Podríamos Alimentar Al Mundo Entero Aprovechando La Energía Solar Del 1% Del Sahara

¿Es posible que el mundo cambie a la generación de energía nuclear? Si es así, ¿sería eso un buen contrapeso al calentamiento global? apareció originalmente en Quora: la red de intercambio de conocimientos, donde las preguntas convincentes son respondidas por personas con conocimientos únicos.

Respuesta de Mehran Moalem, PhD, UC Berkeley, Profesor, Experto en Materiales Nucleares y Ciclo del Combustible Nuclear, sobre Quora:

He impartido cursos de Ingeniería Nuclear y algunos cursos de seminarios sobre energías alternativas. También trabajé durante dos años en la creación de seis fábricas solares en todo el mundo. A pesar de mi gusto personal por la ingeniería nuclear, tengo que admitir que es difícil argumentar a favor de ella. Aquí está la matemática simplificada detrás de ella.

El consumo total de energía mundial (carbón+petróleo+hidroeléctrica+nuclear+renovable) en 2015 fue de 13.000 Millones de Toneladas Equivalentes de Petróleo (13.000 MTEP) – ver Estadísticas de Consumo de Energía Mundial &. Esto se traduce en 17,3 Teravatios de potencia continua durante el año.

Ahora, si cubrimos un área de la Tierra de 335 kilómetros por 335 kilómetros con paneles solares, incluso con eficiencias moderadas que se pueden lograr fácilmente hoy en día, proporcionará más de 17,4 TW de potencia. Esta área es de 43.000 millas cuadradas. El Gran Desierto del Sahara en África es 3.6 millones de millas cuadradas y es ideal para la energía solar (más de doce horas al día). Eso significa que el 1,2% del desierto del Sahara es suficiente para cubrir todas las necesidades energéticas del mundo en energía solar. No hay manera de que el carbón, el petróleo, el viento, la energía geotérmica o la energía nuclear puedan competir con esto. El costo del proyecto será de unos cinco billones de dólares, un costo único a los precios actuales sin ningún ahorro de economía de escala. Eso es menor que el costo de rescate de los bancos por parte de Obama en la última recesión. Es más fácil imaginar que el costo es 1/4 de la deuda nacional estadounidense, e igual al 10% del PIB mundial de un año. Por lo tanto, este costo es bastante pequeño en comparación con otros gastos en el mundo. No hay futuro en otras formas de energía. En veinte o treinta años, la energía solar reemplazará todo. Todavía habrá necesidad de combustibles líquidos, pero es probable que sea hidrógeno producido por la electrólisis del agua y el alimentado por energía solar. Luego, los petroleros y los oleoductos transportarán ese hidrógeno por todo el mundo. También se pueden imaginar baterías de circonio o titanio que almacenen grandes cantidades de hidrógeno.

Por cierto, tenga en cuenta que el costo de una planta nuclear de 1 GWe (gigavatios eléctricos) es de aproximadamente tres mil millones de dólares. el costo de la energía nuclear de 17,3 TW será de cincuenta y dos billones de dólares o diez veces el de la energía solar, incluso si se resuelven todos los demás problemas con la seguridad y el suministro de uranio.

Dicho esto, hay una aplicación de nicho para la energía nuclear. Tiene la densidad de potencia más alta de cualquier generación y dura más tiempo sin repostar. Así que donde el espacio es limitado o como en el espacio lejos del sol, o en submarinos, la energía nuclear tiene sentido.

Notas adicionales:

Ha habido un notable interés en este tema y se han hecho algunas preguntas muy buenas. Es justo presentar aquí las preguntas y respuestas.

Pregunta: ¿Qué se requiere para lograr los factores de capacidad solar discutidos en esta propuesta?

