La renovable centenària de què no has sentit a parlar

Article de Mark Betancourt, traduït per l’equip de Mónverd notícies

Mónverd notícies és un mitjà adherit a la iniciativa Covering Climate Now per a la promoció del periodisme climàtic

Aquest article va aparèixer per primera vegada a Agus’s Eos Magazine i és part de Covering Climate Now, una iniciativa periodística internacional dedicada a millorar la cobertura de la història climàtica.

Benjamin Martin va arribar a la petita illa japonesa de Kumejima per treballar com a professor d’anglès després de graduar-se en una escola de negocis a la zona sense litoral d’Arizona. Ara dirigeix una central elèctrica alimentada amb aigua de l’oceà. “No tinc un títol d’enginyer i faig tot el manteniment de la nostra electricitat”, va dir. “És relativament fàcil”.

La planta, que sembla un encreuament entre un far i un parc infantil genera una potència insignificant, només uns 100 quilowatts. Va ser construït el 2013 per demostrar un procés anomenat conversió d’energia tèrmica oceànica, o OTEC. La idea darrere d’OTEC no és nova i és enganyosament senzilla. Com la majoria de les centrals elèctriques, la instal·lació utilitza líquid vaporitzat per fer girar una turbina i generar electricitat. La diferència és que en lloc de cremar combustible, la planta obté la seva energia de l’aigua escalfada pel sol de la superfície de l’oceà. L’aigua freda bombejada des d’uns centenars de metres de profunditat torna a refredar el vapor, creant un motor tèrmic.

De moment, Kumejima depèn principalment del combustible dièsel, amb un cost més elevat, per proporcionar electricitat als seus 8.000 residents. Però els residents de l’illa esperen algun dia trencar aquesta dependència construint una planta OTEC de 5 megawatts que amb una mica d’energia fotovoltaica podria cobrir tota la seva demanda energètica.

Aquest esforç seria car, i el pla és ajudar a pagar-lo compartint la canonada d’admissió d’aigua freda amb les diverses indústries d’aigua freda que ja prosperen a l’illa, des de la cria de gambes fins a un balneari d’aigües profundes, o a hivernacles on l’aigua refreda el sòl perquè sigui la temperatura òptima per al cultiu d’espinacs. Fins i tot es pot utilitzar aigua de mar freda per a l’aire condicionat.

“El nostre centre d’investigació es refreda amb aigua de mar profund, la qual cosa redueix la quantitat d’energia que necessitem per refredar-nos al voltant d’un 90%”, va dir Martin, que també exerceix de secretari general de l’Associació d’Energia Tèrmica de l’Oceà, un grup amb membres de tot el món que volen veure OTEC desplegat i expandit al sector elèctric.

Sobre el paper, tenen raó de ser optimistes. El potencial teòric de l’OTEC és immens. Podria produir almenys 2.000 gigawatts a tot el món, rivalitzant amb la capacitat combinada de totes les centrals elèctriques de carbó del món en el seu millor dia. I a diferència de moltes energies renovables, OTEC és una font de càrrega base, el que significa que pot funcionar les 24 hores del dia, els 7 dies de la setmana, sense fluctuacions en la producció.

Però les condicions necessàries perquè el procés sigui viable —almenys una diferència de 20 °C entre les aigües superficials i les profundes— només es produeixen prop de l’equador, lluny de la major part de la demanda d’energia del món i de gran part de la seva riquesa.

És per això que, malgrat la seva senzillesa i dècades de petites i reeixides demostracions, OTEC encara no s’ha consolidat a la indústria de l’energia renovable. Els seus elevats costos de capital inicials han allunyat els inversors, sobretot perquè altres energies renovables com la solar i l’eòlica s’abarateixen a cada minut.

Però llocs com Kumejima i desenes de petits estats insulars, molts d’ells entre els països més pobres del món, podrien beneficiar-se enormement de l’energia tèrmica oceànica. Si poden recaptar els diners per començar, la independència energètica i la neutralitat de carboni poden estar literalment a la seva porta.

