Energía renovable

La energía renovable es la energía que se obtiene de recursos renovables, que se repone naturalmente en una escala de tiempo humana, como la luz solar, el viento, la lluvia, las mareas, las olas y el calor geotérmico. La energía renovable a menudo proporciona energía en cuatro áreas importantes: generación de electricidad, calefacción / refrigeración de aire y agua, transporte y servicios de energía rural (fuera de la red).

Las energías renovables contribuyeron con un 19,3% al consumo global de energía de los humanos y un 24,5% a su generación de electricidad en 2015 y 2016, respectivamente. Este consumo de energía se divide en 8,9% proveniente de la biomasa tradicional, 4,2% como energía térmica (biomasa moderna, calor geotérmico y solar), 3,9% hidroelectricidad y 2,2% es electricidad de energía eólica, solar, geotérmica y biomasa. Las inversiones mundiales en tecnologías renovables ascendieron a más de US $ 286 mil millones en 2015, con países como China y Estados Unidos que invirtieron fuertemente en energía eólica, hidroeléctrica, solar y biocombustibles. A nivel mundial, se estima que hay 7,7 millones de empleos asociados con las industrias de energía renovable, y la energía solar fotovoltaica es el mayor empleador renovable. A partir de 2015 en todo el mundo, más de la mitad de toda la capacidad eléctrica nueva instalada fue renovable.

Si bien muchos proyectos de energía renovable son a gran escala, las tecnologías renovables también son adecuadas para las zonas rurales y remotas y los países en desarrollo, donde la energía suele ser crucial para el desarrollo humano. El ex secretario general de las Naciones Unidas, Ban Ki-moon, dijo que la energía renovable tiene la capacidad de elevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad. Como la mayoría de las energías renovables proporcionan electricidad, el despliegue de energía renovable a menudo se aplica junto con una electrificación adicional, lo que tiene varios beneficios: la electricidad se puede convertir en calor (cuando sea necesario, generando temperaturas más altas que los combustibles fósiles), se puede convertir en energía mecánica con alta eficiencia Y está limpio en el punto de consumo. Además, la electrificación con energía renovable es mucho más eficiente y, por lo tanto, conduce a una reducción significativa de los requisitos de energía primaria, porque la mayoría de las energías renovables no tienen un ciclo de vapor con altas pérdidas (las centrales de energía fósil generalmente tienen pérdidas del 40 al 65%) .
Los sistemas de energía renovable son cada vez más eficientes y más baratos. Su participación en el consumo total de energía está aumentando. El crecimiento del consumo de carbón y petróleo podría terminar en 2020 debido a una mayor captación de energías renovables y gas natural.

Generación de energía
Para 2040, se proyecta que la energía renovable igualará la generación de electricidad de carbón y gas natural. Varias jurisdicciones, incluyendo Dinamarca, Alemania, el estado de Australia del Sur y algunos estados de los Estados Unidos, han logrado una alta integración de las energías renovables variables. Por ejemplo, en 2015 la energía eólica cubrió el 42% de la demanda de electricidad en Dinamarca, el 23,2% en Portugal y el 15,5% en Uruguay. Los interconectores permiten a los países equilibrar los sistemas eléctricos permitiendo la importación y exportación de energía renovable. Han surgido sistemas híbridos innovadores entre países y regiones.

Calefacción
El calentamiento solar de agua hace una importante contribución al calor renovable en muchos países, especialmente en China, que ahora tiene el 70% del total mundial (180 GWth). La mayoría de estos sistemas se instalan en edificios de apartamentos multifamiliares y satisfacen una parte de las necesidades de agua caliente de unos 50 a 60 millones de hogares en China. En todo el mundo, los sistemas de calentamiento solar de agua instalados en total satisfacen una parte de las necesidades de calentamiento de agua de más de 70 millones de hogares. El uso de biomasa para calefacción sigue creciendo también. En Suecia, el uso nacional de la energía de la biomasa ha superado al del petróleo. La geotermia directa para calentamiento también está creciendo rápidamente. La última incorporación a la calefacción proviene de las bombas de calor geotérmicas que proporcionan calefacción y refrigeración, además de aplanar la curva de demanda eléctrica y, por lo tanto, son una prioridad nacional cada vez mayor (véase también Energía térmica renovable).

