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Más de la mitad de la población mundial vive en zonas urbanas, y esta proporción aumentará casi al 70 por ciento para 2050. La demanda de las grandes ciudades de recursos como agua, alimentos y energía plantea, a los investigadores, grandes desafíos en tiempos de cambio climático.
La mayor parte de la energía se consume en ciudades y pueblos. La transformación de los complejos sistemas de suministro de energía es uno de los mayores desafíos de la transición energética global, y quizás el más perceptible para las personas.
Para nosotros, como ciudades y como responsables de sus políticas, creo que es importante que asumamos un rol de liderazgo en transformarnos. Somos muy conscientes de que debemos avanzar hacia una economía que sea, al mismo tiempo, renovable, circular y respetuosa con el clima. En realidad, no tenemos otra opción. Nos queda poco tiempo para salvar el planeta, de modo que debemos hacer todo lo que podamos y lo más rápido posible.
En un lugar que podría convertirse en la primera comunidad climáticamente neutra en los Estados Unidos, se puede observar cómo podría funcionar un suministro de energía sostenible. Lancaster es una ciudad de California con una población de 175,000 habitantes. En 2009, aquí se comenzó con una transformación hacia una economía e infraestructura ecológica. La revolución no fue solo tecnológica, sino sobre todo conceptual.
La tarea de los gobiernos es ayudar a la gente, no detenerla. Antes tomaba al menos 6 meses obtener el permiso para instalar paneles solares en su propio techo. Cuando me enteré de eso, envié un memorándum. Ahora, el permiso se obtiene en 45 minutos, y no habrá problema si eso no se cumple. En la ciudad de Lancaster, la tarea más difícil fue la voluntad de los funcionarios para que busquen razones para decir que sí, en lugar de buscar razones para decir que no.
Cuando empezamos, se reían de nosotros todos los días. Había algo en nuestra página de Facebook, pero a pesar de todo, desarrollamos un modelo para una ciudad de la que el resto del mundo también podrá aprender algo. Cuando finalmente abran los ojos, en el camino hemos ganado más dinero del que puedan imaginar. La energía alternativa es rentable, y lo es enormemente.
El alcalde Paris comenzó a instalar paneles fotovoltaicos en todos los edificios públicos y a utilizar la electricidad generada para el alumbrado público. Con esto, descubrió que la comunidad ahorraba mucho dinero. El dinero ahorrado se utilizó a su vez para promover la instalación de sistemas fotovoltaicos en tejados privados y hacerlos obligatorios en nuevos edificios. Así se creó una red de energía alternativa. La electricidad excedente se almacena en hidrógeno y así se utiliza para operar el transporte público local. La electricidad económica y el hidrógeno económico atrajeron a nuevas grandes empresas, y Lancaster se convirtió en la ciudad ecológica en auge de los Estados Unidos.
Viajé mucho. Estuve en el Foro Mundial de Energía de Tientsin. Viajé a Arabia Saudita, a Medio Oriente, a todas las conferencias sobre energía, y aprendí mucho. Gracias a la gran cantidad de sol y a los parques solares y eólicos existentes en un entorno accesible, la producción de energía ecológica e hidrógeno pudo seguir expandiéndose.
Cuando Lancaster comenzó a transformar su sistema energético en 2009, el desempleo era del 7 por ciento. En 2023, es de alrededor del 6 por ciento. Lancaster se convirtió en una planta autosuficiente de energía ecológica altamente rentable. Una vez que las personas se vuelven innovadoras y creativas, no se limitan al objetivo establecido inicialmente; se añaden nuevos objetivos. Para mí, Lancaster es la ciudad más fascinante del mundo, precisamente por eso.
Tenemos un objetivo común, y es un objetivo simple: que nuestros hijos sobrevivan. Esto no es difícil. Con este objetivo común, podemos dejar de lado todas las diferencias y lograr algo. Se pueden lograr cosas que nunca antes se habían logrado. Es por eso que nuestro proyecto es realmente extraordinario. La comunidad de Lancaster y su alcalde han recibido numerosos premios en los últimos años.
Viajamos desde Lancaster, en California, hasta Bunseidel, en Baviera, una región rural donde se realiza silvicultura. Cuando Marco Kasser asumió la dirección de la compañía eléctrica regional, todo cambió.
