La energía sostenible es energía que se consume a tasas insignificantes en comparación con su suministro y con efectos colaterales manejables, especialmente los efectos ambientales. Otra definición común de energía sostenible es un sistema de energía que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus necesidades energéticas. No todas las energías renovables son sostenibles. Si bien las energías renovables se definen como fuentes de energía que se reabastecen naturalmente en una escala de tiempo humana, la energía sostenible (a menudo denominada «limpia») no debe comprometer el sistema en el que se adopta hasta el punto de no poder satisfacer las necesidades futuras. El principio de organización para la sostenibilidad es el desarrollo sostenible, que incluye los cuatro dominios interconectados: ecología, economía, política y cultura. La ciencia de la sostenibilidad es el estudio del desarrollo sostenible y la ciencia ambiental.
Las tecnologías promueven la energía sostenible, incluidas las fuentes de energía renovables, como la hidroelectricidad, la energía solar, la energía eólica, la energía de las olas, la energía geotérmica, la bioenergía, la energía mareomotriz y también las tecnologías diseñadas para mejorar la eficiencia energética. Los costos han disminuido enormemente a lo largo de los años y continúan disminuyendo. Cada vez más, las políticas gubernamentales efectivas apoyan la confianza de los inversores y estos mercados se están expandiendo. Se está logrando un progreso considerable en la transición energética de los combustibles fósiles a los sistemas ecológicamente sostenibles, hasta el punto en que muchos estudios respaldan el 100% de la energía renovable.
Definiciones
Se dice que la eficiencia energética y la energía renovable son los pilares gemelos de la energía sostenible. En el contexto más amplio del desarrollo sostenible, existen tres pilares: ecología, economía y sociedad. Algunas formas en que se ha definido la energía sostenible son:
«Efectivamente, el suministro de energía satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades … La energía sostenible tiene dos componentes clave: la energía renovable y la eficiencia energética». – Asociación de Energía Renovable y Eficiencia (británica)
«La armonía dinámica entre la disponibilidad equitativa de bienes y servicios intensivos en energía para todas las personas y la preservación de la tierra para las generaciones futuras». Y, «la solución estará en encontrar fuentes de energía sostenibles y medios más eficientes de convertir y utilizar la energía». – Sustainable Energy por JW Tester, et al., De MIT Press.
«Cualquier fuente de generación, eficiencia y conservación de energía donde: Los recursos están disponibles para permitir que el escalamiento masivo se convierta en una porción significativa de la generación de energía, a largo plazo, preferiblemente 100 años …» – Invest, una organización tecnológica sin fines de lucro.
«Energía que se puede reponer en una vida humana y no causa daño a largo plazo al medio ambiente». – Red de Desarrollo Sostenible de Jamaica
Esto diferencia a la energía sostenible de otras terminologías de energía renovable, como la energía alternativa, al centrarse en la capacidad de una fuente de energía para seguir suministrando energía. La energía sostenible puede producir cierta contaminación del medio ambiente, siempre que no sea suficiente para prohibir el uso intensivo de la fuente durante un tiempo indefinido. La energía sostenible también es distinta de la energía baja en carbono, que es sostenible solo en el sentido de que no aumenta el CO2 en la atmósfera.
La energía verde es energía que se puede extraer, generar y / o consumir sin ningún impacto negativo significativo en el medio ambiente. El planeta tiene una capacidad natural de recuperación, lo que significa que la contaminación que no va más allá de esa capacidad todavía se puede denominar verde.
La energía verde es un subconjunto de la energía renovable y representa los recursos de energía renovable y las tecnologías que proporcionan el mayor beneficio ambiental. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos define la energía verde como la electricidad producida a partir de energía solar, eólica, geotérmica, biogás, biomasa y pequeñas fuentes hidroeléctricas de bajo impacto. Los clientes a menudo compran energía verde por los impactos ambientales evitados y sus beneficios de reducción de gases de efecto invernadero.