“L’illa espera estar 100% lliure de carboni l’any 2040”, va dir Martin sobre Kumejima. “Però necessitem OTEC per arribar-hi”.

Més que un motor de calor

L’univers funciona sobre els contrastos i les forces de l’entropia. L’energia tèrmica, per exemple, no es genera per la calor, sinó per la seva capacitat de fer feina a mesura que es refreda. Fins i tot una quantitat modesta de calor pot fer la feina, sempre que hi hagi un gradient de temperatura a explotar.

La majoria dels sistemes OTEC utilitzen amoníac líquid, que té un punt d’ebullició molt baix, com el que s’anomena “fluid de treball”. L’aigua calenta de la superfície de l’oceà flueix a un intercanviador de calor, on fa que l’amoníac s’evapori. (Altres sistemes “oberts” utilitzen la mateixa aigua de mar com a fluid de treball, primer exposant-la al buit per reduir el seu punt d’ebullició.) A mesura que el vapor s’expandeix, flueix al voltant de les pales d’una turbina. Aleshores, el vapor entra a un altre intercanviador de calor, on l’aigua freda bombejada des de l’oceà profund fa que es torni a condensar. El diferencial de pressió entre les dues cambres a banda i banda de la turbina atreu el vapor d’una a l’altra, fent girar la turbina i generar electricitat. Una part d’aquesta electricitat s’utilitza per fer funcionar les bombes. El que queda pot alimentar la xarxa.


Gràcies per confiar en nosaltres per informar-te. Per favor, considera compartir la nostra tasca.


A primera vista sembla un procés dolorosament ineficient; només entre un 2% i un 3% de l’energia de l’aigua de mar es converteix en electricitat. Però el combustible és gratuït i pràcticament infinit. La sortida només està limitada per la quantitat d’aigua que podeu bombejar alhora.

I aquí hi ha el frec. Perquè l’OTEC sigui viable, és a dir, que sigui competitiva amb altres energies renovables com l’eòlica i la solar, les plantes han de ser enormes. Per apropar-se al cost mitjà del vent o del solar de 0,02 a 0,06 cèntims per quilowatt-hora, una planta OTEC hauria de mantenir l’equivalent a quatre cascades del Niàgara fluint pels seus intercanviadors de calor en tot moment.

Una planta OTEC de 100 megawatts (l’equivalent a unes 202 hectàrees de plaques solars) necessitaria una canonada d’admissió d’aigua freda d’entre 7 i 10 metres de diàmetre per funcionar de manera eficient. Només per escalar una planta modesta d’1 megawatt, Kumejima espera gastar entre 60 i 80 milions de dòlars en una canonada d’1,5 metres.

Fins ara, el finançament per a aquest tipus de salt de fe s’ha demostrat que no és fàcil. “OTEC pot ser competitiu en costos”, va dir Martin. “És que ningú encara ho ha fet”.

La maledicció del primer

El concepte d’utilitzar aigua de l’oceà calenta i freda per generar electricitat és tan antic com la generació d’electricitat en si. El científic francès Jacques-Arsène d’Arsonval va teorizar el procés l’any 1881, de la mateixa manera que la idea d’utilitzar una màquina de vapor per fer girar bobines de filferro de coure al voltant d’un imant estava emergint com a font d’energia comercial i industrial. El seu alumne Georges Claude, un emprenedor rebel i de cap dur que es va fer ric venent llums de neó, va construir la primera planta d’OTEC a Cuba l’any 1930. Al principi, amb un optimisme arrogant, finalment va admetre que el seu funcionament costava unes 4 vegades més energia de la que generava.

I Claude va tenir molts problemes amb la canonada d’aigua freda. Va enfonsar un grapat de fracassos a la badia de Matanzas, perdent un milió de dòlars amb cada intent. El que finalment va funcionar va ser destruït per un huracà.

La moralitat de la història de Claude és que quan es tracta de màquines grans i noves, el fracàs és car. I fins i tot abans que Claude hagués començat la seva demostració menys que convincent, el carbó s’havia convertit en omnipresent com a combustible per a les centrals elèctriques a gran escala. A diferència de l’aigua de mar a dues temperatures, el carbó (i, més tard, el petroli i el gas natural) era perniciosament fàcil d’enviar a qualsevol part del món.