Transporte
El bioetanol es un alcohol producido por fermentación, principalmente a partir de carbohidratos producidos en cultivos de azúcar o almidón, como maíz, caña de azúcar o sorgo dulce. La biomasa celulósica, derivada de fuentes no alimentarias, como árboles y pastos, también se está desarrollando como materia prima para la producción de etanol. El etanol se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo de gasolina para aumentar el octano y mejorar las emisiones de los vehículos. El bioetanol es ampliamente utilizado en los Estados Unidos y en Brasil. El biodiesel se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo de diesel para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos de los vehículos impulsados ​​por diesel. El biodiesel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa.

Un vehículo solar es un vehículo eléctrico alimentado total o significativamente por energía solar directa. Normalmente, las células fotovoltaicas (FV) contenidas en los paneles solares convierten la energía del sol directamente en energía eléctrica. El término «vehículo solar» generalmente implica que la energía solar se utiliza para alimentar la totalidad o parte de la propulsión de un vehículo. La energía solar también se puede utilizar para proporcionar energía para comunicaciones o controles u otras funciones auxiliares. Los vehículos solares no se venden como dispositivos prácticos de transporte cotidiano en la actualidad, sino que son principalmente vehículos de demostración y ejercicios de ingeniería, a menudo patrocinados por agencias gubernamentales. Sin embargo, los vehículos con carga solar indirecta están muy extendidos y los barcos solares están disponibles comercialmente.

Tecnologías de corriente

Energía eólica
Los flujos de aire se pueden utilizar para hacer funcionar turbinas eólicas. Las turbinas eólicas modernas de escala de servicio público varían de aproximadamente 600 kW a 5 MW de potencia nominal, aunque las turbinas con una potencia nominal de 1,5–3 MW se han convertido en las más comunes para uso comercial. La capacidad de generador más grande de un solo aerogenerador en tierra instalado alcanzó 7.5 MW en 2015. La potencia disponible del viento es una función del cubo de la velocidad del viento, por lo que a medida que aumenta la velocidad del viento, la salida de potencia aumenta hasta la salida máxima para el turbina particular. Las áreas donde los vientos son más fuertes y más constantes, como los sitios en alta mar y en alta mar, son lugares preferidos para los parques eólicos. Normalmente, las horas de carga completa de los aerogeneradores varían entre el 16 y el 57 por ciento anual, pero pueden ser más altas en sitios costa afuera particularmente favorables.

La electricidad generada por el viento cubrió casi el 4% de la demanda mundial de electricidad en 2015, con casi 63 GW de nueva capacidad de energía eólica instalada. La energía eólica fue la principal fuente de nueva capacidad en Europa, EE. UU. Y Canadá, y la segunda más grande en China. En Dinamarca, la energía eólica cubrió más del 40% de su demanda de electricidad, mientras que Irlanda, Portugal y España alcanzaron cerca del 20%.

A nivel mundial, se cree que el potencial técnico a largo plazo de la energía eólica es cinco veces el total de la producción mundial actual de energía, o 40 veces la demanda actual de electricidad, suponiendo que se superaron todas las barreras prácticas necesarias. Esto requeriría que los aerogeneradores se instalen en áreas extensas, particularmente en áreas de recursos eólicos más altos, como en alta mar. Como la velocidad del viento en alta mar es aproximadamente 90% mayor que la de la tierra, los recursos en alta mar pueden aportar sustancialmente más energía que las turbinas estacionadas en tierra. En 2014, la generación eólica global fue de 706 teravatios-hora o el 3% de la electricidad total del mundo.

Hidroelectricidad
En 2015, la energía hidroeléctrica generó el 16.6% de la electricidad total del mundo y el 70% de toda la electricidad renovable. Dado que el agua es aproximadamente 800 veces más densa que el aire, incluso una corriente de agua que fluye lentamente, o un oleaje moderado del mar, puede producir considerables cantidades de energía. Hay muchas formas de energía del agua:

Históricamente, la energía hidroeléctrica provino de la construcción de grandes represas hidroeléctricas y embalses, que todavía son populares en los países del tercer mundo. La más grande de las cuales es la presa de las Tres Gargantas (2003) en China y la Presa de Itaipu (1984) construida por Brasil y Paraguay.
Los pequeños sistemas hidroeléctricos son instalaciones hidroeléctricas que normalmente producen hasta 50 MW de potencia. A menudo se utilizan en ríos pequeños o como un desarrollo de bajo impacto en ríos más grandes. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica del mundo y tiene más de 45,000 pequeñas instalaciones hidroeléctricas.