Energía verde y energía verde
La energía verde incluye procesos energéticos naturales que pueden ser aprovechados con poca contaminación. La energía verde es la electricidad generada a partir de fuentes de energía renovables.
Digestión anaeróbica, energía geotérmica, energía eólica, energía hidroeléctrica a pequeña escala, energía solar, energía de biomasa, energía mareomotriz, energía de las olas y algunas formas de energía nuclear (que son capaces de «quemar» desechos nucleares a través de un proceso conocido como transmutación nuclear , como un Reactor rápido integral, y por lo tanto pertenecen a la categoría «Energía verde»). Algunas definiciones también pueden incluir la energía derivada de la incineración de desechos.
Algunas personas, incluido el fundador y primer miembro de Greenpeace, Patrick Moore, George Monbiot, Bill Gates y James Lovelock han clasificado específicamente la energía nuclear como energía verde. Otros, incluido Phil Radford, de Greenpeace, están en desacuerdo al afirmar que los problemas asociados con los desechos radiactivos y el riesgo de accidentes nucleares (como el desastre de Chernobyl) representan un riesgo inaceptable para el medio ambiente y la humanidad. Sin embargo, los diseños más nuevos de reactores nucleares son capaces de utilizar lo que ahora se considera «desechos nucleares» hasta que ya no sea (o sea dramáticamente menos) peligroso, y tengan características de diseño que minimicen en gran medida la posibilidad de un accidente nuclear. Estos diseños aún no se han comercializado. (Ver: reactor de sal fundida)
Algunos han argumentado que, aunque la energía verde es un esfuerzo encomiable para resolver el creciente consumo de energía en el mundo, debe ir acompañada de un cambio cultural que fomente la disminución del apetito de energía del mundo.
En varios países con acuerdos de transporte común, los acuerdos de venta minorista de electricidad permiten a los consumidores comprar electricidad verde (electricidad renovable) a través de su servicio público o de un proveedor de energía verde.
Cuando se compra energía de la red eléctrica, la energía que llega al consumidor no necesariamente se generará a partir de fuentes de energía verde. La compañía local de servicios públicos, la compañía eléctrica o el grupo de poder estatal compra su electricidad a los productores de electricidad que pueden estar generando a partir de combustibles fósiles, fuentes de energía nuclear o renovables. En muchos países, la energía verde actualmente proporciona una cantidad muy pequeña de electricidad, generalmente contribuye menos del 2 al 5% al conjunto total. En algunos estados de los EE. UU., Los gobiernos locales han formado grupos regionales de compra de energía utilizando Community Choice Aggregation y Solar Bonds para lograr un 51% de mezcla renovable o superior, como en la ciudad de San Francisco.
Al participar en un programa de energía verde, un consumidor puede estar teniendo un efecto sobre las fuentes de energía utilizadas y, en última instancia, podría estar ayudando a promover y expandir el uso de energía verde. También están haciendo una declaración a los responsables políticos que están dispuestos a pagar una prima de precio para apoyar la energía renovable. Los consumidores de energía verde obligan a las empresas de servicios públicos a aumentar la cantidad de energía verde que compran en el grupo (disminuyendo así la cantidad de energía no verde que compran) o financian directamente la energía verde a través de un proveedor de energía verde. Si no hay suficientes fuentes de energía verde disponibles, la empresa debe desarrollar otras nuevas o contratar a un proveedor de energía externo para proporcionar energía verde, lo que generará más. Sin embargo, no hay manera de que el consumidor pueda verificar si la electricidad comprada es «verde» o no.
En algunos países, como los Países Bajos, las compañías de electricidad garantizan comprar la misma cantidad de «energía verde» que utilizan sus clientes de energía ecológica. El gobierno holandés exime a la energía verde de los impuestos a la contaminación, lo que significa que la energía verde apenas es más costosa que otras fuentes de energía.