Esquema de funcionament d’una planta d’OTEC. Font: Makai Ocean Engineering Inc.

Com era previsible, l’interès global per OTEC ha seguit els preus del petroli. Després de les crisis dels anys setanta, el president Jimmy Carter va signar un projecte de llei que demanava que 10.000 megawatts de capacitat OTEC estiguessin en funcionament el 1999. Aleshores, el preu del petroli es va estabilitzar, les administracions van canviar i, a part d’uns quants projectes demostratius, no va passar res.

Els projectes OTEC van començar a sorgir de nou després de la crisi financera del 2008, juntament amb una preocupació creixent pel canvi climàtic. Makai Ocean Engineering, amb seu a Hawaii, va ser el primer a connectar una planta OTEC a la xarxa elèctrica dels Estats Units. Però, com les instal·lacions de Kumejima, va ser una demostració temporal, generant només prou electricitat per fer funcionar unes 120 cases. La canonada d’aigua freda encara funciona, però, permet que una pesquera local creixi i vengui llagostes de Maine.

S’han anunciat plans per a una vintena de projectes OTEC a petita escala, inclòs a Bora Bora, on un complex ja utilitza aigües de mar profund per a la climatització; Xina; Martinica; i Puerto Rico. Però aquesta vegada, l’augment meteòric de l’energia eòlica i solar simplement ha superat les renovables marginals com OTEC.

El principal avantatge de l’eòlica i solar és la seva modularitat. La tecnologia es pot provar a gran escala amb una sola turbina o panell; l’augment d’escala és una qüestió de fabricar-ne més. L’OTEC, en canvi, requereix una inversió enorme —i el risc que hi ha— abans que es generi el primer quilowatt.

Els possibles inconvenients d’instal·lar una veritable planta comercial OTEC poden venir de circumstàncies inesperades. L’Institut de Recerca de Vaixells i Enginyeria Oceànica de Corea té previst instal·lar una planta d’1 megawatt a terra a l’atol de Tarawa a Kiribati, al mig del Pacífic. Els components de la planta es van provar amb èxit en una barcassa a la costa de Corea el 2019, generant el corrent OTEC més gran fins ara, uns 338 quilowatts, fins i tot en condicions subòptimes. Però el projecte es va aturar quan la pandèmia de COVID-19 va augmentar el cost d’enviament dels components a Kiribati.

George Hagerman, científic sènior del projecte al Centre d’Oceanografia Física Costanera de la Universitat d’Old Dominion, es pregunta si l’OTEC mateix està preparat per al seu moment. El motiu principal no ha canviat durant gairebé cent anys.

“El gran risc, el gran desconegut, el gran assassí per a OTEC, i és el que en realitat va destruir la planta de George Claude a Cuba, és la canonada d’aigua freda”, va dir Hagerman.

L’espina quilomètrica de l’OTEC

La majoria dels entusiastes d’OTEC estan d’acord que les grans plantes a terra serien massa cares, sobretot perquè la canonada d’aigua freda hauria de ser massa llarga. Baixeu aproximadament un quilòmetre pràcticament a qualsevol part del món, i sentireu una gelada de 4 °C, però córrer la canonada des de la costa augmenta aquesta distància i exposa una canonada fixa a l’impacte de les onades i els corrents.

Per mantenir la canonada més curta i evitar aquesta exposició, la planta es podria muntar en una barcassa o plataforma i estacionar-se on una canonada flexible es podria suspendre directament a l’aigua freda. L’energia es podria fer arribar a terra mitjançant el mateix tipus de cable que utilitzen actualment les instal·lacions eòliques en alta mar.

Les zones òptimes per a aquestes tecnologies són les zones properes a l’equador, on trobam una diferència de temperatura major. Font: DOE/NREL/ALLIANCE

Encara hi ha el problema de fer que la canonada sigui prou ampla per extreure quantitats massives d’aigua de manera eficient. Els defensors d’OTEC diuen que es tracta principalment d’ajustar els dissenys i els materials que s’apliquen actualment en altres indústries que mouen grans volums d’aigua.