Las centrales hidroeléctricas de pasada del río derivan energía de los ríos sin la creación de un gran embalse. El agua se transporta normalmente a lo largo del lado del valle del río (utilizando canales, tuberías y / o túneles) hasta que se encuentra por encima del fondo del valle, por lo que se puede permitir que caiga a través de una compuerta para impulsar una turbina. Este estilo de generación todavía puede producir una gran cantidad de electricidad, como la presa de Joseph Jef en el río Columbia en los Estados Unidos.

La energía hidroeléctrica se produce en 150 países, y la región de Asia y el Pacífico genera el 32 por ciento de la energía hidroeléctrica mundial en 2010. Para los países que tienen el mayor porcentaje de electricidad de fuentes renovables, las 50 principales son principalmente hidroeléctricas. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica, con 721 teravatios-hora de producción en 2010, lo que representa alrededor del 17 por ciento del uso doméstico de electricidad. Ahora hay tres estaciones hidroeléctricas de más de 10 GW: la presa de las Tres Gargantas en China, la presa de Itaipu en la frontera entre Brasil y Paraguay y la presa de Guri en Venezuela.

La energía de las olas, que captura la energía de las olas de la superficie del océano, y la energía de las mareas, que convierten la energía de las mareas, son dos formas de energía hidroeléctrica con potencial futuro; sin embargo, todavía no están ampliamente empleados comercialmente. Un proyecto de demostración operado por Ocean Renewable Power Company en la costa de Maine, y conectado a la red, aprovecha la energía de las mareas de la Bahía de Fundy, ubicación del flujo de mareas más alto del mundo. La conversión de la energía térmica oceánica, que utiliza la diferencia de temperatura entre las aguas superficiales más frías y más cálidas, actualmente no tiene viabilidad económica.

Energía solar
La energía solar, la luz radiante y el calor del sol, se aprovechan utilizando una gama de tecnologías en constante evolución, como el calentamiento solar, la energía fotovoltaica, la energía solar concentrada (CSP), la energía fotovoltaica concentradora (CPV), la arquitectura solar y la fotosíntesis artificial. Las tecnologías solares se caracterizan ampliamente como solar pasiva o solar activa dependiendo de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las técnicas solares pasivas incluyen orientar un edificio hacia el Sol, seleccionar materiales con propiedades térmicas favorables o propiedades dispersantes de la luz, y diseñar espacios que circulen el aire de forma natural. Las tecnologías solares activas abarcan la energía solar térmica, el uso de colectores solares para calefacción y la energía solar, convirtiendo la luz solar en electricidad ya sea directamente mediante energía fotovoltaica (PV) o indirectamente utilizando energía solar concentrada (CSP).

Un sistema fotovoltaico convierte la luz en corriente continua eléctrica (CC) aprovechando el efecto fotoeléctrico. La energía solar fotovoltaica se ha convertido en una industria multimillonaria y de rápido crecimiento, continúa mejorando su rentabilidad y tiene el mayor potencial de todas las tecnologías renovables junto con la CSP. Los sistemas de energía solar concentrada (CSP) utilizan lentes o espejos y sistemas de seguimiento para enfocar una gran área de luz solar en un rayo pequeño. Las plantas comerciales de energía solar concentrada se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. CSP-Stirling tiene, con mucho, la eficiencia más alta entre todas las tecnologías de energía solar.

En 2011, la Agencia Internacional de Energía dijo que «el desarrollo de tecnologías de energía solar asequible, inagotable y limpia tendrá enormes beneficios a más largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países al depender de un recurso indígena, inagotable y en su mayoría independiente de las importaciones». Aumente la sostenibilidad, reduzca la contaminación, reduzca los costos de mitigación del cambio climático y mantenga los precios de los combustibles fósiles más bajos que de otra manera. Estas ventajas son globales. Por lo tanto, los costos adicionales de los incentivos para el despliegue temprano deben considerarse inversiones de aprendizaje; necesitan ser ampliamente compartidos «. Italia tiene la mayor proporción de electricidad solar del mundo, en 2015 la energía solar suministró el 7,8% de la demanda eléctrica en Italia. En 2016, después de otro año de rápido crecimiento, la energía solar generó el 1.3% de la energía global.