Respuesta: Es posible que haya escuchado un factor de capacidad del 25% mencionado para los paneles solares. El factor de 25% significa esencialmente que un panel de doscientos vatios solo produce cincuenta vatios cuando se promedia durante veinticuatro horas. De hecho, este bajo número es un subproducto artificial de la elección del sitio de instalación. La mayoría de las instalaciones pequeñas se realizan en tejados de Europa (Alemania en particular) y Estados Unidos. La distribución del flujo solar tiene una fuerte dependencia de la latitud. En la región del ecuador (latitud alrededor de cero), el sol brilla cerca de lo normal y la densidad de potencia puede ser de hasta mil cuatrocientos vatios por metro cuadrado. A una latitud de cuarenta y cinco grados, la densidad de potencia disminuye al menos un factor de dos. Las principales ciudades de Estados Unidos se encuentran alrededor de treinta y siete latitudes del Norte y Europa es aún más alta. Además de eso, en estas regiones, una parte significativa del año tiene días nublados y lluviosos que reducen aún más la energía neta disponible. Es concebible que una empresa importante en la producción solar a escala industrial aproveche las vastas tierras ecuatoriales disponibles. El sitio propuesto aquí como ejemplo en el Sahara Africano se encuentra en el Ecuador y hay muy pocos días nublados al año, si es que hay alguno. La tierra del desierto del Sáhara es barata y en su mayoría no se utiliza y, como tal, está fácilmente disponible para su utilización. En esta propuesta, se supone que una densidad media anual de potencia de ciento cincuenta y cinco vatios por metro cuadrado, en comparación con los valores máximos de mil trescientos cincuenta a mil trescientos setenta Vatios/m2, representa un factor de capacidad de apenas el 11%. Dadas las doce horas diarias en Sahara y las eficiencias actuales de más del 22% para los paneles solares, este valor promedio es ciertamente alcanzable.

Pregunta: ¿Qué se requiere para lograr los costos solares discutidos en esta propuesta?

Respuesta: Los costos actuales del panel ascienden a unos cincuenta y cinco centavos por vatio. Hay costos adicionales para la instalación de paneles e inversores. Los inversores son dispositivos que convierten la salida de Corriente Continua (CC) de los paneles en Corriente Alterna (CA) necesaria para la transmisión de larga distancia. Los costos totales actualmente oscilan entre noventa centavos y un dólar por vatio instalado. En esta propuesta hemos asumido los realistas treinta céntimos por vatio. Hay dos factores principales que deben tenerse en cuenta a este respecto. En primer lugar, la economía actual se basa en proveedores externos, como paneles fabricados por fabricantes chinos. Para una utilidad que instala teravatios de energía, hay pocas razones para comprar a terceros y enriquecer a los fabricantes. Dado que los fabricantes obtienen hasta veinte centavos de ganancia por vatio, una instalación de producción a gran escala se beneficiará plenamente de ese costo más bajo si producen sus propios paneles. Si los proveedores chinos de paneles quieren beneficiarse de esta empresa, deben ser parte inversores y suministrar los paneles al costo y obtener sus beneficios de la venta de los paneles eléctricos, no. En cuanto a los costos del inversor, tenga en cuenta que el principal uso de energía fósil en el mundo no es para la generación de electricidad. Los combustibles fósiles se utilizan para el funcionamiento de automóviles, la calefacción de casas, la propulsión y otros usos industriales. Es concebible que el principal uso de una instalación solar a gran escala como la anterior, que desplaza a todas las demás generaciones del mundo, sea la producción de combustibles respetuosos con el medio ambiente, como el hidrógeno. El hidrógeno se puede producir por electrólisis del agua y la energía de CC solar se puede utilizar fácilmente para la electrólisis sin necesidad de inversores. Una vez que se produce hidrógeno, puede ser transportado por tuberías y camiones cisterna a cuatro rincones del mundo como combustible para automóviles, fábricas, calefacción doméstica, etc. Las baterías reutilizables a gran escala también se pueden hacer de circonio y titanio que almacenarán hidrógeno en la forma sólida segura: – D. Por último, cualquier coste de este tipo son costes de infraestructura, no costes energéticos. Actualmente no contamos el costo de construir carreteras, camiones cisterna y líneas de transmisión de alto voltaje como parte del costo del combustible. Esos son costos que cualquier civilización soportará para brindar comodidad a sus ciudadanos, ya sea la fuente de energía solar, fósil o nuclear.

