Entrevistamos al doctor Benjamín Scharifker, ciudadano no solo científico sino humanista, que ha destacado en su rol como investigador y por su dedicación a la formación de profesionales y en la rectoría de prestigiosas instituciones universitarias. Su trayectoria nos brinda la oportunidad de ampliar el conocimiento sobre los últimos avances en inteligencia artificial y nuevas tecnologías en materia de energía.
La diversificación energética
Hoy día, las grandes compañías energéticas están diversificando su portafolio de productos, integrando un mix, aparte de petróleo y gas, que incluye energías renovables como la eólica, solar, fotovoltaica y mareomotriz. ¿A qué se debe esta transición estratégica hacia un mix energético?
Las mayores empresas petroleras diversifican sus operaciones para adaptarse a un mercado energético cambiante en el que las renovables y la eficiencia energética adquieren importancia. Varios factores motivan la transición energética. Por un lado, el cambio climático. Para limitarlo, en ese sentido se quiere frenar la emisión de gases de efecto invernadero mediante la eliminación progresiva de los combustibles fósiles y la transición hacia fuentes de energía limpias. Otros factores primordiales son la sostenibilidad y la seguridad energética, dado que los combustibles fósiles son recursos finitos que no están disponibles en todas las regiones del mundo y su extracción y uso involucra riesgos de contaminación de agua y aire, y alteraciones del ambiente que provocan deshielo y desertificación. La transición energética por el otro lado está impulsada por el desarrollo de las energías renovables, como la solar fotovoltaica, la eólica y los biocombustibles, que se suman a otras tecnologías maduras como la hidroeléctrica o la geotérmica, para la descarbonización de la energía. También la descarbonización de la economía generada por la electrificación del transporte y la industria es otro factor impulsor de la transición energética.
El almacenamiento de energía e hidrógeno:
En el contexto de esta transición, muchos países, con el apoyo de expertos y empresas energéticas, están desarrollando sistemas de almacenamiento de energía e hidrógeno verde y azul. ¿Cuál es el propósito y la importancia de estos proyectos de acopio de energía a gran escala?
El hidrógeno es un vector energético versátil para la descarbonización de sectores difíciles de electrificar, como la industria pesada y el transporte marítimo y aéreo. Juega por tanto un papel crucial en la transición energética. El hidrógeno azul proviene de la reformación del gas natural con vapor. Este proceso produce también dióxido de carbono, que se captura y reutiliza en la producción mejorada de petróleo reduciendo significativamente las emisiones contaminantes. El hidrógeno verde por su parte se produce con electricidad eólica o solar fotovoltaica mediante la electrólisis de agua en un proceso completamente libre de contaminantes. El uso final del hidrógeno no produce emisiones, solo agua. Se lo puede almacenar, transportar y utilizar para generar electricidad, calor, o como materia prima en la industria química. Constituye por tanto un elemento clave en la integración de las energías renovables y el logro de la neutralidad de carbono.
¿Podría explicarnos el proceso de desarrollo de estos sistemas de almacenamiento? Y, ¿a qué sectores productivos de la sociedad benefician principalmente?
Más allá del beneficio ambiental al no generar residuos, subproductos peligrosos ni gases contaminantes o de efecto invernadero; el hidrógeno presenta también enormes ventajas en su rendimiento. Como combustible tiene una de las mayores densidades energéticas, pudiendo almacenar y liberar una cantidad de energía por unidad de masa mucho mayor que la de los combustibles fósiles. Además, las celdas de combustible son más eficientes que los motores de combustión o las turbinas térmicas convencionales, convirtiendo un mayor porcentaje de la energía del combustible en electricidad utilizable y reduciendo el desperdicio de energía. Aparte de su utilidad para la generación de electricidad, la calefacción y el almacenamiento de energía renovable, el hidrógeno beneficia principalmente a los sectores del transporte y la industria. En las agroalimentarias para la producción de fertilizantes (amoníaco) y la hidrogenación de aceites y grasas, en las industrias químicas y petroquímicas para la producción de metanol, el craqueo y la desulfuración de petróleo, igualmente interviene en la industria del cemento, la siderurgia, la producción de metales y otras industrias.