¿Cómo sería el suministro de energía si solo tuviésemos disponibles energías y materias primas renovables? Entonces, tomamos la energía solar y eólica y las almacenamos. Es por eso que en Vunseidel comenzaron a construir un ciclo entre la fuerte industria maderera y el sistema energético local, para poder utilizar, varias veces en este ciclo, la mayor cantidad de energía posible. Donde quiera que se produzca un excedente de energía, por ejemplo, en forma de residuos de madera o calor residual de las máquinas, esta no debe perderse, sino aprovecharse.
Madera, tenemos biomasa, tenemos energía solar y eólica. Tal vez no tengamos energía hidroeléctrica, pero utilizamos todo lo que necesitamos de forma local. El excedente de energía solar y eólica se utiliza para prensar pellets de madera a partir de residuos forestales, y de esta manera se almacena la energía. Los pellets pueden producir tanto calor en combustión lenta como el gas que se utiliza para impulsar una turbina para generar electricidad. De este modo, tengo un sistema de cascada que siempre consta de lo mismo: sol y viento, almacenamiento de batería, cogeneración. Entonces, tengo el sistema perfecto. He vinculado los sectores, pero también vinculé segmentos económicos: la industria de la construcción con la industria de la madera, la industria de la madera con la agricultura o la silvicultura. Y de este modo, se crean ciclos de la industria energética local que pueden ampliarse a todos los niveles y que, a su vez, cubren las necesidades energéticas en forma de electricidad y calor, y luego, de nuevo, la electricidad en forma de movilidad.
Vunseidel, en Baviera, y Lancaster, en California, han desarrollado lo mejor posible sus fuentes de energía verde disponibles localmente, y también han creado una infraestructura en la que esta energía puede utilizarse de la manera más eficiente posible, de forma cíclica. Lógicamente, un sistema de este tipo pueda instalarse mejor donde se están realizando nuevas construcciones.
Nørrehaven, en Copenhague, es un nuevo distrito que ha sido planeado como un laboratorio de energía. Sirve como un laboratorio vivo para la investigación de nuevos ciclos energéticos más eficientes. Aquí estamos probando posibles soluciones en la vida real. Como Energy Lab Nørrehaven, también investigamos modelos de negocio, porque estos deben ser parte de la solución. Tanto la innovación como los modelos de negocio son esenciales en el ámbito de los sistemas integrados.
Es importante utilizar la energía que ya está disponible. Esto lo estamos demostrando aquí en Nørrehaven. Queremos que el sistema energético siga desarrollándose, y para ello debemos mejorarlo. Y eso significa preguntarse: ¿qué recursos están disponibles y cómo los utilizamos de manera más eficiente?
Aquí, los edificios están bien aislados y retienen el calor, especialmente temprano por la mañana, lo que ahorra dinero. Y los comercios del vecindario pueden comprimir el calor residual y alimentar a la red de calefacción urbana que provee de calefacción a los edificios circundantes. Los compresores que refrigeran los productos funcionan con electricidad. Si les damos un poco más de energía, aumenta el calor que desprenden. Si tenemos un excedente de electricidad procedente de energía eólica o solar, podemos optimizar el funcionamiento de los compresores y proporcionar mucha energía extra. A esta la convertimos en calor, y podemos utilizarlo para abastecer las casas de los alrededores. Y así, se convierte en un componente inteligente de un sistema energético en el que los sectores individuales están conectados entre sí.
Otro ciclo inteligente: la energía, una vez empleada, se reutiliza varias veces. Todo el vecindario se beneficia del calor de los compresores del supermercado. Hay alrededor de 37 casas adosadas, eso constituye gran parte del vecindario. En realidad, con esta pequeña tienda se puede proporcionar calefacción para casi 40 hogares.
El objetivo de una economía circular moderna es ahorrar y sacar más provecho de lo utilizado. Estos ciclos inteligentes hacen que la energía utilizada sea competitiva y, al mismo tiempo, funcionan como complemento o incluso como alternativa a las grandes redes centrales.