Però Hagerman, que ha estat investigant i desenvolupant la tecnologia de l’energia oceànica durant 40 anys, sap que no és tan fàcil. Fins i tot els dissenys que semblen senzills poden trobar-se amb reptes inesperats i costosos, especialment en l’entorn caòtic del mar. “Quan la gent realment ha de construir coses que han de sobreviure a l’oceà i estar assegurades, els costos es doblen. Les primes de l’assegurança es tripliquen”, va dir. “I, de sobte, el que semblava bé quan ho vau anunciar, en realitat no podeu obtenir finançament per construir”.

Hagerman creu que seria millor renunciar completament a la canonada d’admissió suspesa, substituint-la per un túnel sota el fons de l’oceà. Un túnel seria més fàcil de dissenyar tan ample com sigui necessari per fer que l’OTEC sigui rendible i podria portar aigua freda a terra a una planta fixa (on també podria alimentar empreses de costos compartits com l’aqüicultura i l’aire condicionat) o a una barcassa mòbil que podria separar-se del túnel i sortir al mar en cas de tempesta.

“Elon Musk està fent túnels per tot arreu ara mateix”, va dir Hagerman, que va suggerir que OTEC és el projecte perfecte per a un multimilionari conscient del clima. “Tindreu bàsicament un conducte d’admissió d’aigua freda permanent a una illa o una costa, i seria allà per a la vida del planeta”.

Segons Hermann Kugeler, director de desenvolupament empresarial de Makai, la canonada d’aigua freda és una part inherentment cara del sistema OTEC. “Hem fet el que hem pogut, però aquest és l’únic cost [per al qual] no veiem molta més reducció”, va dir.

En canvi, l’enfocament recent de Makai ha estat construir intercanviadors de calor més barats que no s’oxidin. L’acidesa relativa de l’aigua del mar profund és dura per a l’alumini, que compon la majoria de components comercials, de manera que el segon intercanviador de calor ha d’estar fet de titani car. Kugeler va dir que el seu equip ha estat elaborant un disseny que utilitza plaques molt més primes per separar l’aigua de mar i el fluid de treball i, per tant, requereix menys titani per construir. També és significativament més petit i lleuger, cosa que redueix el cost de muntar-lo en una plataforma.

Tot i que una planta de 100 megawatts encara pot ser només teòricament possible, “una escala comercial de 10 megawatts és probablement comercialment viable avui amb aquesta tecnologia”, va dir Kugeler.

Un nínxol de mercat

Això pot ser suficient per colar l’OTEC a l’espai comercial. Dan Grech, el jove i exuberant conseller delegat d’una start-up del Regne Unit anomenada Global OTEC, desafia la idea que una planta tèrmica oceànica ha de ser enorme per ser viable. En lloc de fer les plantes més grans, vol mantenir-les relativament petites i redimensionar el mercat, és a dir, les nacions insulars disperses que no necessiten gaire poder però que necessiten estendre’s per una àmplia àrea.

“El nostre pla és estandarditzar la major part possible de la plataforma OTEC perquè es pugui produir en massa per al desplegament més ampli possible”, va escriure Grech en un correu electrònic. Ha descobert que unes quantes dotzenes de petites nacions insulars tenen una capacitat instal·lada combinada d’uns 12.000 megawatts (amb prou feines l’1% de la capacitat instal·lada només dels Estats Units) i la major part es genera amb combustibles fòssils.