Energía geotérmica
La energía geotérmica a alta temperatura proviene de la energía térmica generada y almacenada en la Tierra. La energía térmica es la energía que determina la temperatura de la materia. La energía geotérmica de la Tierra se origina a partir de la formación original del planeta y de la descomposición radiactiva de los minerales (en la actualidad incierta pero posiblemente en proporciones aproximadamente iguales). El gradiente geotérmico, que es la diferencia de temperatura entre el núcleo del planeta y su superficie, impulsa una conducción continua de energía térmica en forma de calor desde el núcleo a la superficie. El adjetivo geotérmico se origina a partir de las raíces griegas geo, que significa tierra, y termo, que significa calor.

El calor que se usa para la energía geotérmica puede ser desde lo profundo de la Tierra, hasta el núcleo de la Tierra, 4,000 millas (6,400 km) hacia abajo. En el núcleo, las temperaturas pueden alcanzar más de 9,000 ° F (5,000 ° C). El calor conduce desde el núcleo hasta la roca circundante. La temperatura y la presión extremadamente altas hacen que se derrita alguna roca, lo que comúnmente se conoce como magma. Magma convecta hacia arriba ya que es más ligero que la roca sólida. Este magma calienta la roca y el agua en la corteza, a veces hasta 700 ° F (371 ° C).

Desde aguas termales, la energía geotérmica se ha utilizado para bañarse desde los tiempos paleolíticos y para la calefacción de espacios desde la antigüedad romana, pero ahora es más conocida por la generación de electricidad.

Geotermia a baja temperatura se refiere al uso de la corteza exterior de la tierra como una batería térmica para facilitar la energía térmica renovable para calentar y enfriar edificios, y otros usos industriales y de refrigeración. En esta forma de geotérmica, una bomba de calor geotérmica y un intercambiador de calor acoplado a tierra se usan juntos para mover la energía térmica hacia la tierra (para enfriar) y fuera de la tierra (para calefacción) en una base estacional variable. La geotermia a baja temperatura (generalmente conocida como «GHP») es una tecnología renovable cada vez más importante porque reduce las cargas de energía anuales totales asociadas con la calefacción y la refrigeración, y también alisa la curva de demanda eléctrica, eliminando los requisitos extremos de suministro eléctrico de verano e invierno. . Por lo tanto, la Geotermia / GHP a baja temperatura se está convirtiendo en una prioridad nacional creciente con el apoyo de múltiples créditos impositivos y el enfoque como parte del movimiento en curso hacia Net Zero Energy. La ciudad de Nueva York acaba de aprobar una ley para exigir que GHP en cualquier momento se demuestre que es económica con 20 años de financiamiento, incluido el costo social del carbono.

Bioenergía
La biomasa es un material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. Con mayor frecuencia se refiere a plantas o materiales derivados de plantas que se denominan específicamente biomasa lignocelulósica. Como fuente de energía, la biomasa puede usarse directamente a través de la combustión para producir calor, o indirectamente después de convertirla en varias formas de biocombustible. La conversión de biomasa en biocombustible se puede lograr mediante diferentes métodos que se clasifican ampliamente en: métodos térmicos, químicos y bioquímicos. La madera sigue siendo la mayor fuente de energía de biomasa en la actualidad; Los ejemplos incluyen residuos forestales, como árboles muertos, ramas y tocones de árboles, recortes de jardín, astillas de madera e incluso residuos sólidos municipales. En el segundo sentido, la biomasa incluye materia vegetal o animal que puede convertirse en fibras u otros productos químicos industriales, incluidos los biocombustibles. La biomasa industrial se puede cultivar a partir de numerosos tipos de plantas, incluyendo miscanthus, switchgrass, cáñamo, maíz, álamo, sauce, sorgo, caña de azúcar, bambú y una variedad de especies de árboles, que van desde el eucalipto hasta la palma de aceite (palma de aceite).

