Hace unos días en el blog Ecolaboratorio se publicó un interesante artículo que se hacía eco de un reciente artículo publicado en la revista Science, que comparaba la eficiencia de las plantas vegetales (de la fotosíntesis) y de los paneles solares fotovoltaicos. El interés del estudio era en la práctica poder comparar qué resulta, energéticamente hablando, más eficiente, los biocombustibles (en particular los biocarburantes) o la electricidad para mover nuestros automóviles.
Ambos medios son formas de aprovechar la energía del sol, y utilizarla después en un coche (por ejemplo). Como resumen os diré que la eficiencia de la fotosíntesis está en torno al 1%, mientras que la de los actuales paneles solares fotovoltaicos está en torno al 14% – 18% (y si se utilizara esa electricidad para generar hidrógeno a partir de la electrólisis del agua, la eficiencia se quedaría en un 10%). Las conclusiones del artículo son que hay todavía mucho margen para mejorar.
En el caso de la fotosíntesis, se introduce el concepto de los nuevos cultivos de microalgas como la oportunidad de mejorar mucho la eficiencia: estaríamos en un 3% y podría ser algo más. El caso es que también los paneles solares fotovoltaicos están mejorando su eficiencia, aunque sea todavía de manera experimental. Ahora mismo el récord de eficiencia está en un 43,5%, en una célula fotovoltaica multiunión de Solar Junction.
A raíz de este artículo, en el blog Falacias Ecologistas dieron una vuelta más de tuerca a este tema, haciendo un cálculo aproximado (diríamos en “números gordos”) para hacernos una idea aproximada (al menos en orden de magnitud) de cuántos kilómetros se podrían hacer con un metro cuadrado de terreno, en un caso ocupado por plantas (para hacer un biocarburante) y en otro caso ocupado por paneles solares (para generar electricidad).
En el caso de las plantas sería para mover un coche con motor de combustión interna y en el caso de los paneles solares sería para mover un coche con motor eléctrico. Así que al final no solo tendríamos en cuenta la eficiencia del proceso, sino la eficiencia real final, en la práctica.
Además introdujo cuatro casos: dos para biocarburantes (girasol y algas, ambos cultivos para obtener biodiésel) y otros dos para electricidad (paneles solares fotovoltaicos, y paneles solares termoeléctricos). Muchos de vosotros lo sabréis, pero por si alguno no lo sabe, dejadme que explique esto de los paneles solares muy brevemente (y de manera lo más sencilla posible).
Los paneles solares fotovoltaicos sirven para generar directamente electricidad (energía eléctrica si queremos ser precisos) a partir del sol. Las células solares están hechas de silicio (que puede ser amorfo, monocristalino o policristalino). Lo que sucede, básicamente, es que los fotones de la luz solar golpean a los átomos de silicio y se liberan electrones. Al moverse estos ya tenemos corriente eléctrica.
Los paneles solares termoeléctricos son realmente espejos que simplemente reflejan y concentran la radiación solar para calentar un fluido (normalmente agua con ciertas sales disueltas), que al pasar a estado vapor, se hace circular por una turbina que a su vez hará girar un alternador: y así generamos la electricidad. Suele haber dos tipos principales, los espejos cilindro-parabólicos, que calientan el fluido de una tubería (aunque podrían también ser planos), o los espejos planos que concentran la radiación solar reflejada en una torre receptor.
Sobre los biocarburantes (por ejemplo biodiésel) ya os conté unas cuantas nociones básicas el mes pasado, como por ejemplo cómo se obtienen. Voy a manejar varios datos presentados en ese artículo de Falacias Ecologistas, y voy a hablar también del bioetanol y complementaré con más datos y ejemplos.
Producción de las diferentes opciones por hectárea
Hay una cosa que decir sobre las algas: el cultivo de microalgas (que además podrían nutrirse de aguas residuales y absorber CO₂) para fabricar biodiésel es todavía algo experimental, y no está del todo claro el rendimiento que se podría obtener. Se habla de un rendimiento unas 12 veces mayor que con el girasol, así que el dato que pondré a continuación (9.000 – 10.000 litros) es estimado.