“Anualment, gastem més de 20.000 milions de dòlars anuals en importacions de petroli”, va dir Albert Binger, secretari general de l’Organització per a l’energia sostenible i la resiliència al clima (SIDS DOCK), una coalició centrada en el clima i l’energia, de l’Organització per a l’energia sostenible i la resiliència climàtica (SIDS) dels Petits Estats Illes en Desenvolupament (SIDS) de 32 petits estats insulars en desenvolupament. Més de 6.000 milions de dòlars d’aquest petroli col·lectiu es cremen per obtenir energia. És una despesa que no es poden permetre. Binger va afegir que moltes petites nacions insulars encara no s’han recuperat del deute en què van incórrer durant la crisi del petroli que va començar l’any 1979. Això és en part perquè el petroli costa més als llocs petits i remots; els proveïdors veuen comandes modestes amb costos d’enviament astronòmics i augmenten els preus.

I la volatilitat dels preus del petroli frena les economies de les petites illes, va dir Binger, perquè les empreses no poden confiar en una electricitat assequible de manera constant per produir els seus béns. “Si abans [SIDS] haguéssim agafat molts d’aquests diners i els haguéssim posat [en] els sistem[es] OTEC anteriorment, ens trobaríem en una situació completament diferent”, va dir Binger. “Necessitem una font d’energia que sigui segura, fiable i que tingui un preu força bo”.

Molts dels arxipèlags que formen les nacions insulars són els cims exposats de les cadenes muntanyoses submergides de volcans extints anomenats muntanyes submarines. Les seves costes són més semblants als penya-segats, i es poden trobar aigües de quilòmetres de profunditat a pocs quilòmetres de la costa. Aquesta batimetria els fa perfectes per a l’OTEC.

“Tenim més oceà que la UE [La Unió Europea] té terra”, va dir Binger sobre les petites nacions insulars; de fet, és 16 vegades més. Per tant, per definició, hi ha molt poc espai de construcció per a les renovables terrestres. La major part de l’atol en forma de V que comprèn la capital de Kiribati, per exemple, té menys d’un quilòmetre d’amplada. “Cada megawatt de solar que posem significa unes 2 hectàrees de terra treta d’alguna cosa o no disponible per a alguna cosa”, va dir Binger.

El 2021, SIDS DOCK va signar un acord amb Global OTEC per desenvolupar l’energia tèrmica oceànica, començant amb una petita barcassa d’1,5 megawatts a São Tomé i Príncipe, davant de la costa central d’Àfrica. El pla és utilitzar aquesta primera barcassa per demostrar el model i, a continuació, augmentar-ne una o més barques més grans durant els anys següents. Com Kiribati, moltes illes també estan considerant les plantes a la costa: les indústries secundàries d’aigua freda associades com les de Kumejima podrien aportar llocs de treball molt necessaris. Els sistemes OTEC oberts, que dessalineixen l’aigua de mar a mesura que es vaporitza, també podrien produir aigua dolça a les illes on cada cop és més escassa.

I malgrat els seus recursos limitats, tots els països SIDS DOCK són signataris de l’Acord de París. Això és irònic tenint en compte que molts d’ells són embornals nets de carboni; la seva aigua oceànica i la seva biomassa tropical absorbeixen més diòxid de carboni del que emet la seva població humana. Però, va dir Binger, els països insulars estan a l’avantguarda de la conversió a les energies renovables per autopreservació; alguns podrien ser engolits completament per la pujada del mar si el canvi climàtic no es frena.

“Si no pots parlar per tu mateix quan ets vulnerable, no pots culpar a ningú més”, va dir.

“Un punt d’inflexió”

Els investigadors de la Universitat d’Hawai’i a Mānoa han estat treballant els impactes ambientals de l’OTEC, en cas que s’assentés realment al mercat. Van trobar que una planta OTEC tindria un efecte insignificant en el medi físic de l’oceà al seu voltant. Però, què passa amb milers de plantes a tot el món?

A una escala global massiva amb una alta densitat de plantes, els sistemes OTEC barrejarien prou aigua de mar per anul·lar el gradient tèrmic que fa que el procés funcioni. “La idea bàsica és que OTEC s’autolimita”, va escriure en un correu electrònic Gérard Nihous, que es va retirar recentment de la Universitat de Hawaii, “i podria tenir, a una escala suficient, conseqüències no esperades ni desitjades”.