El potencial de Venezuela:
Desde su perspectiva, ¿qué potencial tiene Venezuela para desarrollar estas nuevas energías limpias, en paralelo con la recuperación de la industria del petróleo, el gas y la petroquímica?
El desarrollo de las energías limpias y la recuperación de la industria de petróleo, gas y petroquímica no se excluyen entre sí, se complementan. En Venezuela hemos acumulado en las últimas décadas enormes déficits en la provisión y acceso a la energía eléctrica. Pudiéramos superar esta muy grave carencia proporcionando electricidad a centros urbanos y localidades remotas mediante la generación distribuida de energía eólica y solar, reduciendo con ello las enormes inversiones que se necesitan para transportar a lo largo y ancho del país la energía eléctrica producida en las centrales hidroeléctricas y termoeléctricas convencionales. Debido a que estamos en el trópico y gracias a nuestra topografía, nuestro potencial para la generación de energías limpias solares y eólicas es enorme y supera en varios órdenes de magnitud la capacidad instalada de generación hidroeléctrica y térmica.
Considerando ese potencial, ¿cuáles estados de Venezuela podrían ser idóneos para la producción de estas energías y cuál es su capacidad de producción estimada?
Si consideramos solo Margarita, Paraguaná y la Guajira, donde la velocidad media del viento supera los 20 km/h y se han realizado proyectos que demuestran su viabilidad, el potencial de generación de energía eólica se estima en más de 100 GW, muy superior a la capacidad instalada de energía hidroeléctrica en la región de Guayana, alrededor de 35 GW. El potencial de la energía solar es aún mayor, más del doble que el de la energía eólica, sobre todo en las zonas costeras y los llanos centrales donde los niveles de insolación son mayores que en otras regiones del país.
¿Podría explicarle al ciudadano común qué son baterías y celdas de combustible, su funcionamiento y qué empresas están desarrollándolas?
Las baterías son dispositivos con una o más celdas electroquímicas que almacenan la energía en forma química y la convierten en energía eléctrica generando corriente mediante una reacción química. En cada celda hay dos electrodos separados por un electrolito a través del cual se desplazan partículas cargadas llamadas iones.
A las baterías de un solo uso se las llama primarias, las recargables se conocen como baterías secundarias y se las emplea en computadoras, teléfonos celulares, vehículos eléctricos y sistemas de respaldo eléctrico. En Venezuela se fabrican las baterías secundarias de plomo-ácido que se usan para arrancar vehículos de gasolina o diésel y en los sistemas de respaldo energético UPS, entre otras aplicaciones. Se producen con tecnología competitiva y calidad comparable a las fabricadas en otras partes del mundo.
Otras baterías secundarias de uso muy extendido en la actualidad son las de ion litio, que funcionan desplazando iones de litio insertados en la estructura de un electrodo de grafito hacia otro electrodo (de dióxido de litio y cobalto, dióxido de litio y manganeso, o fosfato de hierro y litio) que los admite. Durante la descarga los iones de litio viajan desde el grafito al óxido o fosfato metálico mientras la batería proporciona una corriente eléctrica con un voltaje de 3 a 4 V, y durante la carga recorren el camino inverso. Este proceso es reversible, se puede repetir muchas veces y por ello las baterías de ion litio admiten muchos ciclos de carga y descarga.
Las celdas de combustible también están hechas con dos electrodos separados por un electrolito, pero a diferencia de las baterías no almacenan carga, sino que consumen hidrógeno para generar energía. Uno de los electrodos, en contacto con el aire, toma electrones del circuito externo para que el oxígeno reaccione con agua del electrolito acuoso y forme iones hidroxilo (OH–). Estos iones viajan por el electrolito hacia el otro electrodo donde está el combustible, hidrógeno, entregando electrones al circuito externo mientras reacciona con los hidroxilos formando agua. La celda de combustible de hidrógeno entonces produce agua mientras genera corriente eléctrica con un voltaje cercano a 1 V.