Con una hectárea (10.000 metros cuadrados) de terreno podemos tener al año:
- Con girasoles, unos 767 litros de biodiésel.
- Con colza o soja, se tendrían unos 850 – 950 litros de biodiésel.
- Con algas, unos 9.000 – 10.000 litros de biodiésel.
- Con maíz, se consiguen unos 3.500 – 4.000 litros de bioetanol.
- Con caña de azúcar, unos 8.000 – 9.000 litros de bioetanol.
- Si tenemos paneles solares fotovoltaicos (por ejemplo la planta fotovoltaica de Amareleja, en Portugal), se obtienen unos 372 MWh.
- Si tenemos una planta solar termoeléctrica (por ejemplo la planta Andasol I, en Granada), se obtienen unos 905 MWh.
Aprovechamiento de esa producción en un coche
Ahora llega el turno de ver cuántos kilómetros se pueden hacer con ese biodiésel, bioetanol o electricidad. Vamos a dar el dato por metro cuadrado de ocupación de suelo y al año. Para ello hay que considerar unos consumos medios de los diferentes coches. En el artículo de Falacias Ecologistas tomaban el dato medio de 7 l/100 km para diésel y 9 l/100 km para gasolina. Yo voy a ser más optimista, y tomaré unas cifras de consumo de motores más eficientes.
- Coche diésel, por ejemplo un Volkswagen Golf 1.6 TDI 105 (del que ya hablamos en Motorpasión Futuro), tiene un consumo medio de 4,2 l/100 km. Ahora bien, el consumo al utilizar biodiésel aumenta, del orden de un 10% o 20%. Si consideramos un 20%, el consumo se quedaría en 5,04 l/100 km.
- Con girasol: 1,52 km.
- Con colza o soja: 1,69 – 1,88 km.
- Con algas: 17,86 – 19,34 km.
- Coche de gasolina, por ejemplo un Renault Megane 1.6 16v 110 CV, tiene un consumo medio de bioetanol de 9,7 l/100 km (un 40% más que si utilizase gasolina) [el dato es oficial, de la propia marca].
- Con maíz, 3,61 – 4,12 km.
- Con caña de azúcar, 8,25 – 9,28 km.
- Coche eléctrico (de baterías, por tanto 100% eléctrico), por ejemplo un Nissan LEAF, tiene un consumo medio de 13,71 kWh/100 km. De todos modos, como a mayor velocidad el consumo aumenta, y también aumenta al usar el aire acondicionado, vamos a considerar una cifra más realista de 17,14 kWh/100 km (lo que significaría una autonomía de 140 km por carga, en lugar de 175 km).
- Con solar fotovoltaica: 217 km.
- Con solar termoeléctrica: 528 km.
Es decir, que con una ocupación de suelo de un metro cuadrado, podemos recorrer 1,52 km (al año) con biodiésel obtenido de girasol, 9,28 km (al año) con bioetanol obtenido de caña de azúcar, 217 km (al año) con energía solar fotovoltaica o 528 km (al año) con energía solar termoeléctrica.
De 1,52 km a 528 km hay una diferencia muy grande. Es así porque además de la diferencia en las eficiencias de los procesos que habíamos citado (fotosíntesis 1%, fotovoltaica 14 – 18%, termoeléctrica aprox. 50%), se añade la diferencia en las eficiencias entre el motor de combustión interna (que todavía es peor al utilizar biocarburantes) y la del motor eléctrico.
Lo más eficiente es utilizar directamente la electricidad en un coche eléctrico
A día de hoy, la manera más eficiente de aprovechar la energía es el coche 100% eléctrico. Con cultivos para biocarburantes necesitaríamos ocupar mucha más extensión de terreno que con paneles solares, en el peor de los casos (girasol frente a solar termoeléctrica) 347 veces más, en el mejor de los casos (algas frente a fotovoltaica) 11 veces más. El suelo no es algo que precisamente nos sobre.
Algunos podréis decir que no se ha tenido en cuenta toda la energía necesaria para fabricar los paneles solares y construir la planta solar. Bien, esta comparativa no deja de ser aproximada. De todos modos hay que decir que los paneles solares se amortizan, económica, y energéticamente, después de unos años (sea un poco más tarde o un poco menos).