Noruega y su capital, Oslo, también se encuentran entre los pioneros de la transición energética. Ya en 2016, Oslo adoptó un plan estratégico que tiene como objetivo hacer que para 2030 la ciudad esté libre de emisiones de CO2. La alcaldesa Marianne Borgen colaboró en diseñar y aprobar un paquete de medidas concretas.
Siempre les hemos dicho a nuestros habitantes que esto no se trata de limitaciones, sino de oportunidades. Cuando construyamos nuevos jardines de infantes y escuelas, estarán equipados con paneles solares que generarán más energía de la que necesitan para funcionar. De esta manera, podemos transferir el excedente de energía a los edificios vecinos. Oslo es considerada actualmente la capital mundial de la electromovilidad y ha logrado grandes avances en la transformación hacia una gestión de edificios climáticamente neutra en términos de calefacción y materiales de construcción.
En Oslo, tenemos el objetivo de ser la primera ciudad del mundo libre de emisiones para 2030. Se trata de un objetivo muy ambicioso, pero posible de alcanzar. Creo que es importante intentar reducir el consumo, así como reutilizar y reciclar los residuos. Estos son para alcanzar este ambicioso objetivo. Los ciudadanos y las empresas también deberían involucrarse lo más activamente posible en la transición energética.
Heg Dilna hizo su carrera en una gran empresa constructora escandinava con sede en Oslo. La empresa cuenta con más de 8000 empleados y realiza proyectos en todo el mundo. Como miembro de la junta directiva, presionó a la empresa para que se comprometiera públicamente a implementar los objetivos del Acuerdo Climático de París de 2015 y para apoyar las medidas de la alcaldesa Borgen.
Creo que el momento más importante de mi carrera fue cuando el equipo directivo decidió por unanimidad apoyar el Acuerdo de París. No estábamos seguros de cómo lo implementaríamos, pero establecimos una dirección clara. Eso fue crucial: marcar la dirección. Algunos dijeron: "Pero, ¿qué pasa si no somos capaces de lograrlo?". Y yo dije que eso no me preocupaba tanto, que me daba más miedo no atrevernos a fijar una dirección clara.
Con su experiencia, Heg Dilna formó parte durante años de la junta directiva del Consejo Noruego de Construcción Ecológica, cuyos miembros forman parte del Consejo Mundial de Construcción Ecológica. Durante los próximos 30 años, será muy importante la forma en que construyamos nuestras ciudades. En 2022, llegamos a los 8000 millones de habitantes en la Tierra, y en 2050 serán 10,000 millones. Esto significa que debería construirse cada semana una ciudad del tamaño de Viena. Esto requiere grandes cantidades de materiales como aluminio, acero, vidrio, madera, hormigón, plástico y ladrillo. Debemos conseguir una economía circular y debemos construir de manera más sostenible.
Sonia Horn dirige una empresa inmobiliaria en Noruega. Esta se ha fijado el objetivo de reutilizar tantos componentes como sea posible de antiguos edificios de oficinas que son demolidos para la construcción de nuevos edificios. En Oslo, la empresa ha construido todo un moderno complejo de oficinas que combina lo antiguo y lo nuevo. Se trató también de un proyecto piloto, y por tanto el éxito no era seguro. Debido a este concepto, rápidamente se trasladaron allí empresas emergentes y otros inquilinos. Heg Dilna también tuvo aquí su oficina por algún tiempo.
Este es un panel reflector reutilizado. Incluso el enrejado que antes era el piso de la sala técnica de la piscina ahora se utiliza como barandilla en la zona. De estos ejemplos ilustran aspectos de la reutilización en interiores, lo que también denominamos "upcycling" o suprareciclaje. Tomamos una cosa, la reciclamos y la transformamos en otra cosa. Hemos trabajado sistemáticamente para descubrir cómo podemos hacer que los edificios formen parte de la solución, porque son responsables del 40 por ciento del consumo energético mundial. Por lo tanto, los edificios son una parte importante del problema, pero eso también significa que pueden ser una parte importante de la solución.
En 2019, en Trondheim, se inauguró un edificio de oficinas encargado a la empresa de Sonia Horn. Fue nombrado Powerhouse. El techo está inclinado en un ángulo óptimo hacia el sol para aprovecharlo al máximo en el extremo norte de Europa. De este modo, Powerhouse, con sus 3000 metros cuadrados de paneles solares, produce una media anual de 500,000 kWh de electricidad. Eso es más del doble de lo que consume. El excedente de electricidad se utiliza para abastecer a los edificios vecinos, autobuses eléctricos y automóviles a través de una microrred local.
