Noticias breves de Nature

Dibujo20130220 Parameters of the Kepler-37 stellar system and planets

Dibujo20130220 The transit light curves for the planets orbiting Kepler-37

Hallado el exoplaneta más pequeño (su tamaño está entre el de la Luna y el de Mercurio). Gracias al telescopio espacial Kepler se ha descubierto el exoplaneta Kepler-37b que orbita la estrella Kepler-37, una estrella con un radio 0,770 ± 0,026 radios solares y una masa de 0,802 ± 0,068 masas solares. Los tres planetas Kepler-37b, Kepler-37c y Kepler-37d tienen radios 0,303 0,073 radios terrestres, 0,742 0,083 radios terrestres y 1,99 0,14 radios terrestres, resp., es decir, dos de los tres planetas que orbitan la estrella Kepler-37 son más pequeños que la Tierra, mientras que el tercero es el doble. En el estudio han intervenido investigadores españoles del Centro de Astrobiología (centro del INTA y el CSIC) y del Centro Astronómico Hispano-Alemán (CSIC e Instituto Max Planck). El artículo técnico es Thomas Barclay et al., “A sub-Mercury-sized exoplanet,” Nature AOP 20 Feb 2013. Recomiendo la lectura del artículo divulgativo “Encuentran el exoplaneta más pequeño que se conoce: es menor que Mercurio,” lainformacion.com, 20 Feb 2013, y de Daniel Marín, “Kepler-37b, un planeta más pequeño que Mercurio,” Eureka, Feb. 20, 2013.

Dibujo20130220 total installed capacity - gigawatts - wind-enery capacity

La energía eólica crece un 18% en 2012 respecto a 2011. Tanto EEUU como China han instalado unos 13 gigavatios (GW) de instalaciones de energía eólica, de acuerdo con el GWEC (Global Wind Energy Council). La capacidad total instalada alcanza los 282,4 GW, con China a la cabeza con 75,6 GW, más de un cuarto del total. Obviamente, hay que tomar estos números con cuidado, pues se trata de potencia instalada y muchas instalaciones recientes aún no están conectadas a la red. ore than one-quarter (although not all turbines are connected to the grid). Sólo 5,4 GW (el 2% de la capacidad total) son instalaciones eólicas en el mar (la mayoría en el norte de Europa). Nos lo han contado en “Seven days: 15–21 February 2013,” Nature, Feb 20, 2013.

Dibujo20130220 xenon dark matter detectors in the world

China instala PandaX, un detector de materia oscura a 2500 metros de profundidad. Otro nuevo detector subterráneo de partículas de materia oscura basado en xenón ha sido instalado en China; ya hay tres detectores de este tipo en Italia, EEUU y Japón, ¿realmente es necesario otro más? , PandaX (25 kg Xe) en JinPing (China) aún no ha empezado a tomar datos, pero XENON100 (62 kg Xe) en Gran Sasso (Italia), LUX (350 kg Xe) en Homestake (Dakota, EEUU), y XMASS (835 kg Xe) en el Observatorio Kamioka (Japón) ya los están tomando. Todos tienen planes para su ampliación (hasta toneladas de xenón) en los próximos años. La única ventaja de PandaX es que es el más profundo, luego el más aislado del ruido debido a los rayos cósmicos. ¿Logrará PandaX repetir la hazaña de Daya Bay adelantándose a los demás? Por ahora es pronto para saberlo, pero lo que está claro es que China está apostando fuerte por la investigación básica en física de partículas. Nos lo ha contado Eugenie Samuel Reich, “Dark-matter hunt gets deep. China launches world’s deepest particle-physics experiment — but it joins a crowded field,” Nature 494: 291–292, 21 February 2013.

Dibujo20130220 shale-gas basins in China

China es el país con mayores reservas de gas en esquistos bituminosos (shale-oil). Estados Unidos presumía de tener las mayores reservas del mundo de esquistos bituminosos, pero ahora resulta que China le supera (estimó en marzo de 2012 que sus reservas alcanzan los 25 billones de metros cúbicos). El gas está sustituyendo al carbón como combustible barato para producir energía en China, lo que reducirá sus emisiones de CO2. Julio Friedmann del LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory), en California, recuerda que “en Estados Unidos costó 60 años y 200.000 pozos sentar las bases para la revolución de los esquistos bituminosos, sin embargo, China sólo ha perforado 100 pozos y su geología es diferente, por lo que la tecnología de EEUU no es aplicable.” Por ello, hay que ser cauto con estas noticias. Nos lo cuenta Jeff Tollefson, “Geology and infrastructure could impede development,” Nature 494: 294, 21 Feb 2013.

