Por: Pedro Andrés Sánchez Gutiérrez
Como se sabe, el planeta en cuanto a materia se refiere es un sistema cerrado. En efecto, la materia no se crea ni se destruye y este principio a nivel global (Tierra) no es la excepción. La masa de la Tierra y su atmósfera se mantiene constante en el tiempo. O casi constante.
Sin embargo, con la energía no sucede lo mismo. Estamos “atrapando” mayor energía -en la atmósfera- producto del efecto invernadero, que es causado por los subproductos de nuestras principales actividades para trasladarnos, alimentarnos, cobijarnos y comunicarnos.
¿Cómo ingresa esa cantidad de energía a nuestro sistema de materia cerrado planetario? El sol libera energía en forma de radiación, que viaja como un rayo o en línea recta en todas las direcciones. La energía liberada se conoce como «espectro solar». Dicha energía se compone en gran parte de tres regiones del espectro electromagnético (Garner, 2017):
- Energía ultravioleta (energía de alta frecuencia responsable de las quemaduras en la piel)
- Energía visible (luz)
- Energía infrarroja (calor).
Casi la mitad de la energía solar que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre es absorbida por la superficie del planeta. La radiación solar promedio que impacta la parte superior de la atmósfera es de 340 watts por metro cuadrado; aproximadamente el 29 % es reflejado de vuelta hacia el espacio, cerca del 23 % es absorbido por la atmósfera, y alrededor del 48 % es absorbido por la superficie de la Tierra (Stocker et al., 2013).
En un escenario ideal, donde el sistema energético de la Tierra no estuviese alterado, la energía que se escapa como calor debe ser aproximadamente igual a la que entra como radiación solar; es decir, los 340 watts por metro cuadrado mencionados (Stocker et al., 2013).
Pero, la superficie de la Tierra libera más calor del que recibe del sol. La superficie del planeta libera calor equivalente al 117 % de la radiación solar entrante: aproximadamente 398 watts por metro cuadrado. Aquí es donde los gases efecto invernadero (los subproductos de nuestras actividades mencionados inicialmente) juegan un papel fundamental en la amplificación de la energía solar y la retención de calor (Stocker et al., 2013).
El dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso y el vapor de agua (gases efecto invernadero) son opacos a muchas longitudes de onda de energía térmica infrarroja saliente; bloquean una determinada longitud de onda de energía, la absorben e irradian aproximadamente la mitad hacia la Tierra y la otra mitad hacia el espacio (Stocker et al., 2013).
Parte del calor irradiado hacia abajo es absorbido nuevamente por la Tierra y finalmente se irradia de regreso a la atmósfera. Así es como la Tierra irradia más energía en forma de calor de la que recibe como radiación solar (Stocker et al., 2013).
Este proceso de atrapar e irradiar calor mantiene estable la temperatura de la Tierra. Dicho proceso eleva la temperatura de la superficie 15 °C en promedio. Lo anterior da como resultado una temperatura en la superficie de la Tierra aproximadamente 30 °C más cálida de lo que las temperaturas superficiales serían si el planeta no tuviera atmósfera (NASA Earth Observatory, 2009).
La quema de combustibles fósiles significa que mayores concentraciones de gases efecto invernadero irrumpen en este proceso y desequilibran el equilibrio energético de la Tierra (Dahlman, 2022). Hoy, menos energía promedio sale de la atmósfera de la que ingresa.
Así, las cada vez mayores concentraciones de gases efecto invernadero atrapan alrededor de 3.22 watts adicionales de energía solar entrante por metro cuadrado de la superficie de la Tierra. Si bien la cantidad de energía térmica adicional parece pequeña, tiene un gran efecto en todo el planeta. El resultado es el calentamiento global (Dahlman, 2022).
A finales de 2021, la influencia de calentamiento de los gases de efecto invernadero había aumentado un 49 % por encima de la línea de base de 1990 (Dahlman, 2022).
