Biocarburantes VS Electricidad: plantas frente a paneles solares

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

NOTA | Artículo orginalmente publicado el 6 de junio de 2011 en Motorpasión Futuro, por Ibáñez