No debemos olvidar tampoco que cada año, habría que gastar también energía en el cultivo de las plantas para biocarburantes (arar tierra, abonar, sembrar, regar, fumigar, cosechar, recolectar, procesar…).
Entonces hay quien argumentará que los cultivos vegetales absorben CO₂ y los paneles solares no. Claro, pero un coche con motor de combustión interna vuelve a emitir CO₂ al funcionar, y un coche eléctrico no. Además que con todo el suelo que nos ahorramos, podemos plantar muchos árboles en su lugar.
Hasta que el ser humano no invente otra cosa, los vehículos eléctricos son los más eficientes para aprovechar la energía disponible.
Vía | Ecolaboratorio | Falacias Ecologistas
Fotos | Jazmy (CC) | Langalex (CC)
En Motorpasión Futuro | Nociones básicas sobre biocarburantes (bioetanol y biodiésel) | ¿Ahorra energía un vehículo eléctrico? | ¿Contamina menos un vehículo eléctrico? | Eléctrico VS Diésel: Nissan LEAF frente a Volkswagen Golf
Comentarios
buen articulo,
yo vivo en galicia que esta llena de eólicos, y creo que los eolicos son más eficientes que los paneles solares, con el mismo espacio, producen mucho más ;)
interesante
Hola Ángel.
En este artículo se comparan dos formas que tenemos de aprovechar la energía del sol (sea con plantas, sea con paneles solares).
Los muy técnicos me podrían decir ahora que el viento también está relacionado con el sol, ya que con los cambios de temperatura es como aparecen las corrientes de viento, pero como sería una forma no directa de aprovechamiento del sol, vamos a considerar que la eólica entra en otro saco.
En efecto, como bien dices, la energía eólica está dando un resultado muy bueno en España. En el año 2010 (datos de REE) la eólica aportó el 16% de la energía eléctrica consumida en España.
Para que te hagas una idea (aproximada) un aerogenerador de 3 MW generaría en un año electricidad suficiente para unos 700 coches (que hagan 20.000 km al año cada uno).
Muchas gracias por leernos.
interesante
Excelente artículo ;) Nada como los números para coger perspectiva de las cosas...
Hay que añadir que las placas solares se pueden "plantar" en terrenos áridos o poco practicables para cultivos, mientras los terrenos para "cultivar" fuel hay que quitárselos a cultivos para alimentar personas... en México ya pagan las tortas de maíz al doble de precio por los cultivos de biofuel para USA.
Los biocombustibles sí pueden ser necesarios en usos especializados, como por ejemplo como sustituto del keroseno en los aviones medios y grandes, porque las pequeñas avionetas también pueden ser viables siendo eléctricas.
Todo lo que sea aferrarse a los motores de ciclo térmico que usamos ahora son ganas de tirar energía (y seguir usando aceites contaminantes, no se olvide) y gastar dinero de más. Si ahora se usan masivamente es gracias a la baratísima energía del petróleo, ya empaquetada para regalo por la Naturaleza.
Saludos
¡Muchas gracias Hudson8!
Un saludo.
No me terminan de cuadrar las cifras de energía solar. La energía solar que se recibe en España varía de unos 1300kwh por metro cuadrado y año en el norte hasta los 2200-2400kwh por metro cuadrado y año de las zonas más insoladas (y menos nubosas) Con un rendimiento del 14% son de 182 a 336kwh por año y metro cuadrado.
El dato que poneis de 37,2kwh y 90,5kwh por metro cuadrado y año es muy pequeño ¿no? Se habrá colado algún 10 en las divisiones, porque la solar fotovoltaica saca sobre los 300kwh por metro cuadrado y año y la térmica 900kwh por metro cuadrado y año.
Con lo que el coche eléctrico circularía 2170km con fotovoltaica y 5280 con térmica...
Saludos
Pues verás, los datos son particulares de las plantas solares que se toman como ejemplo, y no cifras teóricas por el soleamiento de España.