La energía de las plantas es producida por cultivos que se cultivan específicamente para ser utilizados como combustibles que ofrecen una alta producción de biomasa por hectárea con una energía de bajo insumo. Algunos ejemplos de estas plantas son el trigo, que generalmente produce entre 7,5 y 8 toneladas de grano por hectárea, y la paja, que generalmente produce entre 3,5 y 5 toneladas por hectárea en el Reino Unido. El grano se puede usar para el transporte de combustibles líquidos, mientras que la paja se puede quemar para producir calor o electricidad. La biomasa de la planta también se puede degradar de celulosa a glucosa a través de una serie de tratamientos químicos, y el azúcar resultante se puede usar como biocombustible de primera generación.

La biomasa se puede convertir en otras formas de energía utilizables, como el gas metano o los combustibles de transporte, como el etanol y el biodiesel. La basura en descomposición, y los desechos agrícolas y humanos, todos liberan gas metano, también llamado gas de vertedero o biogás. Los cultivos, como el maíz y la caña de azúcar, pueden fermentarse para producir el combustible de transporte, el etanol. El biodiesel, otro combustible para el transporte, se puede producir a partir de productos alimenticios sobrantes, como aceites vegetales y grasas animales. Además, la biomasa a líquidos (BTL) y el etanol celulósico todavía están bajo investigación. Existe una gran cantidad de investigaciones que involucran el combustible de algas o la biomasa derivada de algas debido al hecho de que es un recurso no alimentario y se puede producir a tasas de 5 a 10 veces superiores a las de otros tipos de agricultura basada en la tierra, como el maíz y soja. Una vez cosechado, se puede fermentar para producir biocombustibles como etanol, butanol y metano, así como biodiesel e hidrógeno. La biomasa utilizada para la generación de electricidad varía según la región. Los subproductos forestales, como los residuos de madera, son comunes en los Estados Unidos. Los residuos agrícolas son comunes en Mauricio (residuos de caña de azúcar) y en el sudeste asiático (cáscaras de arroz). Los residuos de cría de animales, como la cama de aves, son comunes en el Reino Unido.

Los biocombustibles incluyen una amplia gama de combustibles derivados de la biomasa. El término abarca combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. Los biocombustibles líquidos incluyen bioalcoholes, como el bioetanol, y aceites, como el biodiesel. Los biocombustibles gaseosos incluyen biogás, gas de vertedero y gas sintético. El bioetanol es un alcohol que se obtiene al fermentar los componentes del azúcar de los materiales vegetales y está hecho principalmente de cultivos de azúcar y almidón. Estos incluyen maíz, caña de azúcar y, más recientemente, sorgo dulce. Este último cultivo es particularmente adecuado para el cultivo en condiciones de secano, y está siendo investigado por el Instituto Internacional de Investigación de Cultivos para los Trópicos Semiáridos por su potencial para proporcionar combustible, junto con alimentos y piensos, en zonas áridas de Asia y África.

Con el desarrollo de tecnología avanzada, la biomasa celulósica, como los árboles y los pastos, también se utilizan como materia prima para la producción de etanol. El etanol se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo de gasolina para aumentar el octano y mejorar las emisiones de los vehículos. El bioetanol es ampliamente utilizado en los Estados Unidos y en Brasil. Los costos de energía para producir bioetanol son casi iguales a los rendimientos de energía del bioetanol. Sin embargo, según la Agencia Europea de Medio Ambiente, los biocombustibles no abordan los problemas del calentamiento global. El biodiesel está hecho de aceites vegetales, grasas animales o grasas recicladas. Puede usarse como combustible para vehículos en su forma pura, o más comúnmente como un aditivo diesel para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos de los vehículos impulsados ​​por diesel. El biodiesel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa. Los biocombustibles proporcionaron el 2,7% del combustible de transporte mundial en 2010.

La biomasa, el biogás y los biocombustibles se queman para producir calor / energía y al hacerlo dañan el medio ambiente. Los contaminantes tales como los óxidos sulfurosos (SOx), los óxidos nitrosos (NOx) y las partículas (PM) se producen a partir de la combustión de la biomasa; La Organización Mundial de la Salud calcula que la contaminación del aire causa cada año 7 millones de muertes prematuras. La combustión de biomasa es un contribuyente importante.