La Figura 1 muestra la acumulación de los gases efecto invernadero, subproducto de las actividades humanas antes mencionadas, especialmente el transporte y la industrialización, con aumentos pronunciados particularmente tras la Segunda Guerra Mundial, así como después de las crisis financiera de 1982 e inmobiliaria de 2008-2009; también, tras el ingreso de China a la Organización Mundial de Comercio (OMC) en 2001, y recientemente durante la post-pandemia por COVID-19.
Figura 1. Quema global de combustibles fósiles desde la Revolución Industrial. Incluye los derivados del petróleo, gas, carbón y madera. Fuente: Friedlingstein et al. (2020 & 2022), IEA (2022) y Science Media Centre (2022).
Observando el comportamiento de la temperatura superficial en el Hemisferio Norte del planeta, donde está ubicado México, tomando como base la temperatura promedio del periodo comprendido entre 1951 y 1980, en la Figura 2 podemos apreciar la evolución del calentamiento del hemisferio desde entonces a la fecha.
En color azul se han indicado las temperaturas más frías que el promedio mencionado, en blanco las temperaturas medias de dicho periodo y en color rojo las temperaturas más cálidas que las temperaturas medias. Se trata de un tipo de distribución de curva de campana o distribución normal, como comúnmente se conoce.
Como puede verse, con el paso de los años las temperaturas han ido en ascenso. Actualmente, los días extremadamente calurosos son mucho más numerosos (anualmente) que los días más fríos que la media. Ver Figura 2. De hecho, los días extremadamente calurosos son casi 150 veces más comunes que hace 30 años. Estos días extremadamente calurosos ahora cubren más del 200 % de la superficie de la Tierra que solía estar cubierta por dichos eventos durante la segunda mitad del siglo pasado.
Figura 2. Distribución de las anomalías de temperatura superficial en el Hemisferio Norte, Junio-Julio-Agosto. Frecuencia de ocurrencia de anomalías de temperatura obtenida al agrupar todos los resultados locales para la región indicada y el período de 11 años en cuestión. El eje horizontal está en unidades de desviación estándar local y dichas desviaciones corresponden al período 1951-1980. Fuente: Hansen et al. (2012).
A nivel mundial, aproximadamente el 41 % de los gases efecto invernadero proviene de la generación de electricidad y calor a partir de la quema de combustibles fósiles (Parra, 2015). Por ende, es urgente transitar hacia otros mecanismos de producción de electricidad.
Ante este panorama lo esperanzador es que la capacidad de generación de electricidad a partir de la energía solar ha crecido exponencialmente en la última década. La tecnología solar existe desde la década de 1970, pero su capacidad ha aumentado en los últimos años impulsada por la caída de costos, el apoyo gubernamental continuo y la innovación tecnológica. Por ejemplo, en el año 2020 hubo más instalaciones de energías renovables (como la solar mencionada) que adicionales provenientes de combustibles fósiles y energía nuclear juntas, lo que ocurrió por sexto año consecutivo. La energía solar representó casi el 30 % de esta nueva capacidad renovable (Federal Energy Regulatory Commission, 2020).
Además, los principales países emisores de gases efecto invernadero, como China, Estados Unidos e India, están tomando la iniciativa en la instalación de energía solar fotovoltaica a gran escala (REN21, 2020). A finales de 2019, al menos 39 países tenían 1 gigawatt (GW) o más de capacidad solar, en comparación a los 31 países que había en 2018 (REN21, 2020).
En cuanto a la región a la que pertenece nuestro país, es necesario mencionar que la capacidad solar instalada en América Latina y el Caribe aumentó casi cien veces desde 2010, superando los 20 GW en 2020 (Alves, 2021). Asimismo, respecto a los sistemas solares fuera de la red electrificada que brindan acceso a la electricidad a las comunidades rurales así como a las que no están conectadas a la red, a nivel mundial el mercado de estos sistemas creció un 13 % en 2019 (el mayor crecimiento hasta entonces) con ventas por un total de 35 millones de unidades, frente a los 31 millones de unidades en 2018 (REN21, 2020).
Como se ha mencionado, el costo de la energía solar ha disminuido significativamente en las últimas décadas y la tecnología tiene un enorme potencial para volverse aún más barata y generalizada en el futuro. De manera generalizada, el costo de la energía solar fotovoltaica ha caído un 99 % en las últimas cuatro décadas (Chandler, 2018).