Pregunta: ¿Hay alguna otra preocupación ambiental con el uso de energía nuclear o solar que deba considerarse junto con el calentamiento global?

Respuesta: Hay algunas preocupaciones.

• La energía nuclear requiere rechazo de calor. La eficiencia neta de una planta es del 30 al 32% debido a las restricciones con el ciclo de agua/vapor. Los HTGR (Reactores de gas de alta temperatura) que usan CO2 y helio pueden empujar esto hasta un 50%, pero están siendo mal vistos debido a otros problemas. En cualquier caso, esto significa que por cada Vatio de electricidad producido por reactores nucleares hay que rechazar dos Vatios al medio ambiente. Con la energía nuclear al 10% de la red eléctrica y al 2% de la producción total de energía, esto es tolerable. Sin embargo, si uno va mucho más allá de eso, nos quedamos sin capacidad de rechazo, como ha sucedido en Francia. El agua caliente que fluye de vuelta de los condensadores de las centrales eléctricas es destructiva para el ecosistema de océanos y ríos donde se rechaza este calor. En la imagen de la planta nuclear de arriba, las dos grandes pilas que ve no son pilas de humo, ya que las plantas nucleares no tienen humo (en comparación con el carbón). Son para rechazar el calor al aire. No podemos tener una producción de energía nuclear de 17,5 TW, ya que requiere un rechazo de calor de 35 TW al medio ambiente a menos que se inventen e implementen algunas nuevas tecnologías a gran escala para la recuperación de calor rechazado. Las aguas cálidas de los océanos y ríos mejoran la vida de las plantas parásitas y cambian la vida marina normal. También son perjudiciales para las poblaciones de peces actuales, lo que resulta en una selección antinatural.
• La producción de paneles solares no es ambientalmente benigna en este momento. El proceso de producción actual utiliza tecnología de fabricación de semiconductores que genera contaminación. Una vez más, a los pequeños niveles actuales, no es un gran problema, pero a las 17 TW, es necesario idear soluciones para neutralizar esas toxinas y reducir la contaminación. La tecnología actual de producción de paneles solares también utiliza grandes cantidades de energía y eso puede convertirse en un factor a considerar para la sostenibilidad.

Pregunta: ¿Hay alguna preocupación por dañar el ecosistema del desierto cuando se usan los desiertos como granjas de producción solar?

Respuesta: Esta es la menor preocupación de todas. El proyecto propuesto, como se muestra, solo necesita el 1,2% del Sahara Africano para reemplazar todas las formas de producción de energía en el mundo. Esa es una parte tan minúscula en comparación con el área desértica total del mundo. También salvará vastas extensiones de tierra que actualmente sufren de extracción de carbón y de contaminación por lluvia ácida, por no decir nada sobre posibles regiones de tierra radiactiva en caso de accidentes nucleares. Además, el ecosistema sahariano quizás florezca mejor a la sombra bajo la parte trasera de los paneles. La erosión actual de los desiertos provoca grandes tormentas de arena que contaminan y contaminan el aire en las partes civilizadas de África y Oriente Medio. La contaminación por PM10 y PM2, 5 está en niveles épicos en muchas de estas sociedades en crecimiento. Las granjas solares realmente beneficiarán la vida al estabilizar la arena. Los residentes de estas regiones del mundo probablemente desearían que el proyecto fuera más grande y abarcara más áreas.

Esta pregunta apareció originalmente en Quora. Haz una pregunta, obtén una gran respuesta. Aprenda de los expertos y acceda al conocimiento interno. Puedes seguir a Quora en Twitter, Facebook y Google+. Más preguntas:

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