Este es un proyecto pionero, único. Por eso es atractivo para los jóvenes venir a trabajar aquí. Se siente bien. Cuando construimos algo nuevo, nos centramos principalmente en tres aspectos: primero, utilizar menos recursos y materiales. Todo lo que pueda reutilizarse es perfecto. Si no puede reutilizarse, tal vez puedan utilizarse materiales reciclados. Antes de comprar materiales nuevos. Cada vez más obras de construcción de Oslo son libres de emisiones, porque tenemos la tecnología. Tenemos que desafiar el orden establecido y a la industria, y mostrar cómo se puede hacer.
Empleadores y empleados, en gran medida, están de acuerdo en que reducir las emisiones no solo tiene sentido para el clima global y para el futuro de nuestros hijos, sino que también es inteligente para la economía noruega. Como país, también se ha comprometido a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero para 2030. Este país no solo sigue siendo rico en petróleo y gas, sino también en energía hidroeléctrica. El ministro Bart Eide destaca que la necesaria transición hacia una economía climáticamente neutra trae más oportunidades que riesgos para la industria nacional.
Vemos que la industria de servicios, que se ha desarrollado durante 50 años en torno al petróleo, avanza con mucha fuerza hacia esta nueva era. Y si pueden construirse plataformas de petróleo y gas en el Mar del Norte con olas de 10 metros de altura en condiciones extremas, también pueden construirse plataformas eólicas flotantes. Y quien sabe construir buques petroleros con la última tecnología, también podrá producir unos impulsados a base de hidrógeno o amoníaco.
La industria de la energía circular depende de la innovación tecnológica, de grandes sectores industriales, así como de una red estable que siempre pueda proporcionar la electricidad ecológica sin fluctuaciones. La mejor manera de hacerlo en el norte de Europa es con energía eólica procedente de instalaciones en alta mar y energía hidroeléctrica. Si los estados costeros del Mar del Norte logran equilibrar sus necesidades de electricidad ecológica, surgiría una red supranacional que podría ser un modelo para el mundo.
La más larga de estas conexiones submarinas hasta la fecha entró en funcionamiento en 2021 entre Noruega y la costa este de Inglaterra. La energía hidroeléctrica en Noruega se genera precipitando agua, a veces a cientos de metros. La fuerza del agua que cae genera electricidad por valor de gigavatios. Esta energía hidroeléctrica se recolecta en la planta de Gdal, se convierte para su transmisión y se retransmite a Bly, en el Reino Unido, donde también hay disponible electricidad de alta mar en el rango de los gigavatios. Actualmente, estamos instalando aquí una estación de conversión que convierte la electricidad de corriente continua a corriente alterna y viceversa. En última instancia, estas redes se utilizan para transportar energía ecológica, energía hidroeléctrica desde Noruega a nuestro país. Esto no solo permite la transición energética en el Reino Unido, sino también en sus vecinos, ya sea en Noruega, Francia, Dinamarca o cualquier otro lugar.
Reino Unido ha tomado la delantera en Europa en la expansión de la energía eólica marina en el Mar del Norte. Ahora se ha convertido en un exportador de electricidad ecológica. Es una autopista ecológica superrápida que posibilita la transferencia de energía de un país a otro y nos aporta seguridad energética.
Bly fue alguna vez un bastión de la minería del carbón y sufrió mucho económicamente durante su ocaso. El administrador del puerto, Martin Lor, espera que la nueva conexión eléctrica devuelva a la ciudad su antigua gloria. El puerto de Bly ya es uno de los centros de energía en alta mar más importantes del Reino Unido, y esto ayudará enormemente a atraer más inversores. Las empresas quieren beneficiarse de los proveedores especializados en los sectores de hidráulica y electrónica, pero también de los operadores navales y de las fábricas de cables. Todo esto atrae más inversores a nuestras costas. Son estos los primeros signos de un nuevo repunte económico gracias a la transición energética. El crecimiento se está acelerando y, por lo tanto, el puerto es muy importante para la ciudad de Bly. La comunidad apoya mucho lo que hacemos aquí. Ven que se generan nuevos puestos de trabajo y la economía se beneficia, y esperamos que en el futuro la mayoría de estos puestos los ocupen trabajadores locales. Por eso la gente nos apoya.