Almacen de energia
El almacenamiento de energía es una colección de métodos utilizados para almacenar energía eléctrica en una red eléctrica, o fuera de ella. La energía eléctrica se almacena en momentos en que la producción (especialmente de las plantas de energía intermitente, como las fuentes de energía renovables, como la energía eólica, la energía de las mareas, la energía solar) supera el consumo y se devuelve a la red cuando la producción cae por debajo del consumo. La hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo se utiliza para más del 90% de todo el almacenamiento de energía de la red. Los costos de las baterías de ión litio están disminuyendo rápidamente, y se están implementando cada vez más como fuentes de energía de la red de acción rápida (es decir, reserva de operación) y para almacenamiento doméstico.

Tecnologías emergentes
Otras tecnologías de energía renovable aún están en desarrollo, e incluyen etanol celulósico, energía geotérmica de roca caliente y seca y energía marina. Estas tecnologías aún no están ampliamente demostradas o tienen una comercialización limitada. Muchos están en el horizonte y pueden tener un potencial comparable a otras tecnologías de energía renovable, pero aún dependen de atraer suficiente atención e financiamiento para investigación, desarrollo y demostración (RD&D).

Existen numerosas organizaciones dentro de los sectores académico, federal y comercial que realizan investigaciones avanzadas a gran escala en el campo de la energía renovable. Esta investigación abarca varias áreas de enfoque en todo el espectro de energía renovable. La mayor parte de la investigación está dirigida a mejorar la eficiencia y aumentar el rendimiento energético general. Múltiples organizaciones de investigación con apoyo federal se han centrado en las energías renovables en los últimos años. Dos de los laboratorios más destacados son los Laboratorios Nacionales Sandia y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), ambos financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y respaldados por varios socios corporativos. Sandia tiene un presupuesto total de $ 2.4 mil millones, mientras que NREL tiene un presupuesto de $ 375 millones.

Sistema geotérmico mejorado.
Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) son un nuevo tipo de tecnologías de energía geotérmica que no requieren recursos hidrotérmicos convectivos naturales. La gran mayoría de la energía geotérmica al alcance de la perforación se encuentra en roca seca y no porosa. Las tecnologías EGS «mejoran» y / o crean recursos geotérmicos en esta «roca seca y caliente (HDR)» a través de la estimulación hidráulica. Se espera que las tecnologías EGS y HDR, como la geotérmica hidrotérmica, sean recursos de carga básica que producen energía las 24 horas del día como una planta fósil. Distintivo de hidrotermal, HDR y EGS pueden ser factibles en cualquier parte del mundo, dependiendo de los límites económicos de la profundidad de perforación. Las buenas ubicaciones son sobre granito profundo cubierto por una capa gruesa (3 a 5 km) de sedimentos aislantes que retardan la pérdida de calor. Actualmente se están desarrollando y probando sistemas HDR y EGS en Francia, Australia, Japón, Alemania, Estados Unidos y Suiza. El proyecto de EGS más grande del mundo es una planta de demostración de 25 megavatios que se está desarrollando actualmente en la cuenca de Cooper, Australia. La cuenca de Cooper tiene el potencial de generar 5,000–10,000 MW.

Etanol celulósico
Varias refinerías que pueden procesar biomasa y convertirla en etanol son construidas por compañías como Iogen, POET y Abengoa, mientras que otras compañías como Verenium Corporation, Novozymes y Dyadic International están produciendo enzimas que podrían permitir su futura comercialización. El cambio de materias primas para cultivos alimentarios a residuos de residuos y pastos nativos ofrece oportunidades significativas para una variedad de actores, desde agricultores a empresas de biotecnología, y desde desarrolladores de proyectos hasta inversores.