Dibujo20130220 five US fields produce 80 percenrt shale oil in three years

La “revolución del esquito” no es tan bonita como la pintan. Muchos críticos afirman que la producción de gas y petróleo de esquisto está sobrevalorada y que los costos están subestimados. Los estudios más recientes para indicar que los pozos se consumen muy rápido (más del 80% se consume en sólo tres años), luego cualquier estimación de vida útil mayor de varias décadas peca de muy optimista. Para mantener la oferta habrá que perforar nuevos pozos y la tasa de retorno energética caerá de forma estrepitosa (el coste de mantener la producción no se cubre con los beneficios). Según las estimaciones de J. David Hughes (Post arbon Institute, Santa Rosa, California) el pico del petróleo de esquistos se alcanzará alrededor de de 2017 (el del petróleo convencional se supone que se alcanzó en 2005, aunque algunas fuentes aún dudan si se ha superado). Nos lo cuenta J. David Hughes, “Energy: A reality check on the shale revolution,” Nature 494: 307–308, 21 Feb 2013.

Fomentar medidas de ahorro y eficiencia energética es necesario para modificar el modelo energético actual

En España, en el Plan de Fomento de las Energías Renovables se pretende que el 20% de la energía que se genere en España en el 2020 sea de origen renovable. Para conseguir un desarrollo energético sostenible, basado en el uso de las energías renovables y en el fomento de medidas de ahorro y eficiencia energética es necesario modificar el modelo energético actual. Un modelo basado en el uso masivo de combustibles fósiles que puede provocar importantes alteraciones en el clima actual debido a las alteraciones que se pueden producir en el medio ambiente por la ineficiencia de los sistemas de producción de energía útil. Francisco Serrano Casares (Universidad de Málaga), “El reto energético. Energía y desarrollo,” Boletín de la Academia Malagueña de Ciencias VII: 15-25, 2008. Permitidme unos extractos.

La estructura fundamental de nuestro esquema energético, base del actual desarrollo económico, está cimentada en la simbiosis tecnológica entre los motores térmicos y los generadores eléctricos para producir a gran escala un vector energético, la electricidad, que nos permite alimentar a las máquinas eléctricas motoras, generar calor y producir luz. Sólo sabemos obtener calor mediante tres métodos: la combustión química (calor o movimiento), la reacción nuclear (calor) y la irradiación solar (calor o electricidad). Esto constituye lo que se considera el paradigma tecnológico-científico de nuestro esquema energético: el binomio máquina térmica-máquina eléctrica. Esta estructura energética resenta una serie de problemas: (1) el bajo rendimiento de las transformaciones energéticas que tienen lugar en los motores térmicos; (2) las elevadas cantidades de gases perniciosos emitidos por los combustibles fósiles, usados mayoritariamente en los motores térmicos; y (3) la posibilidad de agotamiento de los combustibles fósiles. Hay que plantear un nuevo modelo de desarrollo energético más sostenible, asentado en tres pilares: (1) desarrollo de las energías renovables; (2) políticas de ahorro y eficiencia energética; y (3) tecnologías energéticas avanzadas (los ciclos combinados con gas, la cogeneración, la tecnología del hidrógeno, la fusión nuclear, etc.).

Las energías renovables son aquellas que se producen de manera natural y de forma continua a partir de fuentes que la Naturaleza nos ha dado. Presentan ventajas medioambientales (no producen emisiones contaminantes, no generan residuos importantes, son inagotables), estratégicas (son autóctonas, evitan la dependencia exterior) y sociales (creación de empleo, contribuyen al equilibrio interterritorial, son autóctonas). Enfrente, las fuentes de energía tradicionales son contaminantes, agotables y están distribuidas muy irregularmente. Se consideran energías renovables las siguientes: (1) la energía hidráulica (procedente de los saltos de agua); (2) la energía geotérmica (procedente del interior de la tierra); (3) a energía del mar (procedente de las olas y de las mareas y la que se obtiene de las diferencias de temperatura entre las aguas superficiales y las profundas); (4)  la energía solar térmica y fotovoltaica; (5) la energía eólica; y (6) la energía de la biomasa.