Un concepto más reciente para mejorar nuestra red eléctrica es hacer que las microondas de los satélites que orbitan la Tierra o la luna entren directamente cuando y donde haya demanda. La energía se generaría a partir de la energía solar capturada en la superficie lunar. En este sistema, los receptores serían «estructuras de carpa translúcidas y amplias que recibirían microondas y las convertirían en electricidad». La NASA dijo en 2000 que valía la pena seguir con la tecnología, pero aún es demasiado pronto para decir si la tecnología será rentable.
El Fondo Mundial para la Naturaleza y varias organizaciones de etiquetado de electricidad verde crearon el (ahora difunto) Estándar de Energía Verde Eugene bajo el cual los esquemas nacionales de certificación de electricidad verde podrían ser acreditados para asegurar que la compra de energía verde conduzca a la provisión de nueva energía verde recursos.
Las innovadoras tendencias y soluciones de energía verde estuvieron en el centro de la discusión en la EXPO 2017 en Astana, Kazajstán. Specialized Expo 2017 tuvo como tema «Future Energy» y reunió a representantes de 115 países y 22 organizaciones internacionales.
Sistemas locales de energía verde
Quienes no estén satisfechos con el enfoque de la red de terceros para la energía verde a través de la red eléctrica pueden instalar su propio sistema de energía renovable local. En algunos casos, los sistemas eléctricos de energía renovable, desde la energía solar hasta la eólica y hasta la energía hidroeléctrica local, son algunos de los muchos tipos de sistemas de energía renovable disponibles a nivel local. Además, para aquellos interesados en calentar y enfriar su vivienda a través de energía renovable, los sistemas de bomba de calor geotérmica que aprovechan la temperatura constante de la tierra, que está entre 7 y 15 grados centígrados a pocos metros bajo tierra y aumenta dramáticamente a mayores profundidades, son una opción sobre los enfoques convencionales de calor a base de gas natural y petróleo. Además, en ubicaciones geográficas donde la corteza terrestre es especialmente delgada, o cerca de volcanes (como es el caso en Islandia), existe el potencial de generar incluso más electricidad de la que sería posible en otros sitios, gracias a un gradiente de temperatura más significativo en estos locales.
La ventaja de este enfoque en los Estados Unidos es que muchos estados ofrecen incentivos para compensar el costo de la instalación de un sistema de energía renovable. En California, Massachusetts y otros estados de EE. UU., Un nuevo enfoque del suministro de energía comunitario llamado Community Choice Aggregation ha proporcionado a las comunidades los medios para solicitar un proveedor de electricidad competitivo y utilizar bonos de ingresos municipales para financiar el desarrollo de recursos locales de energía verde. Por lo general, a los individuos se les asegura que la electricidad que utilizan se produce en realidad a partir de una fuente de energía verde que controlan. Una vez que se paga el sistema, el propietario de un sistema de energía renovable producirá su propia electricidad renovable sin costo alguno y puede vender el excedente a la utilidad local con un beneficio.
Usando energía verde
La energía renovable, después de su generación, debe almacenarse en un medio para su uso con dispositivos autónomos y vehículos. Además, para proporcionar electricidad en el hogar en áreas remotas (es decir, áreas que no están conectadas a la red eléctrica), se requiere almacenamiento de energía para su uso con energía renovable. Los sistemas de generación y consumo de energía utilizados en este último caso suelen ser sistemas de energía independientes.
Energía verde y etiquetado por región
Unión Europea
La Directiva 2004/8 / CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de febrero de 2004, relativa al fomento de la cogeneración basada en una demanda de calor útil en el mercado interior de la energía incluye el artículo 5 (Garantía de origen de la electricidad procedente de cogeneración de alta eficiencia) .
Las ONG ecologistas europeas han lanzado una etiqueta ecológica para la energía verde. La etiqueta ecológica se llama EKOenergy. Establece criterios de sostenibilidad, adicionalidad, información al consumidor y seguimiento. Solo una parte de la electricidad producida por energías renovables cumple los criterios EKOenergy.
