Cuando se trata de la producción de energía, desgraciadamente no existe un almuerzo gratis.
A medida que el mundo inicia su transición a gran escala hacia fuentes de energía con bajas emisiones de carbono, es vital que se conozcan bien los pros y los contras de cada tipo y se tengan en cuenta los impactos ambientales de las energías renovables, por pequeños que sean en comparación con el carbón y el gas.
En dos trabajos -publicados hoy en las revistas Environmental Research Letters y Joule- investigadores de la Universidad de Harvard concluyen que la transición a la energía eólica o solar en EE.Si se construyeran estos parques eólicos a gran escala, las temperaturas medias de la superficie del territorio continental de EE.UU. se calentarían 0,24 grados centígrados.
«La energía eólica es mejor que el carbón desde el punto de vista medioambiental, pero eso no significa que su impacto sea insignificante», afirma David Keith, catedrático de Física Aplicada Gordon McKay de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) de Harvard y autor principal de los artículos. «Debemos abandonar rápidamente los combustibles fósiles para detener las emisiones de carbono. Al hacerlo, debemos elegir entre varias tecnologías de baja emisión de carbono, todas las cuales tienen algunas repercusiones sociales y medioambientales»
Keith también es profesor de política pública en la Harvard Kennedy School.
Uno de los primeros pasos para entender el impacto medioambiental de las tecnologías renovables es comprender cuánta tierra se necesitaría para satisfacer la futura demanda de energía de Estados Unidos. Incluso partiendo de las demandas energéticas actuales, los expertos en energía llevan mucho tiempo debatiendo la superficie de terreno y las densidades de potencia asociadas necesarias.
En investigaciones anteriores, Keith y sus coautores elaboraron un modelo de la capacidad de generación de los parques eólicos a gran escala y llegaron a la conclusión de que la generación de energía eólica en el mundo real se había sobrestimado porque no tuvieron en cuenta con precisión las interacciones entre las turbinas y la atmósfera.
En la investigación de 2013, Keith describió cómo cada turbina eólica crea una «sombra de viento» detrás de ella donde el aire ha sido frenado por las palas de la turbina. Los parques eólicos a escala comercial actuales espacian cuidadosamente las turbinas para reducir el impacto de estas sombras del viento, pero dada la previsión de que los parques eólicos seguirán expandiéndose a medida que aumente la demanda de electricidad derivada del viento, no se pueden evitar las interacciones y los impactos climáticos asociados.
Sin embargo, lo que faltaba en esta investigación anterior eran observaciones que apoyaran el modelado. Entonces, hace unos meses, el Servicio Geológico de EE.UU. publicó las ubicaciones de 57.636 turbinas eólicas en todo el país. Utilizando este conjunto de datos, en combinación con varias otras bases de datos del gobierno de EE.UU., Keith y el becario postdoctoral Lee Miller pudieron cuantificar la densidad de potencia de 411 parques eólicos y 1.150 plantas solares fotovoltaicas que operaron en EE.UU. durante 2016.
«En el caso de la eólica, descubrimos que la densidad de potencia media -es decir, la tasa de generación de energía dividida por la superficie que abarca la planta eólica- era hasta 100 veces inferior a las estimaciones de algunos de los principales expertos en energía», dijo Miller, que es el primer autor de ambos trabajos. «La mayoría de estas estimaciones no tenían en cuenta la interacción turbina-atmósfera. Para un aerogenerador aislado, las interacciones no son en absoluto importantes, pero una vez que los parques eólicos se encuentran a más de cinco o diez kilómetros de profundidad, estas interacciones tienen un gran impacto en la densidad de potencia».
Las densidades de potencia eólica basadas en observaciones también son mucho más bajas que las importantes estimaciones delEn el caso de la energía solar, la densidad de potencia media (medida en vatios por metro cuadrado) es 10 veces superior a la de la energía eólica, pero también muy inferior a las estimaciones de los principales expertos en energía.
Esta investigación sugiere que los parques eólicos no sólo requerirán más terreno para alcanzar los objetivos propuestos en materia de energías renovables, sino que además, a tan gran escala, se convertirían en un agente activo del sistema climático.
La siguiente cuestión, analizada en la revista Joule, era cómo repercutirían esos parques eólicos a gran escala en el sistema climático.
Para estimar el impacto de la energía eólica, Keith y Miller establecieron una línea de base para el clima de Estados Unidos de 2012 a 2014 utilizando un modelo estándar de previsión meteorológica. A continuación, cubrieron un tercio del territorio continental de Estados Unidos con suficientes aerogeneradores para satisfacer la demanda actual de electricidad del país. Los investigadores descubrieron que este escenario calentaría la temperatura de la superficie del territorio continental de Estados Unidos en 0,24 grados centígrados, y que los mayores cambios se producirían por la noche, cuando la temperatura de la superficie aumentaría hasta 1,5 grados. Este calentamiento es el resultado de que los aerogeneradores mezclan activamente la atmósfera cerca del suelo y en el aire mientras extraen simultáneamente del movimiento de la atmósfera.
Esta investigación apoya más de 10 otros estudios que observaron el calentamiento cerca de los parques eólicos operativos de Estados Unidos. Miller y Keith compararon sus simulaciones con estudios de observación por satélite en el norte de Texas y descubrieron aumentos de temperatura aproximadamente coherentes.
Miller y Keith se apresuran a señalar la improbabilidad de que Estados Unidos genere tanta energía eólica como simulan en su escenario, pero el calentamiento localizado se produce en proyecciones incluso más pequeñas. La siguiente cuestión es entender cuándo los beneficios crecientes de la reducción de emisiones son aproximadamente iguales a los impactos casi instantáneos de la energía eólica.
Los investigadores de Harvard descubrieron que el efecto de calentamiento de las turbinas eólicas en el territorio continental de EE.UU. era en realidad mayor que el efecto de la reducción de emisiones durante el primer siglo de su funcionamiento. Esto se debe a que el efecto de calentamiento es predominantemente local en el parque eólico, mientras que las concentraciones de gases de efecto invernadero deben reducirse globalmente antes de que los beneficios se materialicen.
Miller y Keith repitieron el cálculo para la energía solar y descubrieron que sus impactos climáticos eran unas 10 veces menores que los de la eólica.
«Los impactos climáticos directos de la energía eólica son instantáneos, mientras que los beneficios de la reducción de emisiones se acumulan lentamente», dijo Keith. «Si tu perspectiva es la de los próximos 10 años, la energía eólica tiene -en algunos aspectos- más impacto climático que el carbón o el gas. Si su perspectiva es la de los próximos mil años, la energía eólica tiene un impacto climático enormemente menor que el carbón o el gas.
«El trabajo no debe verse como una crítica fundamental a la energía eólica», dijo. «Algunos de los impactos climáticos de la energía eólica serán beneficiosos: varios estudios mundiales muestran que la energía eólica enfría las regiones polares. El trabajo debe considerarse más bien como un primer paso para evaluar más seriamente estos efectos en todas las energías renovables. Nuestra esperanza es que nuestro estudio, combinado con las recientes observaciones directas, marque un punto de inflexión en el que los impactos climáticos de la energía eólica empiecen a ser considerados seriamente en las decisiones estratégicas sobre la descarbonización del sistema energético».
Esta investigación fue financiada por el Fondo para la Investigación Innovadora del Clima y la Energía.