Por ejemplo, la planta solar fotovoltaica de Amareleja, según quién la gestiona (Acciona), produce unos 93 GWh al año y ocupa 250 hectáreas de suelo. Esto son 372 MWh por hectárea, o bien 37,2 kWh por metro cuadrado.
Un saludo Hudson8.
Mira estos datos del Ayuntamiento de Hospitalet sobre instalaciones solares en su municipio:
http://www.l-h.cat/webs/mediambient/47374_2.aspx
En el edificio de la calle Cobalto por ejemplo tienen instalada fotovoltaica y térmica:
40 m2 de fotovoltaica con 8050kwh por año, 201,25kwh por metro cuadrado y año.
27 m2 de térmica con 15225kwh por año, 563kwh por m2 y año.
Y hay instalaciones térmicas con 934kwh por m2 y año.
La clave está en que la planta de Almaraleja ocupa 250 hectáreas, pero tiene 2520 heliostatos de 141 m2 cada uno: 355.000 m2, o 35,5 hectáreas efectivas.
Y así la producción energética es de 261kwh por m2 y año. ;)
Con esa producción apenas 14 m2 de placas solares permiten recorrer 20.000km en un año con un coche eléctrico. :)
Saludos
En efecto.
En el artículo hablo de superficie de ocupación de suelo, no de superficie de captación.
Como bien dices, hay soluciones con mayor densidad, que todavía permiten un mayor rendimiento por metro cuadrado (luego todavía mucho mejor para los coches eléctricos).
De hecho, ocupar suelo con paneles solares fotovoltaicos no es la mejor opción. Donde no molestan nada, nada, nada, es en las cubiertas de los edificios. Hay muuuucha superficie disponible, y no ocupamos terrenos que podrían cultivarse (o plantarse de árboles).
Un saludo Hudson8. Muchas gracias.
Muy bueno, independientemente de la exactitud de las cifras y que la energia solar aun tiene mucho que mejorar. Me he quedado sorprendido por la eficiencia de la solar termica.
Efectivamente.
El hecho (aunque algunos no lo vean o lo nieguen) es que la energía solar ya está mejorando y las investigaciones y pruebas en universidades e industrias avanzan muy bien (por ejemplo la eficiencia del 50% en células fotovoltaicas está ya muy muy cerca).
Un saludo Juanki.
Muy buen articulo, números aparte, prefiero la electricidad a los biocombustibles, ya que por experiencia propia son un problema añadido al motor térmico (hablo de biodiesel).
Saludos.
Muchas gracias Nippon-ichi.
Un saludo.
Un diez por el artículos. Me encanta esta Motorpasión Futuro (desde que empezó le puse los cuernos a motorpasión, con la que mantenía una bonita relación de años, pero ahora leo mas aquí) y siempre aprendo muchas cosas y me descubrís mucas otras, y el tema del medio ambiente y las energías alternativas me interesa, pero soy un enamorado de los coches, por lo que esta pagina me es ideal.
Postdata no es peloteo es cierto.
Muchísimas gracias Dalugsx (su tiempo lleva escribir este tipo de artículo).
Ojalá se anime cada vez más gente a leernos.
Un saludo.
-- editado por última vez a las 19:24
A pesar de parecer un pesado, porque esto ya lo he contado en otros post, voy a decir que lo que se comenta es cierto, los vehículos eléctricos son muy eficaces y las placas fotovoltaicas están en un punto muy interesante de su evolución. Pero, mientras vamos cambiando el parque automovilístico hacia los eléctricos, habrá que seguir usando lo que tenemos, y los biocombustibles son una solución temporal.