En febrero de 2010 se lanzó un esquema de certificación de suministro de energía ecológica en el Reino Unido. Esto implementa las directrices del regulador de energía, Ofgem, y establece los requisitos de transparencia, el emparejamiento de las ventas por suministros de energía renovable y la adicionalidad.
Estados Unidos
El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), la Agencia de Protección Ambiental (EPA) y el Centro de Soluciones de Recursos (CRS) reconocen la compra voluntaria de electricidad a partir de fuentes de energía renovables (también llamadas electricidad renovable o electricidad verde) como energía verde.
La forma más popular de comprar energía renovable según lo revelan los datos de NREL es a través de la compra de certificados de energía renovable (REC). Según una encuesta del Natural Marketing Institute (NMI), el 55 por ciento de los consumidores estadounidenses desean que las empresas aumenten el uso de energía renovable.
DOE seleccionó a seis compañías para sus Green Power Supplier Awards 2007, incluida Constellation NewEnergy; 3Degrees; Sterling Planet; SunEdison; Pacific Power y Rocky Mountain Power; y Silicon Valley Power. La energía verde combinada proporcionada por esos seis ganadores equivale a más de 5 mil millones de kilovatios-hora por año, lo cual es suficiente para alimentar a casi 465,000 hogares estadounidenses promedio. En 2014, Arcadia Power puso a disposición RECS para hogares y negocios en los 50 estados, permitiendo a los consumidores usar «100% de energía verde» según lo define la Asociación de Energía Verde de la EPA.
La Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (USEPA) Green Power Partnership es un programa voluntario que respalda la adquisición orgánica de electricidad renovable al ofrecer asesoramiento experto, asistencia técnica, herramientas y recursos. Esto puede ayudar a las organizaciones a reducir los costos de transacción de comprar energía renovable, reducir la huella de carbono y comunicar su liderazgo a las partes interesadas clave.
En todo el país, más de la mitad de todos los clientes de electricidad de EE. UU. Ahora tienen la opción de comprar algún tipo de producto de energía ecológica a un proveedor minorista de electricidad. Aproximadamente una cuarta parte de los servicios públicos del país ofrece programas de energía verde a los clientes, y las ventas minoristas voluntarias de energía renovable en Estados Unidos totalizaron más de 12 mil millones de kilovatios-hora en 2006, un 40% más que el año anterior.
En los Estados Unidos, uno de los principales problemas con la compra de energía verde a través de la red eléctrica es la infraestructura centralizada actual que suministra la electricidad del consumidor. Esta infraestructura ha provocado apagones y apagones cada vez más frecuentes, altas emisiones de CO2, mayores costos de energía y problemas de calidad de energía. Se invertirán $ 450 mil millones adicionales para expandir este incipiente sistema en los próximos 20 años para satisfacer la creciente demanda. Además, este sistema centralizado está siendo sobrecargado con la incorporación de energías renovables como la energía eólica, solar y geotérmica. Los recursos renovables, debido a la cantidad de espacio que requieren, a menudo se encuentran en áreas remotas donde hay una menor demanda de energía. La infraestructura actual haría que el transporte de esta energía a áreas de alta demanda, como los centros urbanos, sea altamente ineficiente y en algunos casos imposible. Además, a pesar de la cantidad de energía renovable producida o la viabilidad económica de tales tecnologías, solo un 20 por ciento podrá incorporarse a la red. Para tener un perfil de energía más sostenible, Estados Unidos debe avanzar hacia la implementación de cambios en la red eléctrica que acomodarán una economía de combustible mixto.