Desde 2020, en el Mar del Norte se construye la red cerrada más grande del mundo para generar energía constantemente estable. La estabilidad de redes eléctricas ecológicas tan grandes como esta es uno de los prerrequisitos para la nueva economía energética. Al convertirse en socios de una nueva red del Mar del Norte a través de líneas directas de costa a costa, los vecinos del Mar del Norte se están acercando mucho más al objetivo de lograr la seguridad energética. Europa necesita poder colaborar aún mejor. Creo que todos los políticos europeos y de la UE han comprendido que debemos cooperar mucho más estrechamente de lo que creíamos posible hasta ahora.
Esta red del Mar del Norte utilizará la más moderna tecnología para poder intercambiar la energía generada a pedido, es decir, de forma inteligente. En los puntos nodales se están construyendo grandes centros industriales, como esta isla energética programada frente a la costa de Jutlandia. Se construirán otras que estarán conectadas entre sí. Así, en el futuro podrían formar una especie de red interna en alta mar. En principio, se trata de una isla artificial que puede ampliarse con el tiempo. Lo grandioso en ella es que puede proveer de electricidad a varios países del Mar del Norte al mismo tiempo. La primera de estas islas energéticas se construirá a 100 km de la costa de Jutlandia y, de acuerdo a las estimaciones actuales, costará más de 30,000 millones de euros. Es el primero de varios centros giga-industriales para la nueva industria energética. Por sí sola, la isla proporcionaría electricidad para hasta 10 millones de hogares. Esto requiere grandes subestaciones en las que la corriente alterna pueda convertirse en corriente continua y viceversa. Este es el requisito previo para poder transmitir electricidad a largas distancias.
Todo empezó principalmente como una tecnología que ayudaría a transmitir grandes cantidades de energía a largas distancias con mayor eficiencia, debido a que las pérdidas son mucho menores. Cuantos más sistemas integramos, más complejo se vuelve todo el sistema energético. Si queremos integrar un 20 o 30 por ciento más de vehículos eléctricos al sistema y necesitamos 40, 50 o 60 GW de energía eólica marina, entonces debemos empezar a planificar con tiempo y realizar las inversiones necesarias para instalar la tecnología de red a tiempo. 60 GW equivalen aproximadamente a la producción de 40 centrales nucleares.
En la costa este del Reino Unido se acaba de inaugurar una nueva subestación. Esta conecta las redes de Inglaterra y Dinamarca y les suministra electricidad de los parques eólicos marinos daneses y británicos según sea necesario. La nueva línea eléctrica entre ambos países se llama Viking Link y consiste en el cable eléctrico más largo del mundo actualmente, con 765 km, que se extiende a lo largo del fondo marino para poder cubrir con electricidad en todo momento una demanda de energía que crece rápidamente.
Además de las redes, serán necesarias grandes instalaciones de almacenamiento. El hidrógeno tiene un gran potencial como medio de almacenamiento de la electricidad ecológica. En las instalaciones de Siemens Energy en Berlín se ha instalado un simulador que representa la demanda energética total en una compleja sociedad industrial. El hidrógeno podría convertirse en el nuevo superportador de energía. Por lo tanto, la tecnología para su producción ya tiene una importancia estratégica. Incluso si la infraestructura industrial aún está en construcción, el hidrógeno se produce a partir de energía eléctrica y agua mediante electrólisis. La energía debe proceder de fuentes renovables para que su producción sea sostenible. La ventaja: los electrolizadores pueden integrarse con relativa facilidad en los ciclos económicos existentes.