Energía marina
La energía marina (también conocida como energía oceánica) se refiere a la energía transportada por las olas, mareas, salinidad y diferencias de temperatura del océano. El movimiento del agua en los océanos del mundo crea una vasta reserva de energía cinética o energía en movimiento. Esta energía se puede aprovechar para generar electricidad para alimentar hogares, transportes e industrias. El término energía marina abarca tanto la potencia de onda (potencia de las ondas superficiales como la potencia de marea) obtenida de la energía cinética de grandes cuerpos de agua en movimiento. La electrodiálisis inversa (RED) es una tecnología para generar electricidad mediante la mezcla de agua dulce de río y agua de mar salada en celdas de gran potencia diseñadas para este fin; a partir de 2016 se está probando a pequeña escala (50 kW). La energía eólica marina no es una forma de energía marina, ya que la energía eólica se deriva del viento, incluso si las turbinas eólicas se colocan sobre el agua. Los océanos tienen una enorme cantidad de energía y están cerca de muchas, si no de las poblaciones más concentradas. La energía oceánica tiene el potencial de proporcionar una cantidad sustancial de nuevas energías renovables en todo el mundo.

Energía solar experimental
Los sistemas fotovoltaicos concentrados (CPV) emplean la luz solar concentrada en las superficies fotovoltaicas con el propósito de generar electricidad. Los dispositivos termoeléctricos o «termovoltaicos» convierten una diferencia de temperatura entre materiales diferentes en una corriente eléctrica.

Arreglos solares flotantes
Los paneles solares flotantes son sistemas fotovoltaicos que flotan en la superficie de depósitos de agua potable, lagos de canteras, canales de irrigación o estanques de remediación y relaves. Existe un pequeño número de tales sistemas en Francia, India, Japón, Corea del Sur, el Reino Unido, Singapur y los Estados Unidos. Se dice que los sistemas tienen ventajas sobre la fotovoltaica en tierra. El costo de la tierra es más costoso y existen menos reglas y regulaciones para las estructuras construidas sobre cuerpos de agua que no se usan para recreación. A diferencia de la mayoría de las plantas solares terrestres, las matrices flotantes pueden ser discretas porque están ocultas a la vista del público. Logran mayores eficiencias que los paneles fotovoltaicos en tierra, porque el agua enfría los paneles. Los paneles tienen un recubrimiento especial para evitar la oxidación o corrosión. En mayo de 2008, la bodega Far Niente en Oakville, California, fue pionera en el primer sistema floatovoltaico del mundo al instalar 994 módulos fotovoltaicos solares con una capacidad total de 477 kW en 130 pontones y flotarlos en el estanque de riego de la bodega. Empiezan a construirse instalaciones fotovoltaicas flotantes a escala de utilidad. Kyocera desarrollará la granja más grande del mundo, de 13,4 MW en el embalse sobre la presa Yamakura en la prefectura de Chiba con 50,000 paneles solares. También se están construyendo granjas flotantes resistentes al agua salada para uso en el océano. El proyecto floatovoltaico más grande hasta ahora anunciado es una central eléctrica de 350 MW en la región amazónica de Brasil.

Bomba de calor solar
Una bomba de calor es un dispositivo que proporciona energía térmica desde una fuente de calor a un destino llamado «disipador de calor». Las bombas de calor están diseñadas para mover la energía térmica en sentido opuesto a la dirección del flujo de calor espontáneo al absorber el calor de un espacio frío y liberarlo a uno más cálido. Una bomba de calor asistida por energía solar representa la integración de una bomba de calor y paneles solares térmicos en un solo sistema integrado. Normalmente, estas dos tecnologías se usan por separado (o solo se colocan en paralelo) para producir agua caliente. En este sistema, el panel solar térmico realiza la función de la fuente de calor a baja temperatura y el calor producido se utiliza para alimentar el evaporador de la bomba de calor. El objetivo de este sistema es obtener una alta COP y luego producir energía de una manera más eficiente y menos costosa.

Es posible utilizar cualquier tipo de panel térmico solar (láminas y tubos, roll-bond, tubo de calor, placas térmicas) o híbrido (mono / policristalino, película delgada) en combinación con la bomba de calor. El uso de un panel híbrido es preferible porque permite cubrir una parte de la demanda de electricidad de la bomba de calor y reducir el consumo de energía y, en consecuencia, los costos variables del sistema.