este artículo es como un dejavu con respecto a la discusión del otro post http://www.motorpasionfuturo.com/industria/abengoa-bioenergia-3000-millones-de-litros-de-biocarburantes-en-2011#to-comments . Cómo diría un político estos datos son discutidos y discutibles, pero en resumen la gran esperanza verde son las microalgas el problemas es que no hay suficiente inversión, por ejemplo un barril de combustible de algas costaría unos 400$ cuando el petróleo cuesta 120$ analaogamente, y para estas no hay problema de espacio ya que se pueden cultivar en cualquier sitio, de ahí a otros biocarburantes sólo se reducen en rendimiento. Construir un coche que funcione con biocombustibles es mas barato ya que no hay que reinventar la rueda, la mayoría de fábricas podrían adptarse sin realizar grandes inversiones. En cambio para electrificar la movilidad necesitarías que toda la infraestructura eléctrica de las ciudades se revolucionara , si ya hay problemas en verano con los transformadores de las ciudades (no hablo de la falta de suministro, sino de los límites técnicos de las infraestructuras de transporte eléctrico) se incendian subestaciones se sobrecargan las líneas porque están obsoletas, es una inversión que las eléctricas no van a asumir, son como telefónica y su par de cobre. Los vehículos eléctricos son muy eficientes y con el mix energético actual reducirían la emisión en un factor de cuatro con respecto los coches de combustión, el gran problema de los coche eléctricos es que no hay minerales suficientes para las baterías necesarias para tanto coche ni aunque descubrieses un salar como el de Bolivia cada año, segundo en estos coches lo mas caro son la batería y los minerales de la electrónica y los motores mas aún cuando estos se extraen en un 90% de UNA mina de china en su mayoría y sus precios no ha hecho mas que aumentar, tercero no hay tiempo físico para reconvertir ni construir tanta fábrica para todos esos coches, cuarto con respecto a la maquinaria pesada no puedes construir un dumper, una retroexavadoras, camiones de transporte, un tractor cuya batería sea tan grande como el propio vehículo, así un largo etc que imposibilitarán el milagro eléctrico sea tan democrático como el de combustión actual. PD# Las microalgas tienen tan al TRE debido a que se le inyecta su comida ( co2 ) a presión , es decir se suelen aprovechar la cementeras y demás industrias de alta emisión de carbono para dar un chute, por así decirlo, a las algas para acelerar su crecimiento, si estas lo absorbieran del aire su TRE sería menos fantástico PD#2 Si tuviera que invertir lo haría por una fotovoltaica porque su precio esta casi en paridad con la red te saldrá en breve mas a cuenta instalarte tu panel que comprarlo a endesa PD#3 No hay problema con las renovables en sí sino es que son difíciles de gestionar, y para crear una nueva planta por así decirlo en el desierto necesitas tirar una línea con todas las perdidas que se producen por las largas distancias, necesitas agua para mantenerlos aunque no lo creas y de eso en el desierto hay poco a parte de todas las infraestructuras secundarias, la interconección con Francia y Portugal son testimoniales, no hay casi bombeo excepto en Aragón, etc ...
Soy el autor de Falacias Ecologistas.
Este es el articulo que yo hubiera deseado escribir si hubiese sabido hacerlo y me quede en un mero boceto..
Es un enorme placer leer el articulo bien escrito, explicado, documentado y con vistosas fotografías.
Muchas gracias
¡Ostras!
¡¡Hola Alb!!
Vaya, ¡pues muchísimas gracias!
El placer es todo mío. Muchas gracias a ti por compartir en tu blog contenidos siempre interesantes.
Un saludo.
Excelente articulo
Nada mejor que unos numero para ver que el biodiesel y los biocombustibles no valen para nada. Ademas hacen aumentar el precio de la comida con lo que los paises pabres pasan ms hambre
No sabia que la termo-solar era tan eficiente en terminos de espacio.
Segun he leido en España somos pioneros en la termo-solar, asi que vamos por bueno camino para no depender mas de los demas paises para conseguir energia
Hola Antonio.
Bueno, tampoco es que los biocarburantes no valgan para nada.
Hay aplicaciones en las que son necesarios (como sustitutos de carburantes derivados del petróleo), sobre todo para maquinaria grande o muy grande.
Por ejemplo, habrá que hacer "bioqueroseno" porque un avión comercial (no una pequeña avioneta, sino un avión grande y que tenga que recorrer largas distancias, no 200 o 300 km) no puede funcionar con electricidad como un coche.