Dehard es miembro de la junta directiva de Siemens Energy. Todo el concepto se basa en desarrollar sistemas modulares que puedan conectarse entre sí como bloques de construcción. Esto permite alcanzar de manera flexible la dimensión deseada, la cantidad de GW requerida. Al mismo tiempo, podemos adaptar nuestro producto a las necesidades de nuestros clientes, ya sea que se trate de una pequeña fábrica o para la producción de hidrógeno a gran escala. En el futuro, un centro industrial podría utilizar la electrólisis para cubrir sus necesidades de electricidad mediante el almacenamiento de hidrógeno. ¿Qué se necesita durante las horas pico diarias? ¿Cuánto hidrógeno se necesita para sustituir una central eléctrica convencional? A partir de estas previsiones, pueden generar las mejores alternativas energéticas. El hidrógeno está disponible en cantidades prácticamente ilimitadas y podría convertirse en la clave del suministro futuro.
Yo diría que la transición energética depende de tres palancas. Una de ellas es la eficiencia. Se trata de utilizar la menor cantidad de energía posible, buscando constantemente y en todas partes formas de reciclar la energía. De modo que la electrificación es importante, forma más barata de descarbonizar nuestra economía. Y luego, se trata de hidrógeno y moléculas ecológicas, donde la electrificación no sea suficiente, y sobre dónde y cómo podemos extraerlos, almacenarlos y utilizarlos en otros lugares. Pero el hidrógeno puede hacer mucho más. Puede refinarse aún más junto con los gases de escape de CO2 para convertirlos en nuevos combustibles. Hasta ahora, en la industria pesada, esto principalmente ha sido cubierto por el coque y el carbón. La esperanza es que el hidrógeno pueda ser la base de todo un espectro de combustibles en el futuro.
El hidrógeno se utilizará en su forma natural, pero también se continuará procesando en los llamados combustibles sintéticos. Para ello, capturamos CO2 y, al reaccionar con el hidrógeno, producimos alternativas sintéticas a los combustibles actuales. El profesor Rech es director del centro HZB en Adlershof, Berlín. Supervisa proyectos que utilizan BESSY II, uno de los aceleradores de partículas más grandes del mundo, para realizar investigaciones específicas en el amplio espectro de medios de almacenamiento y conversión de energía. La eficiencia de las células solares es tan importante como el refinamiento del hidrógeno para convertirlo en nuevos combustibles. Desde hace tiempo sé o estoy convencido de que es necesario cambiar algo en nuestro suministro de energía y en nuestro sistema energético. Fue simplemente la idea de que el potencial físico de las energías renovables es bastante grande y, de hecho, suficiente para abastecer a nuestro planeta, a nuestra humanidad. Eso es lo que me entusiasmó a seguir este camino y por lo que quiero ir hasta el final. Y hasta el día de hoy, he perseverado.
Si trasladamos esto a materiales y tecnologías modernas, significa que convertimos la energía de la luz solar en energía eléctrica, y a esta la podemos convertir en electricidad ecológica, es decir, en corriente eléctrica. Y con esta, por ejemplo, por medio de la electrólisis al dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, tenemos también entonces portadores de energía química que pueden utilizarse. Y ahora, lo pensamos a mayor escala y somos capaces, por ejemplo, de combinar este hidrógeno con el CO2 de la atmósfera. Entonces, así también podríamos llegar a generar combustibles sintéticos.
Sonia Kelan dirige un proyecto de investigación en el centro HZB. Con la ayuda de la energía solar y el hidrógeno, se pueden producir gases de cocina ecológicos que podrían venderse en cualquier lugar donde no haya electricidad disponible para cocinar, y este sigue siendo el caso en muchas zonas del mundo. Su proyecto es una colaboración entre el equipo de Berlín y la Universidad de Ciudad del Cabo, en Sudáfrica.
Siempre empiezo con las células solares, porque en los últimos años se han vuelto algo común. Le digo a la gente: "Ustedes ven los paneles solares en el techo. Con estos, no solo se puede generar electricidad, sino también producir hidrógeno y otras cosas. Incluso pueden purificar agua". Y si se los conecta al reactor químico adecuado, suministran la electricidad necesaria, por lo que con ellos pueden hacer casi cualquier cosa sin tener que utilizar un generador diésel. En muchas zonas pobres del mundo se utilizan para cocinar y calentarse madera, gases de cocina fósiles como el propano. Convertir el hidrógeno junto con el dióxido de carbono en un gas ecológico produciría una alternativa sostenible. Es posible que tengas que ir una vez al mes a comprar gas para cocinar. En cambio, si se recoge leña, hay que hacerlo todos los días, porque es sencillamente voluminosa. El tiempo que lleva esto puede ahorrarse con la ayuda del gas de cocina y utilizarlo para otras actividades más fructíferas.