Se proponen varias iniciativas para mitigar los problemas de distribución. En primer lugar, la forma más efectiva de reducir las emisiones de CO2 de EE. UU. Y disminuir el calentamiento global es mediante esfuerzos de conservación. Los opositores de la red eléctrica actual de los Estados Unidos también han abogado por la descentralización de la red. Este sistema aumentaría la eficiencia al reducir la cantidad de energía perdida en la transmisión. También sería económicamente viable, ya que reduciría la cantidad de líneas eléctricas que será necesario construir en el futuro para satisfacer la demanda. Combinar calor y energía en este sistema generaría beneficios adicionales y ayudaría a aumentar su eficiencia hasta en un 80-90%. Este es un aumento significativo de las plantas actuales de combustible fósil que solo tienen una eficiencia del 34%.
Empresas como Lieef (www.Lieef.com) han comenzado a informar métricas de ESG en nombre de compañías y fondos de inversión, en un esfuerzo por aumentar la transparencia en el espacio que hasta la fecha ha aumentado en importancia, pero no han encontrado una herramienta de medición unificada. .
Investigación de energía sostenible
Existen numerosas organizaciones dentro de los sectores académico, federal y comercial que realizan investigación avanzada a gran escala en el campo de la energía sostenible. Esta investigación abarca varias áreas de enfoque en todo el espectro de energía sostenible. 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 la energía sostenible en los últimos años. Dos de los laboratorios más destacados son Sandia National Laboratories y National Renewable Energy Laboratory (NREL), ambos financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y respaldados por diversos socios corporativos. Sandia tiene un presupuesto total de $ 2.4 mil millones, mientras que NREL tiene un presupuesto de $ 375 millones.
La producción científica hacia sistemas de energía sostenibles está aumentando exponencialmente, creciendo de aproximadamente 500 diarios en inglés solo sobre energía renovable en 1992 a casi 9,000 artículos en 2011.
Biomasa
La biomasa es material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. A menudo 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 diversas 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, ramas y tocones de árboles muertos, recortes de jardín, astillas de madera e incluso desechos 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 puede cultivarse a partir de numerosos tipos de plantas, incluyendo miscanthus, switchgrass, cáñamo, maíz, álamo, sauce, sorgo, caña de azúcar, bambú y una variedad de especies arbóreas, que van desde el eucalipto hasta la palma aceitera (aceite de palma).
La biomasa, el biogás y los biocombustibles se queman para producir calor / energía y, al hacerlo, dañan el medio ambiente. Los contaminantes como los óxidos sulfurosos (SOx), los óxidos nitrosos (NOx) y las partículas en suspensión (PM) se producen a partir de esta combustión; la Organización Mundial de la Salud estima que 7 millones de muertes prematuras son causadas cada año por la contaminación del aire. La combustión de biomasa es un contribuyente importante.
Biocombustibles de etanol
Como principal fuente de biocombustibles en América del Norte, muchas organizaciones están llevando a cabo investigaciones en el área de la producción de etanol. En el nivel federal, el USDA realiza una gran cantidad de investigaciones sobre la producción de etanol en los Estados Unidos. Gran parte de esta investigación está dirigida hacia el efecto de la producción de etanol en los mercados nacionales de alimentos. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable ha llevado a cabo varios proyectos de investigación de etanol, principalmente en el área del etanol celulósico. El etanol celulósico tiene muchos beneficios sobre el etanol a base de maíz tradicional. No elimina ni entra en conflicto directo con el suministro de alimentos porque se produce a partir de madera, hierbas o partes no comestibles de las plantas. Además, algunos estudios han demostrado que el etanol celulósico es más rentable y económicamente sostenible que el etanol a base de maíz. Incluso si usáramos toda la cosecha de maíz que tenemos en los Estados Unidos y la convirtiéramos en etanol, solo produciría suficiente combustible para servir el 13 por ciento del consumo total de gasolina de los Estados Unidos. Los Laboratorios Nacionales de Sandia llevan a cabo investigaciones internas de etanol celulósico y también es miembro del Joint BioEnergy Institute (JBEI), un instituto de investigación fundado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos con el objetivo de desarrollar biocombustibles celulósicos.