El principal inconveniente de las energías renovables, dentro de la red de generación de energía eléctrica a escala mundial, ha sido la discontinuidad en la generación y suministro (gestionabilidad); la excepción que confirma la regla son la biomasa o los biocombustibles. La solución a buscar ha sido siempre la de encontrar una forma de almacenar temporalmente, y de forma eficiente, la energía, con el objeto de desacoplar la citada discontinuidad en la producción propia del suministro. La introducción del hidrógeno como sistema de almacenamiento a gran escala, permitirá desacoplar la producción de energía renovable de la demanda de electricidad, disminuyendo los problemas derivados de la aleatoriedad de aquella, aumentando la predictibilidad y garantía de suministro, y en suma, incrementando el valor añadido y rentabilidad de las fuentes de energía renovable. Además, abrirá una vía para la penetración de las energías renovables en un sector consumidor del 33% de la energía primaria: el sector transporte. Manuel Felipe Rosa Iglesias (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial), “Hidrógeno como vector energético: Elementos y usos,”  Boletín de la Academia Malagueña de Ciencias VII: 27-40, 2008. Permitidme también unos extractos.

La electricidad y el hidrógeno son dos portadores de energía que permitirían atender a todas las demandas energéticas. Con demasiada frecuencia se nos presenta al hidrógeno (y las tecnologías asociadas) como elementos fundamentales y la panacea para solventar los problemas derivados de la escasez de recursos energéticos, olvidando con frecuencia que el hidrógeno no es ninguna fuente de energía (es preciso consumirla para producirlo). Igualmente se nos presenta como tecnologías novedosas y si bien es cierto lo son en su aspecto de aplicación terrestre, en el espacio se vienen utilizando desde hace unos 50 años como elementos integrantes de las Plantas de Potencia de Aplicación Espacial. En la actualidad casi el 96% del hidrógeno mundial se produce a partir de combustibles fósiles, principalmente por reformado de gas natural con vapor de agua y se consume como un componente que forma parte de multitud de procesos convencionales, principalmente (en torno a un 72%) en la industria química y petroquímica. Desde un punto de vista energético, su utilización más significativa es como combustible en misiones espaciales.

La utilización de la energía solar térmica a alta temperatura para la producción de hidrógeno proporciona tres alternativas: proceso termolítico (rotura de la molécula de agua en sus elementos, oxígeno y hidrógeno, como consecuencia de la alta temperatura; superior a 2000 ºC), electrolítico (rotura de la molécula de agua en fase vapor mediante el uso de energía eléctrica) y químico (reacción química promovida por la energía fotónica). Este tipo de procesos están a escala de laboratorio (termólisis y electrolisis en fase vapor) o de planta de experimentación (químicos), siendo preciso una intensificación

La producción de hidrógeno electrolítico es la más adecuada para acoplarse a las energías eólica y fotovoltaica (conjuntamente con las pilas de combustible), en especial, para desacoplar producción y demanda de energía eléctrica, transfiriendo energía desde los periodos de alta producción y baja demanda a los de alta demanda. Las pilas o celdas de combustible son unos dispositivos electroquímicos que convierten la energía química de reacción directamente en energía eléctrica. Su diferencia fundamental con las baterías es que estas últimas son acumuladores de energía, dejando de producir energía cuando se consumen dichos reactivos. Las pilas de combustible son, por el contrario, dispositivos que tienen teóricamente la capacidad de producir energía eléctrica mientras que se suministre combustible y oxidante a los electrodos. El combustible (normalmente hidrógeno) se aporta en el ánodo y el oxidante (aire u oxígeno) en el cátodo, produciéndose electroquímicamente, energía eléctrica en forma de corriente continua, agua (como producto de la reacción), calor de proceso y, si se ha utilizado un combustible con carbono, CO2 (como los biocombustibles). El grado de independencia entre su eficiencia y su tamaño en las pilas de combustible permite desarrollar plantas de pequeña potencia (desde vatios) y plantas de cientos de kilovatios o, incluso, de megavatios, con un rendimiento relativamente elevado.

A corto plazo, el objetivo debería ser la consecución de un uso más eficiente de la energía y un creciente suministro desde las fuentes de energía europeas, principalmente de las renovables. A largo plazo, una economía basada en el hidrógeno tendrá impacto en todos estos sectores. La producción de hidrógeno “limpio” mediante fuentes de energía renovable y su “producción distribuida” encaja perfectamente con la idea de desarrollo sostenible basado en las economías locales