Proyectos como este aún se encuentran en etapa experimental, pero pronto se convertirían en pilares de una economía energética circular en constante expansión. La investigación de tecnologías ecológicas marcha a toda velocidad en todo el mundo. En esto, Singapur es considerada un laboratorio del futuro. Con su trabajo, la profesora Madavi quiere resolver uno de los problemas centrales de la nueva industria energética. Las baterías son, junto con el hidrógeno, el medio de almacenamiento más importante. Contiene materiales costosos que son cada vez más escasos en todo el mundo a medida que aumenta la demanda. Madavi investiga cómo puede reciclarse el litio y otros materiales para reintegrarlos al ciclo de producción.
Debemos reorientar hacia una economía circular, de lo contrario caeremos, y me refiero al mundo entero, en una trampa, porque podríamos quedarnos sin recursos. Al igual que Berkeley, Stanford, la Universidad Técnica de Nanyang es uno de los centros científicos más importantes del mundo, con un fuerte enfoque en la tecnología del futuro que debería hacerse utilizable de forma industrial lo más rápido posible. Este edificio en el campus, llamado Learning Hub, está diseñado de tal manera que no requiera ventilación artificial, de modo que ahorra energía.
Desde muy temprano decidí que las baterías serían mi área de investigación. Fue el tema de mi doctorado. He trabajado en baterías, almacenamiento de energía y economía circular a lo largo de mi carrera. Desde un principio, quise hacer algo que pudiera cambiar la vida de las personas. Primero, se tritura todo. Así, en los residuos de baterías, y en la sustancia negra que se observa aquí, están presentes todos estos elementos: litio, níquel, cobalto, manganeso. Y cómo los extraemos: primero, separamos todo lo que consiste en polvo negro, y así obtenemos lo que se llama masa negra. Esta contiene todos los elementos que necesitamos. Hoy, extraeremos elementos individualmente utilizando cáscara de naranjas o un cultivo bacteriano. Esto nos permite extraer el 99 por ciento de los elementos que deseamos.
La investigación de la profesora Madavi prácticamente haría posible un ciclo cerrado. En este, se minimizaría al máximo el uso de materiales completamente nuevos. Sus publicaciones han dado lugar hasta la fecha a 30 patentes, y en 2019 fue nombrada mejor "Super Woman of Sustainability" de Asia. Existe una gran sinergia entre la investigación de los materiales y la economía circular. Actualmente, trabajamos en gran medida separados unos de otros, pero creo que aquí hay muchas conexiones, y con mi investigación quiero profundizar las.
En la lejana Copenhague, muchos de estos experimentos prácticos se ingresan en una base de datos que debe ordenar los resultados.
T. Veg dirige este instituto en la Universidad Técnica de Dinamarca. Enfoques que parecen completamente improbables a menudo van seguidos de ideas nuevas y prometedoras. La tarea de su instituto es encontrar estos conceptos y compartir recomendaciones con laboratorios de todo el mundo. A los modelos que desarrollamos aquí los llamamos "conscientes de la física", pero también consideran el área de la incertidumbre. Necesitan saber lo que no saben con seguridad, y cuando se busca información adicional, a veces es mejor buscarla de expertos en lugar de en la base de datos. Puede provenir de aquellos que tienen conocimientos específicos porque trabajan a diario en producir nuevos materiales para baterías. Es un proyecto multinacional que se realiza en diferentes instalaciones de forma sincrónica, o sea, que trabaja sin interrupción en todo el mundo para buscar los datos necesarios y monitorear experimentos en otros lugares.
Nos enfrentamos a un desafío global y necesitamos una solución global. Hasta ahora, desde la investigación básica hasta la madurez industrial, a menudo se necesitaban hasta 20 años. La crisis climática exige que este período se acorte drásticamente. Se trata de un desafío extremadamente complejo, tan complejo que, para afrontarlo, la investigación aplicada también debe adaptar sus métodos de trabajo. El mayor desafío y la mejor solución posible radica en repensar de base la forma en que desarrollamos nuevos materiales para la transición ecológica. Necesitamos rediseñar todo el proceso, desde el descubrimiento hasta la producción, para encontrar la solución más prometedora. Esto es particularmente importante porque las próximas innovaciones ya están a punto de llegar.