L’oceà és immens, però, i hi ha espai per a moltes plantes OTEC. En un article de 2018, Nihous i dos col·legues més de la Universitat d’Hawai’i van escriure que fins a 15.000 plantes, separades a 30 quilòmetres entre elles i a 100 quilòmetres de terra, evitarien qualsevol interrupció a gran escala (encara que totes fossin enfonsades). a l’oceà alhora, cosa que no serien). Aquestes plantes generarien més de 2 terawatts d’electricitat, fent d’OTEC una manera viable, amb altres renovables, d’ajudar a alimentar el món.

Per descomptat, tot això és teòric. Igual que Kumejima i qualsevol altre lloc que vulgui aprofitar l’energia tèrmica de l’oceà, SIDS DOCK i Global OTEC encara busquen finançament per començar fins i tot els seus modests projectes. És una frustrant situació que es bloca a ella mateixa: la inversió gairebé segurament seguiria una planta OTEC d’èxit que genera energia a escala comercial, per exemple, 10 megawatts. Un informe recent d’Ocean Energy Systems, part de l’Agència Internacional de l’Energia, suggereix que fins i tot 2,5 megawatts serien suficients per sufocar les pors dels inversors sobre la canonada d’aigua freda.

Però això no pot passar sense inversió. Els empresaris l’anomenen la “vall de la innovació de la mort”.

Hi ha la possibilitat que el bitllet de sortida de l’OTEC a fora de la vall sigui com a complement dels seus rivals, l’eòlica i la solar. “A mesura que augmenta la penetració a la xarxa d’aquests, hi haurà una necessitat bastant important d’emmagatzematge d’energia o alguna cosa per proporcionar energia de càrrega base, cosa que fa OTEC”, va dir Kugeler. Si es té en compte el cost de l’emmagatzematge, va dir, el preu per quilowatt hora d’OTEC sembla competitiu.

Però cal veure quant de capital global s’estalviarà per a una tecnologia que no tothom al món pot utilitzar.

Tim Ramsey, gerent del programa d’energia marina a l’Oficina de Tecnologies d’Energia de l’Aigua del Departament d’Energia dels Estats Units (DOE), va dir que el potencial d’OTEC no es pot realitzar fins que no estigui lliure de limitacions geogràfiques. Aquesta perspectiva no és tan exagerada com pot semblar.

Les mateixes tecnologies d’emmagatzematge d’electricitat que s’estan desenvolupant per estabilitzar les renovables intermitents com l’eòlica i la solar també podrien impulsar l’OTEC. Imagineu-vos vaixells transportant bateries massives i carregades des de plantes oceàniques remotes fins al continent. O les plantes autopropulsades (barcasses mòbils) podrien caçar els millors gradients de temperatura i utilitzar l’energia OTEC per produir combustible d’hidrogen i després enviar-lo a tot el món. Això obriria un camí completament nou dins del mercat energètic, especialment en benefici de les nacions en desenvolupament que controlen els oceans càlids.

Ramsey va dir que això és part del motiu pel qual OTEC encara està al radar del DOE. “És una d’aquestes coses que potencialment hi haurà un punt d’inflexió on, de sobte, l’economia té sentit i només esclata i ho veus a tot arreu”, va dir.

Això pot ser de poca comoditat per als milions d’insulars que actualment viuen sota la pressió d’una energia dièsel cara i destructiva. Tota l’energia neta que necessiten s’estén en totes direccions, fins on es pot veure. Però sense inversors que estiguin disposats a fer el pas, està fora de l’abast.

Després d’haver observat com l’aigua de mar ha mantingut la seva petita comunitat insular a Kumejima, Martin està segur que s’acosta el dia de l’OTEC; la gent només ha d’entendre-ho. Això és fàcil si veuen que funciona. Quan els escolars locals venen a visitar la planta de prova de 100 quilowatts, els convida a tocar les dues canonades d’admissió que surten de l’oceà.

“Se sent el fred, se sent la calor”, va dir. “És fàcil.”

Imatge de portada: Okinawa Prefecture Industrial Policy Division

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out /  Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out /  Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out /  Canvia )

S'està connectant a %s