Una variedad de empresas norteamericanas, europeas y asiáticas las fabrican con distintos propósitos. Algunas producen celdas de alta potencia para aplicaciones marinas y almacenamiento de energía, otras se especializan en sistemas de potencia estacionarios para uso industrial y comercial, para edificios residenciales y de oficinas. Distintos fabricantes de automóviles, como Hyundai, Toyota, General Motors y Honda, las desarrollan y producen para impulsar sus vehículos. Por el otro lado están también las empresas belgas, noruegas, alemanas, norteamericanas y del lejano oriente que fabrican electrolizadores para la producción de hidrógeno verde.
¿Es factible que en Venezuela se produzcan? ¿Qué se necesitaría para hacerlo?
En Venezuela tenemos ventajas comparativas y competitivas que nos colocan en posición muy favorable para fabricar ciertos tipos de baterías. Los crudos de la faja petrolífera del Orinoco contienen cantidades importantes de vanadio que permanecen y se concentran en el coque residual que resulta del craqueo y refinación del crudo pesado.
Hemos desarrollado tecnologías para separar y recuperar el vanadio de los enormes depósitos de coque acumulado, hoy en día un pasivo ambiental. Los iones de vanadio tienen la característica de poder existir en solución líquida en cuatro estados de oxidación. Esto permite construir una batería redox con dos electrodos de carbono porosos, sumergidos en tanques que contienen soluciones ácidas de vanadio capaces de cambiar de estado, conectadas mediante una membrana que las separa permitiendo el paso de protones. La batería redox de vanadio se carga mediante una corriente eléctrica proveniente de una fuente de energía externa, que aumenta el estado de oxidación de los iones de vanadio de +4 a +5 en uno de los tanques y los reduce de +3 a +2 en el otro. Durante la descarga la corriente fluye en el sentido inverso y se recupera la condición original de la batería. En las baterías redox de vanadio, la cantidad de energía almacenada depende del volumen de los tanques y la potencia que pueden entregar depende del área de los electrodos y la membrana, y ambas son escalables en forma independiente. Además, tienen una vida útil prolongada que supera la de otras tecnologías como las baterías de litio, son seguras, de muy baja toxicidad, y eficaces para el almacenamiento de grandes cantidades de energía y la nivelación de cargas en sistemas de potencia eléctrica. Son por tanto convenientes, económicas y viables para almacenar la energía de fuentes limpias intermitentes como la solar y la eólica, garantizando el suministro constante y fiable de la energía. Tenemos en Venezuela la materia prima, la tecnología para producirlas existe, solo necesitamos de la disposición para hacerlas.
Finalmente, ¿cuáles son las ventajas de la producción de baterías y celdas de combustible? Y ¿cuáles son sus principales aplicaciones en el panorama energético actual?
Las baterías y las celdas de combustible ofrecen enormes ventajas en cuanto a eficiencia energética y reducción de emisiones contaminantes, y al no tener partes móviles operan además en forma silenciosa. Las celdas de combustible pueden suministrar energía en forma continua mientras se les suministre combustible (hidrógeno) y oxidante (aire), por lo que son confiables para el suministro constante de energía, y además proporcionan alta potencia en relación con su tamaño y peso.
Ambas son escalables, lo que las hace adecuadas para generación de energía a alta o baja potencia para usos estacionarios o móviles, y encuentran aplicación en vehículos eléctricos e híbridos, para el transporte pesado, proporcionando energía de respaldo para edificios, centros de datos y plantas industriales, para alimentar estaciones de telecomunicaciones y otras aplicaciones que requieren fuentes de energía independientes fuera de la red, para recargar dispositivos electrónicos prolongando su autonomía, también en satélites artificiales, estaciones espaciales y aplicaciones militares por su alta eficiencia y confiabilidad.
Las opiniones expresadas por el Dr. Scharifker son de su autoría y responsabilidad, y no reflejan necesariamente la postura o posición de PDVSA Ad Hoc.