El profesor Walter está realizando una investigación en el Instituto de Tecnología de California. Es uno de los científicos más destacados a nivel mundial en el campo de la conversión de energía solar, es decir, la conversión de la energía solar en electricidad y calor. Una rama relativamente joven de esta investigación ahora se ocupa de recrear el proceso de producción de energía más fundamental de la naturaleza: la fotosíntesis. La naturaleza le ha dado a cada hoja de cada planta la increíble capacidad de realizar un pequeño milagro al convertir el dióxido de carbono de la atmósfera, junto con el agua y la luz solar, en sustancias químicas como azúcares y almidones, que a su vez mantienen viva la planta. En principio, estos son combustibles. Es por eso que nos inspiramos mucho en la naturaleza para desarrollar el proceso que llamamos fotosíntesis artificial.
Para esto, empleamos materiales diseñados para iniciar el mismo proceso de reducción y oxidación. Así podemos convertir luz solar directamente en combustible. La fotosíntesis artificial imita a la naturaleza. Sin embargo, en lugar de la hoja natural sobre la que incide la luz del sol, se utilizan estructuras semiconductoras elaboradas de forma muy detallada. Estas estructuras semiconductoras son la hoja artificial. Esto permite obtener hidrógeno y oxígeno directamente del agua a través de la energía solar. La eficiencia de la fotosíntesis artificial es actualmente del 19,3 por ciento, y la realizan conjuntamente los laboratorios de Pasadena, Ilmenau y el Instituto Fraunhofer. Si este proceso pudiera adaptarse para el uso industrial, el hidrógeno sería más barato que cualquier otro combustible. Por este motivo, actualmente en todo el mundo se investiga el proceso de la fotosíntesis artificial.
Ahora estamos hablando de la aplicación de este tipo de estructuras semiconductoras en lo que se llama un "lugar artificial", es decir, un componente integrado que no requiere ningún cableado hacia el exterior, al igual que las plantas, donde en principio producimos hidrógeno y oxígeno más o menos de la nada, a partir del agua, sencillamente irradiando luz. En principio, actualmente, por primera vez, podemos proporcionar energía fotovoltaica de forma gratuita, tal como lo hace la naturaleza desde hace mucho, mucho tiempo, de una manera que nunca antes en la historia había sido posible en la práctica. Difícilmente puede subestimarse la importancia de los semiconductores. Son pequeños y al principio pasan desapercibidos, pero son tan importantes como las series de modelos en la industria automovilística. Se designa por clase semiconductor, semiconductor en tándem, semiconductor cuádruple o semiconductores III-V, y con este es con el que se trabaja en Ilmenau. Compuestos semiconductores III-V que podemos diseñar perfectamente con el silicio, prácticamente como material básico. Sería lógicamente algo extremadamente rentable. Tendríamos un alto rendimiento combinado con materiales baratos y bajos costos.
Aunque todo el nuevo sistema energético aún no esté disponible en toda su complejidad, será crucial llevar la innovación a las carreteras, comunidades e industrias. Eso son los prototipos y los laboratorios vivos. Los numerosos éxitos revolucionarios de la ciencia y las innovaciones tecnológicas aún no se han aplicado lo suficiente. Si continuamos trabajando de forma aislada en los diferentes sectores, eventualmente alcanzaremos nuestro objetivo, pero no a tiempo. Y todo el mundo sabe lo que nos costará si no alcanzamos nuestros objetivos respecto al cambio climático a tiempo.
En realidad, la circularidad es exactamente lo que nos motiva, es decir, hacer que la prosperidad sea más sostenible. No hemos heredado este planeta de nuestros padres, sino que sencillamente lo tomamos prestado de nuestros hijos. La investigación y la tecnología han logrado enormes avances en los últimos años. Sin embargo, el cambio hacia un suministro energético sostenible para nuestro planeta solo podrá tener éxito si estos resultados se transmiten con la suficiente rapidez a sectores más amplios de la sociedad.