Otros biocombustibles
De 1978 a 1996, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable experimentó con la producción de combustible de algas en el «Programa de Especies Acuáticas». Un artículo auto publicado por Michael Briggs, del Grupo de Biocombustibles de la Universidad de New Hampshire, ofrece estimaciones para el reemplazo realista de todo combustible para vehículos de motor con biocombustibles utilizando algas que tienen un contenido de aceite natural superior al 50%, lo que Briggs sugiere puede ser crecido en estanques de algas en plantas de tratamiento de aguas residuales. Estas algas ricas en petróleo pueden luego extraerse del sistema y transformarse en biocombustibles, y el residuo seco se vuelve a procesar para crear etanol. La producción de algas para cosechar petróleo para biocombustibles aún no se ha llevado a cabo a escala comercial, pero se han llevado a cabo estudios de factibilidad para llegar a la estimación del rendimiento anterior. Durante el proceso de producción de biocombustible, las algas realmente consumen el dióxido de carbono en el aire y lo convierten en oxígeno mediante la fotosíntesis. Además de su alto rendimiento proyectado, la algacultura -a diferencia de los biocombustibles basados en cultivos alimentarios- no implica una disminución en la producción de alimentos, ya que no requiere ni tierras de cultivo ni agua dulce. Muchas empresas buscan bio-reactores de algas para diversos fines, incluida la ampliación de la producción de biocombustibles a niveles comerciales.
Varios grupos en varios sectores están llevando a cabo investigaciones sobre Jatropha curcas, un arbusto venenoso parecido al arbusto que produce semillas consideradas por muchos como una fuente viable de aceite de alimentación de biocombustibles. Gran parte de esta investigación se centra en mejorar el rendimiento total de aceite por hectárea de Jatropha a través de avances en genética, ciencias del suelo y prácticas hortícolas. SG Biofuels, un desarrollador de Jatropha con sede en San Diego, ha utilizado la mejora molecular y la biotecnología para producir semillas híbridas de élite de Jatropha que muestran mejoras de rendimiento significativas sobre las variedades de primera generación. El Centro para la Agricultura de Energía Sostenible (CfSEF) es una organización de investigación sin fines de lucro con sede en Los Ángeles dedicada a la investigación de Jatropha en las áreas de la ciencia de las plantas, la agronomía y la horticultura. Se proyecta que la exploración exitosa de estas disciplinas aumentará los rendimientos de la producción agrícola de Jatropha en un 200-300% en los próximos diez años.
Torio
Hay potencialmente dos fuentes de energía nuclear. La fisión se usa en todas las centrales nucleares actuales. Fusion es la reacción que existe en las estrellas, incluido el sol, y sigue siendo impracticable para su uso en la Tierra, ya que los reactores de fusión aún no están disponibles. Sin embargo, la energía nuclear es controvertida política y científicamente debido a las preocupaciones sobre la eliminación de los desechos radiactivos, la seguridad, los riesgos de un accidente grave y los problemas técnicos y económicos en el desmantelamiento de las antiguas centrales eléctricas.
El torio es un material fisionable utilizado en la energía nuclear basada en torio. El ciclo del combustible de torio tiene varias ventajas potenciales sobre el ciclo del combustible de uranio, incluida una mayor abundancia, propiedades físicas y nucleares superiores, una mayor resistencia a la proliferación de armas nucleares y una reducción de la producción de plutonio y actínidos. Por lo tanto, a veces se denomina sostenible.
