México enfrenta una perentoria necesidad de transitar a fuentes renovables de energía ante el inminente agotamiento de la principal fuente convencional: los combustibles fósiles. Para iniciar es necesario decir que, en su justa dimensión, esta transición va a requerir de profundos cambios económicos y sociales cuya viabilidad dependerá de dos cosas: i) que sean justos y ii) que involucren a todos los sectores sociales.

En un magnífico artículo publicado el 5 de febrero en esta misma columna, mi colega Antonio del Río (IER-UNAM) enfatizó la complejidad de la transición energética y citó una frase emitida por la IRENA (International Renewable Energy Agency) que me parece justificado reproducir aquí: “Para garantizar que la transición energética sea lo suficientemente profunda y rápida, las estructuras de los sistemas de energía deben ser modificadas para que se fomente el uso máximo y óptimo de las fuentes y tecnologías de energía renovable. Simplemente ajustarlos no será suficiente para apoyar la transición. Se necesita un cambio de paradigma que implique el rediseño de las estructuras del sistema de energía, haciéndolas adecuadas para un sistema de energía basado en renovables.” No sólo esto, Antonio remarcó también lo que significa la premisa “Primero los pobres” para la transición energética: “…  se debe considerar que los precios de la electricidad se alinearían con los costos y, que un sistema energético que permita la generación distribuida fomentará un valor social adicional que conduzca a construir el bienestar social al minimizar los subsidios liberando recursos para los fines sociales.” En esta frase está encerrado el fondo de la importancia y la trascendencia de la transición energética para los sectores desfavorecidos de nuestro país. Las acciones que la transición energética implicará son complejas: i) transición a fuentes de energía renovables, ii) reconversión de las industrias hacia la sustentabilidad y la eficiencia energética, iii) renovación de las edificaciones y de las técnicas de construcción hacia la eficiencia energética, iv) transformación de la movilidad hacia alternativas de transporte limpias y eficientes, v) desarrollo de “ciudades verdes” y protección de los ecosistemas, vi) cambio de los hábitos de consumo y alimenticios.

Todo ello requiere no sólo de cantidades ingentes de dinero sino, y sobre todo, de la participación comprometida de los científicos, ingenieros y técnicos de todo el país.

La búsqueda de nuevas rutas de aprovechamiento de fuentes de energía renovables y la reducción en el uso de combustibles fósiles en un mundo en el que la demanda de energía se incrementa día a día es un verdadero reto científico y técnico.

Por ejemplo, la cosecha de calor, ya sea proveniente del Sol o de procesos disipativos de aplicaciones industriales y de otro tipo, para producir energía se ha convertido en un área de interés y de investigación activa en todo el mundo. La cantidad de energía disipada en diversos procesos susceptible de ser cosechada para convertirla en electricidad es enorme.

Para valorarla considérese que la cantidad total de energía que se consume en todo el mundo en la industria, el comercio, los sectores residenciales y el transporte es de 474,171 PJ (Peta Joules). El 72% de esta energía es disipada en forma de calor a diversas temperaturas. 

Esto equivale a 94 billones de kilowatts-hora. Para dar una idea precisa de cuán grande es esta cantidad podemos pensar que con esta energía se podría satisfacer la demanda de energía de 473 mil millones de hogares con un consumo normal de 500 kw-h al bimestre. E

n el mundo, el 63% de esa energía es disipada a menos de 100 °C, el 12% entre 100 y 300 °C y el resto (21%) a más de 300 °C.

La cosecha de calor se refiere precisamente a la conversión de una diferencia de temperaturas en energía eléctrica y en tanto más alta la diferencia de temperaturas mayor la cantidad de energía eléctrica generada.

Así, la energía que es disipada por arriba de 100 °C y hasta 400 °C puede aprovecharse a temperatura ambiente utilizando diferencias de temperatura de 70 °C o más. Sin caer en más detalles técnicos, hay que decir que a la fecha existen diversos dispositivos de estado sólido para la generación de energía a partir del efecto de conversión mencionado. Sin embargo, la eficiencia con la que operan a la fecha los hace poco viables para ser utilizados en la generación de energía a gran escala, y su utilidad se limita a situaciones en las que no hay otras opciones: en naves espaciales, en submarinos, etc. Sin embargo, actualmente se están proponiendo nuevos enfoques físicos de la generación de termoelectricidad basados en lo que técnicamente se conocen como materiales topológicos y materiales orgánicos, y efectos físicos nuevos como los de sistemas de electrones correlacionados, ondas térmicas, etc., que están abriendo perspectivas para incrementar dramáticamente la eficiencia de los dispositivos termoeléctricos.

Además de esto, el aprendizaje estadístico (“machine learning”) está incrementando la rapidez con la que los nuevos principios físicos pueden traducirse en nuevos materiales y dispositivos. Los termoeléctricos pueden ser el punto de arranque para apoyar aplicaciones que son verdaderamente novedosas: implantes médicos, redes de percepción remota, y otras, y una que es realmente estimulante: los termoeléctricos de alta eficiencia llegarán a ser parte del Internet de las Cosas. Termino reiterando la necesidad de que nuestro país dedique recursos y esfuerzos a la ciencia y la tecnología de materiales que posibiliten el desarrollo de una industria nacional de aprovechamiento de fuentes renovables de energía. A un año del nuevo gobierno parece razonable que el país esté ya en condiciones de estructurar una política de transición propia e independiente que establezca las rutas de transformación de los modos de producir y usar la energía.

Sería deseable, en mi opinión, que el CONACYT promoviera a la ciencia de materiales como un área prioritaria de desarrollo científico y tecnológico. Como he dicho líneas arriba, la creación de algoritmos de aprendizaje estadístico, de redes de monitoreo remoto, de aplicaciones médicas, de propiedades termoeléctricas de nanoestructuras, todas ellas son áreas para atraer a jóvenes interesados en hacer una carrera científica con una perspectiva clara y estimulante: apoyar la transición energética de nuestro país hacia la sustitución de combustibles fósiles y un futuro sustentable.