirán de nosotros que somos el paleolítico.



Otras conclusiones.

Los números que he expuesto arriba son para el caso de pensar exclusivamente en los paneles solares fotovoltaicos con la tecnología actual. Lo cierto es que ya hay hoy otras alternativas, como es la energía solar térmica (para producir agua caliente), o las torres de energía solar, que es una tecnología en la que Abengoa era un referente.

Por supuesto, conviene aprovechar todas las alternativas, y hacer un uso de ellas compartido para generar una solución útil.

Eso sí, siempre hay que tener en cuenta la importancia de desmitificar los discursos fáciles sobre las energías renovables.

Además de esas alternativas más o menos conocidas, hay que profundizar mucho en la investigación de soluciones menos comunes. En este caso hay que recordar que nuestras tecnologías actuales están muy lejos de alcanzar el buen rendimiento que tiene la vegetación en aprovechar la energía solar por medio de la fotosíntesis. Si algún día conseguimos imitar a las plantas, no solo tendremos mejores rendimientos, sino que también nos ahorraremos inversión en minas y fábricas, así como sus problemas de contaminación.

Respecto a lo de imitar a la fotosíntesis, hay investigaciones muy interesantes, como puede ser ésta, aunque hay muchas más. Merece la pena profundizar en ese camino,

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Lecturas que me han interesado.

En el proceso de escribir esta nota me he encontrado con muchos asuntos de otras materias. Me gustaría, compartir los siguientes:

  • Me ha gustado ésta entrevista a Louis Gave en Mauldin economics. Entre otras cosas, dice que el 4 % de la población mundial (USA) absorbe el 40 % de los ahorros mundiales para invertirlos en comprar deuda USA. Deuda que se emite para financiar el déficit de USA. Y el déficit se genera usando el dinero para gastos comunes, no en nuevas infraestructuras, … Esto lo pueden hacer por la fortaleza del dólar, pero esa está cayendo. Cuando los ahorros internacionales encuentren otro lugar donde invertir, la financiación de USA se va a poner fea.

    También defiende que no es verdad que China tenga más problemas económicos que USA.
  • Respecto a la deuda de USA, hay un gráfico muy claro aquí).
  • Sobre la transición energética, hay un informe interesante de la Agencia Internacional de la Energía (se puede ver aquí). 
  • Es muy interesante el reciente artículo de Paul Mason donde compara la situación actual de la Guerra con la que se generó con el pacto Molotov – Ribbentrop. Lo hace en un intento de convencer a sus compañeros de la izquierda radical de que abandonen la política de fomentar la paz con entrega de territorios ucranianos a Rusia (se puede ver aquí).
  • China ha recortado tipos de interés. Justo lo contrario que está ocurriendo en Occidente (noticia aquí). Una de las posibles explicaciones es la de que su economía está en problemas. Es la explicación que le gusta a Occidente. Otra posible explicación es que, con eso, va a seguir vendiendo barato a Occidente, lo que hace que la producción de Occidente sea menos competitiva, lo que incrementa los problemas de Occidente.
  • George Friedman tiene un nuevo libro (éste). Es otro más de los que se centran en explicar que nos encontramos en un momento de cambios grandes, de los que ocurren cada mucho tiempo. Ya he citado en notas anteriores otros autores con la misma teoría (que comparto). Lo relevante es que Friedman tiene un respeto muy merecido por su historial de análisis acertados.


Hasta aquí llego por hoy. En la próxima nota creo que trataré el asunto de otras energías.

Como siempre, agradezco comentarios en mi email: pgonzalez@ie3.org

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