Solar
El principal obstáculo que impide la implementación a gran escala de la generación de energía con energía solar es la ineficiencia de la tecnología solar actual. Actualmente, los paneles fotovoltaicos (PV) solo tienen la capacidad de convertir alrededor del 24% de la luz solar que los golpea en electricidad. A este ritmo, la energía solar todavía presenta muchos desafíos para su implementación generalizada, pero se ha logrado un progreso constante en la reducción del costo de fabricación y el aumento de la eficiencia fotovoltaica. Tanto Sandia National Laboratories como el National Renewable Energy Laboratory (NREL), han financiado programas de investigación solar. El programa solar NREL tiene un presupuesto de alrededor de $ 75 millones y desarrolla proyectos de investigación en las áreas de tecnología fotovoltaica (PV), energía solar térmica y radiación solar. El presupuesto para la división solar de Sandia es desconocido, sin embargo, representa un porcentaje significativo del presupuesto de $ 2.4 mil millones del laboratorio. Varios programas académicos se han centrado en la investigación solar en los últimos años. El Centro de Investigación de Energía Solar (SERC) en la Universidad de Carolina del Norte (UNC) tiene el único propósito de desarrollar tecnología solar rentable. En 2008, los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrollaron un método para almacenar energía solar al usarla para producir combustible de hidrógeno a partir del agua. Dicha investigación está dirigida a abordar el obstáculo que enfrenta el desarrollo solar para almacenar energía para su uso durante las horas nocturnas cuando el sol no está brillando. En febrero de 2012, Semprius Inc., con sede en Carolina del Norte, una empresa de desarrollo solar respaldada por la empresa alemana Siemens, anunció que habían desarrollado el panel solar más eficiente del mundo. La compañía afirma que el prototipo convierte el 33,9% de la luz solar que llega a la electricidad, más del doble de la tasa de conversión anterior de alta gama. Los principales proyectos sobre fotosíntesis artificial o combustibles solares también están en marcha en muchas naciones desarrolladas.
Energía solar basada en el espacio
Los satélites de energía solar basados en el espacio buscan superar los problemas de almacenamiento y proporcionar energía a escala de civilización que es limpia, constante y global. Japón y China tienen programas nacionales activos dirigidos a la energía solar basada en el espacio (SBSP) a escala comercial, y la esperanza de ambos países de orbitar las manifestaciones en la década de 2030. La Academia de Tecnología Espacial de China (CAST, por sus siglas en inglés) ganó el Concurso Internacional de Diseño de SunSat 2015 con este video de su diseño de Conjunto Rotativo Multi-Rotario. Los defensores de SBSP afirman que la energía solar basada en el espacio sería limpia, constante y global, y podría escalar para satisfacer toda la demanda de energía planetaria. Una reciente propuesta de la industria de varias agencias (haciéndose eco de la recomendación del Pentágono de 2008) ganó el Desafío de Innovación del Director D3 (Diplomacia, Desarrollo, Defensa) SECDEF / SECSTEF / USAID con el siguiente video de lanzamiento y visión. Northrop Grumman está financiando a CALTECH con $ 17,5 millones para un diseño ultraligero. Keith Henson publicó recientemente un video de un enfoque de «arranque».
Viento
La investigación de la energía eólica data de varias décadas hasta la década de 1970 cuando la NASA desarrolló un modelo analítico para predecir la generación de energía de las turbinas eólicas durante los fuertes vientos. En la actualidad, tanto Sandia National Laboratories como el National Renewable Energy Laboratory tienen programas dedicados a la investigación del viento. El laboratorio de Sandia se centra en el avance de los materiales, la aerodinámica y los sensores. Los proyectos eólicos de NREL se centran en mejorar la producción de energía de la planta eólica, reducir sus costos de capital y hacer que la energía eólica sea más rentable en general. El Laboratorio de Campo para Energía Eólica Optimizada (FLOWE) en Caltech se estableció para investigar enfoques renovables para las prácticas de tecnología de agricultura eólica que tienen el potencial de reducir el costo, el tamaño y el impacto ambiental de la producción de energía eólica. El presidente de Sky WindPower Corporation cree que las turbinas eólicas podrán producir electricidad a un centavo / kWh a un promedio que, en comparación con la electricidad generada a partir del carbón, es una fracción del costo.