En fin, todos los combustibles alternativos deben tenerse en cuenta, eso sí, teniendo perfectamente claro lo que nos pueden ofrecer, cuáles son sus limitaciones e inconvenientes, y utilizándolos en las aplicaciones donde sean adecuados (y no haya otra opción mejor).
Y por supuesto, a la hora de fabricar biocarburantes, teniendo en cuenta que debemos hacerlo de manera responsable, respetuosa, sostenible, sin caer en aberraciones como talar bosques, esquilmar los recursos hídricos, reducir la superficie de cultivos para alimentos, ni transportar la materia prima medio mundo.
El cultivo local, en tierras que habíamos desechado y en lugares sin problemas de agua, sería lo más razonable.
Gracias por leernos.
En efecto, un buen artículo cara a la productividad por metro cuadrado. Muy orientativo al respecto.
Pero al pensar soluciones para el mundo real no hay que olvidar que el parámetro esencial es la productividad total "por euro".
En el panorama real la biomasa recupera buena parte de su interés, por su bajo coste de instalación y explotación.
Por el contrario, la solar fotoeléctrica se retrasa, por el alto coste de instalación de los paneles. Sólo es rentable con una fuerte subvención, que distorsiona la realidad. Por contra, los costes de operación son bajos.
La solar termoeléctrica es la que tiene una viabilidad más sencilla. Lo que sigue es recuerdo de una conversación con un ingeniero que se ha dedicado a eso.
Esa tecnología está desarrollándose, y el futuro se le presenta muy prometedor. La instalación es más barata que la fotoeléctrica... y la operación más cara. Aquí es donde están peleando por mejorar su competitividad.
Por ahora están con "cilindros parabólicos"; pero piensan que tiene más futuro la concentración: muchos espejos que apuntan a la cabeza de un poste central. Pero todavía no tienen buenas soluciones para esas cabezas: la enorme concentración de energía deteriora pronto el material.
Los cilindros parabólicos son más asequibles con la tecnología actual, pues alcanzan temperaturas menos extremas, pero tienen más pérdidas, mecánicas y térmicas, por pasear el fluido captador por demasiados metros de tubo.
Todas estas centrales tienen una interesante ventaja añadida: pueden almacenar calor en tanques subterrráneos, para luego seguir generando electricidad durante algunas horas nocturnas. O para adaptarse a los picos diurnos.
Hola Buruburu.
Muy muy interesante el aporte. Muchas gracias.
Solo una cosilla: la agricultura en Europa, y los biocombustibles en general, también tienen subvenciones e incentivos.
Gracias por leernos.
-- editado por última vez a las 17:22
interesante
Las primas a la generación fotovoltaico se han reducido a 138€/MWh.
En el caso del biodiesel, resulta mucho mas dificil de calcular ya que se reciben subvenciones y subsidios en cada una de las etapas de producción. La agrícultura esta subvencionada, las plantas de biodiesel, ademas no pagan impuestos especiales.
A través de los valores de consumo de los coches eléctrico y diésel, podemos convertir el valor de la prima eléctrica de €/MWh a €/litro.
138€/MWh*17,14Kwh/100km/5,04litros/100km = 0,47€/litro
¿Recibe el biodiesel mas o menos subvenciones que estos 0,47€/litro que recibe la fotovoltaica?
El biodiesel esta exento de pagar el impuesto especial a los hidrocarburos que es de 0,33€/litro
La agricultura recibe importantes subvenciones, el girasol esta cobrando un 76€/hectárea... eso son otros 0,10€/litro
El biodiesel que se importa de los EEUU o Argentina recibe un subsidio a la exportación de 0,22€/litro(ademas de que su agricultura también esta subsidiada)
La producción de biodiesel también recibe subvenciones...
Sumando todo, parece que el biodiesel necesita mas dinero publico por km recorrido que la fotovoltaica.
Aunque también habría que tener en cuenta que la compra de coches eléctricos también recibe ayudas.
Interesantísimos los datos.
Habría que revisar las subvenciones a los biocombustibles (y no solo a las renovables, como ya se ha hecho con la solar).
Muchísimas gracias Alb.
Me podria alguien explicar algo mas sobre las microalgas?ventajas e incovenientes? Gracias.
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