Dichos costos han disminuido hasta el punto de la paridad de costos con las tecnologías de generación de electricidad térmica tradicionales (a partir de carbón y el gas natural) (Lazard, 2019). Es importante mencionar aquí que, en sólo una hora, la Tierra recibe más energía solar que la que utilizamos los humanos en un año completo (Harrington, 2015); para ahondar al respecto, un panel solar promedio convierte entre el 17 y el 23 % de toda la energía solar que recibe en electricidad utilizable (Solar.com, 2024). Las buenas noticias son las investigaciones llevadas a cabo en la actualidad que superan los límites de dicha eficiencia, llegando hasta casi el 50 %, con nuevas tecnologías de materiales (DOE/National Renewable Energy Laboratory, 2020).
Al bajar los precios de estas tecnologías, los mercados de celdas solares fotovoltaicas en todo el mundo van en franco aumento. A medida que la energía solar se vuelve más barata, las plantas de carbón que producen electricidad han ido cerrando gradualmente y se continúan implementando políticas gubernamentales a favor de la energía solar en todo el mundo. Y hay países que particularmente están acelerando este progreso (IEA, 2020).
Un caso emblemático es Chile. En 2020, la capacidad solar instalada de ese país alcanzó más de 750 megawatts (MW), casi el doble que el año anterior (IEA, 2020). Por su parte, Colombia ha adjudicado recientemente contratos para nueve proyectos que suministrarán 1,374 MW de electricidad a partir de fuentes eólicas y solares. Lo anterior generará amplias oportunidades de empleo en los próximos años en la región y la mayoría de los proyectos estarán ubicados en regiones históricamente marginadas y precarias en energía (IRENA, 2020b).
Aquí es necesario resaltar el modelo de energía solar de pago por uso (“PayGo”, conocido así en Estados Unidos y Europa), el cual permite a los usuarios finales pagar su consumo de energía y tecnología solar en pequeñas cuotas, evitando así inversiones iniciales restrictivas (IRENA, 2020a). De esta manera, entre 2015 y 2020, alrededor de 8 millones de personas obtuvieron acceso a la energía utilizando productos solares “PayGo” fuera de la red electrificada en el África subsahariana y Asia, y se espera que esa cifra siga creciendo rápidamente debido a su accesibilidad financiera (IRENA, 2020a).
Son muchas más las perspectivas sobre las que se puede ahondar acerca de la expansión de las celdas solares fotovoltaicas para la generación de electricidad; también hay perspectivas esperanzadoras en lo que a energía eólica se refiere, tanto en abaratamiento de costos como en cuanto al crecimiento de sus mercados, en la misma magnitud o mayor incluso que lo mencionado aquí.
Mismas reflexiones pueden realizarse en cuanto al transporte a nivel global: la transición del empleo de combustibles fósiles a electricidad, la capacidad acumulativa de las baterías de los vehículos, etc. Lo que se pretendió con lo aquí expuesto es demostrar que la mitigación de los gases efecto invernadero de manera significativa es tan posible como deseable.
Es menester estar atentos como ciudadanos a las políticas públicas e incentivos fiscales que promuevan en nuestras localidades, estados y país la generación de electricidad a partir de tecnologías que no emitan más gases efecto invernadero; asimismo, que hagan más veloz y eficiente la transición a vehículos de transporte particular y público que tampoco emitan este tipo de gases nocivos para la salud, el ciclo hidrológico y la temperatura en nuestro planeta.
REFERENCIAS
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Dahlman, L. 2022. “Climate Change: Annual Greenhouse Gas Index,” National Oceanic and Atmospheric Administration. Obtenido de: https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-annual-greenhouse-gas-index
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Friedlingstein, P. et al. 2022. The Global Carbon Budget 2022, Earth Syst. Sci. Data 14(11), 4811-4900. doi:10.5194/essd-14-4811-2022. https://essd.copernicus.org/articles/14/4811/2022/
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