Un parque eólico es un grupo de aerogeneradores en el mismo lugar que se utiliza para producir energía eléctrica. Un gran parque eólico puede constar de varios cientos de aerogeneradores individuales, y cubrir un área extendida de cientos de millas cuadradas, pero la tierra entre las turbinas puede ser utilizada para fines agrícolas u otros. Un parque eólico también puede estar ubicado en alta mar.
Muchos de los parques eólicos terrestres operacionales más grandes se encuentran en los Estados Unidos y China. El parque eólico de Gansu en China tiene más de 5.000 MW instalados con un objetivo de 20.000 MW para 2020. China tiene varias otras «bases de energía eólica» de tamaño similar. El Alta Wind Energy Center en California es el mayor parque eólico terrestre fuera de China, con una capacidad de 1020 MW de potencia. Europa lidera el uso de la energía eólica con casi 66 GW, aproximadamente el 66 por ciento del total a nivel mundial, con Dinamarca a la cabeza según los países que instalan capacidad per cápita. A partir de febrero de 2012, el parque eólico de Walney en el Reino Unido es el parque eólico marino más grande del mundo con 367 MW, seguido de Thanet Wind Farm (300 MW), también en el Reino Unido.
Hay muchos parques eólicos grandes en construcción que incluyen BARD Offshore 1 (400 MW), Clyde Wind Farm (350 MW), gran parque eólico Gabard (500 MW), Lincs Wind Farm (270 MW), London Array (1000 MW) , Proyecto eólico Lower Snake River (343 MW), parque eólico Macarthur (420 MW), parque eólico Shepherds Flat (845 MW) y Sheringham Shoal (317 MW).
La energía eólica se ha expandido rápidamente, su participación en el uso mundial de electricidad a fines de 2014 fue del 3.1%.
Geotérmica
La energía geotérmica se produce al aprovechar la energía térmica creada y almacenada en la tierra. Surge de la desintegración radiactiva de un isótopo de potasio y otros elementos que se encuentran en la corteza terrestre. La energía geotérmica se puede obtener mediante la perforación en el suelo, muy similar a la exploración de petróleo, y luego es transportada por un fluido de transferencia de calor (por ejemplo, agua, salmuera o vapor). Los sistemas geotérmicos dominados principalmente por agua tienen el potencial de proporcionar mayores beneficios al sistema y generarán más energía. Dentro de estos sistemas dominados por líquidos, existen posibles problemas de hundimiento y contaminación de los recursos de agua subterránea. Por lo tanto, la protección de los recursos de agua subterránea es necesaria en estos sistemas. Esto significa que la producción e ingeniería cuidadosa del yacimiento es necesaria en sistemas de yacimientos geotérmicos dominados por líquidos. La energía geotérmica se considera sostenible porque esa energía térmica se repone constantemente. Sin embargo, la ciencia de la generación de energía geotérmica es aún joven y está desarrollando la viabilidad económica. Varias entidades, como el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y los Laboratorios Nacionales Sandia, están llevando a cabo una investigación con el objetivo de establecer una ciencia comprobada en torno a la energía geotérmica. El Centro Internacional de Investigación Geotérmica (IGC), una organización alemana de investigación en geociencias, se enfoca principalmente en la investigación del desarrollo de la energía geotérmica.
Hidrógeno
Se han gastado más de $ 1 mil millones de dinero federal en la investigación y el desarrollo de hidrógeno y un medio para el almacenamiento de energía en los Estados Unidos. Tanto el Laboratorio Nacional de Energía Renovable como los Laboratorios Nacionales Sandia tienen departamentos dedicados a la investigación del hidrógeno. El hidrógeno es útil para el almacenamiento de energía y para el uso en aviones y barcos, pero no es práctico para el uso del automóvil, ya que no es muy eficiente comparado con el uso de una batería. Por el mismo costo, una persona puede viajar tres veces más usando una vehículo eléctrico de batería.