Fotosíntesis artificial
La fotosíntesis artificial utiliza técnicas que incluyen la nanotecnología para almacenar energía electromagnética solar en enlaces químicos al dividir el agua para producir hidrógeno y luego usar dióxido de carbono para producir metanol. Los investigadores en este campo se esfuerzan por diseñar miméticos moleculares de la fotosíntesis que utilizan una región más amplia del espectro solar, emplean sistemas catalíticos hechos de materiales abundantes y baratos que son robustos, fácilmente reparados, no tóxicos, estables en una variedad de condiciones ambientales y realice más eficientemente permitiendo que una mayor proporción de la energía fotónica termine en los compuestos de almacenamiento, es decir, carbohidratos (en lugar de construir y sostener células vivas). Sin embargo, investigaciones importantes enfrentan obstáculos, Sun Catalytix y un spin-off del MIT dejaron de ampliar su prototipo de celda de combustible en 2012, porque ofrece pocos ahorros en comparación con otras formas de producir hidrógeno a partir de la luz solar.

Combustibles de algas
La producción de combustibles líquidos a partir de variedades ricas en aceite de algas es un tema de investigación en curso. Se están probando varias microalgas cultivadas en sistemas abiertos o cerrados, incluido un sistema que se puede configurar en terrenos abandonados y abandonados.

Aeronave solar
Una aeronave eléctrica es una aeronave que funciona con motores eléctricos en lugar de motores de combustión interna, con electricidad proveniente de celdas de combustible, celdas solares, ultracondensadores, transmisión de energía o baterías.

Actualmente, los aviones eléctricos tripulados que vuelan son en su mayoría demostradores experimentales, aunque muchos vehículos aéreos no tripulados pequeños funcionan con baterías. Los aviones modelo con motor eléctrico se han volado desde la década de 1970, con un informe en 1957. Los primeros vuelos con motor eléctrico se realizaron en 1973. Entre 2015 y 2016, un avión tripulado, con energía solar, Solar Impulse 2, completó una circunnavegación. de la tierra.

Torre de corriente solar
La torre de corriente solar es una planta de energía de energía renovable para generar electricidad a partir de calor solar a baja temperatura. La luz del sol calienta el aire debajo de una estructura de colector techada muy ancha similar a un invernadero que rodea la base central de una torre de chimenea muy alta. La convección resultante provoca una corriente ascendente de aire caliente en la torre por el efecto de la chimenea. Este flujo de aire impulsa las turbinas eólicas colocadas en la corriente ascendente de la chimenea o alrededor de la base de la chimenea para producir electricidad. Los planes para versiones ampliadas de modelos de demostración permitirán la generación de energía significativa y pueden permitir el desarrollo de otras aplicaciones, como la extracción o destilación de agua, y la agricultura u horticultura. Una versión más avanzada de una tecnología de temática similar es el motor Vortex, cuyo objetivo es reemplazar las chimeneas físicas grandes con un vórtice de aire creado por una estructura más corta y menos costosa.

Energía solar basada en el espacio.
Ya sea para sistemas fotovoltaicos o térmicos, una opción es lanzarlos al espacio, particularmente la órbita geosincrónica. Para ser competitivos con los sistemas de energía solar basados ​​en la Tierra, la masa específica (kg / kW) multiplicada por el costo de la masa del desván más el costo de las piezas debe ser de $ 2400 o menos. Es decir, para un costo de piezas más una rectenna de $ 1100 / kW, el producto de $ / kg y kg / kW debe ser de $ 1300 / kW o menos. Por lo tanto, para 6.5 kg / kW, el costo de transporte no puede exceder los $ 200 / kg. Mientras que eso requerirá una reducción de 100 a uno, SpaceX tiene como objetivo una reducción de diez a uno, los motores de reacción pueden hacer posible una reducción de 100 a una.

Impacto medioambiental
La capacidad de la biomasa y los biocombustibles para contribuir a una reducción de las emisiones de CO2 es limitada porque tanto la biomasa como los biocombustibles emiten grandes cantidades de contaminación del aire cuando se queman y, en algunos casos, compiten con el suministro de alimentos. Además, la biomasa y los biocombustibles consumen grandes cantidades de agua. Otras fuentes renovables como la energía eólica, la energía fotovoltaica y la hidroelectricidad tienen la ventaja de poder conservar el agua, reducir la contaminación y reducir las emisiones de CO2.