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El futuro se decide en París

Nov 30 2015

Editorial – El País

La cumbre del clima que comienza hoy debe alumbrar acuerdos que garanticen la reducción de emisiones

Pocas veces una reunión internacional habrá sido tan importante. De lo que acuerden los 195 países que se han dado cita en París en la Cumbre del Clima que comienza hoy depende en buena medida el futuro del planeta. La cumbre debería alumbrar un nuevo acuerdo de reducción de emisiones de CO2 y otros gases que sustituya al protocolo de Kioto de 1997 y asegure que el calentamiento global no superará los 2°C de aquí a final de siglo. De ese límite depende que el cambio climático en curso tenga consecuencias nocivas, pero manejables, o que los efectos sean calamitosos.

Hay datos que invitan a un prudente optimismo. A diferencia de Copenhague (2009), se ha extendido la conciencia global de peligro y el consenso sobre la necesidad de actuar de forma urgente. Mientras el protocolo de Kioto fue suscrito por solo 37 países industrializados —28 de ellos de la UE— que sumaban apenas el 12% de las emisiones nocivas, a París acuden casi dos centenares de países, tanto industrializados con en vías de desarrollo. Entre ellos se encuentran además los dos principales emisores, China y Estados Unidos, que no suscribieron Kioto y ahora acuden con planes de reducción ya comprometidos. Otro avance, fruto del cambio de metodología, es que 176 países llegan a la cumbre con objetivos nacionales ya establecidos.

Pese a todo, la cumbre será un fracaso si el nuevo protocolo que tiene que entrar en vigor en 2020 no mejora estos objetivos: las reducciones de emisiones anunciadas son insuficientes para que el calentamiento no exceda de 2°C. El protocolo de Kioto logró reducir un 22% los gases de efecto invernadero en los países firmantes, pero las emisiones globales han seguido creciendo desde 2000 más de un 24%. Es vital aumentar los objetivos de reducción y asegurar mecanismos para que efectivamente se cumplan. Los costes son elevados, y los países en desarrollo temen que eso estrangule su capacidad de crecimiento. Por eso es importante que los países con mayor capacidad aporten dinero al fondo ecológico de 100.000 millones destinado a compensar esos costes. El acuerdo no es fácil, pero debe ser posible. El futuro del planeta se decide en París. 30 NOV 2015

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Anexos:

1. Líderes mundiales buscan un acuerdo vinculante contra el cambio climático

Por Ben Brumfield, Jethro Mullen – CNN

(CNN)– La decisiva cumbre mundial sobre el cambio climático comenzó este lunes en París con un minuto de silencio en honor a las víctimas de los ataques terroristas en la capital francesa.

Cerca de 150 líderes mundiales se reúnen en París con una misión: acordar reducciones vinculantes de las emisiones de gases de efecto invernadero para frenar el calentamiento global.

En la inauguración de la COP21, el presidente francés, François Hollande, reconoció la magnitud de ambos eventos.

«Francia está recibiendo a 150 jefes de Estado», dijo el presidente. «Nunca nos habíamos jugado tanto porque se trata del futuro del planeta, el futuro de la vida. Y, sin embargo, hace dos semanas, aquí en el mismo París, un grupo de fanáticos estaba sembrando las semillas de la muerte en las calles».

Hollande dijo que si bien la lucha contra el terrorismo y la lucha contra el cambio climático son dos batallas separadas, «se trata de dos grandes retos que se debe afrontar».

La COP21 -la Conferencia de las Partes- durará casi dos semanas.

Obama: EE.UU.: reconoce su papel

En palabras dirigidas a los países en desarrollo, muchos de los cuales se resisten a demandas para reducir las emisiones de carbono, Barack Obama dijo que Estados Unidos reconoce su propio papel en la contribución al cambio climático.

«He venido aquí personalmente como el líder de la mayor economía del mundo y el segundo mayor emisor, a decir que Estados Unidos no solo reconoce su papel en la creación de este problema, aceptamos nuestra responsabilidad de hacer algo al respecto» dijo Obama.

El presidente estadounidense citó las nuevas inversiones en energía limpia y una mayor dependencia de la tecnología verde como ejemplos de los compromisos de Estados Unidos hacia la reducción de las emisiones de carbono.

Terror, seguridad, enfrentamientos

La cumbre de París se inicia bajo el espectro de los ataques terroristas del 13 de noviembre que mataron a 130 personas, por lo que las autoridades han tomado medidas drásticas contra las manifestaciones en medio de las preocupaciones por la seguridad.

Como alternativa a la y para desafiar la prohibición a manifestarse, el lugar apareció lleno de zapatos para representar a aquellos que no pudieron protestar.

Sin embargo, los más decepcionados salieron y algunos se enfrentaron brevemente con la policía en la Plaza de la República el domingo. La policía arrestó a más de 200 personas después de que arrojaron zapatos, botellas e incluso velas –tomadas de los homenajes a las víctimas de los ataques en los monumentos de París-.

El jefe de la policía parisina, Michel Cadot, dijo que tomar las velas y utilizarlas contra los agentes mostró «una extrema falta de respeto a esos eventos».

La policía antidisturbios respondió con gases lacrimógenos.

El presidente francés, François Hollande, llamó a los enfrentamientos «escandalosos» y dijo que las autoridades sabían que «elementos preocupantes» llegarían a París durante las negociaciones y que por eso «este tipo de concentraciones fueron prohibidas y algunos recibieron la orden de permanecer en casa».

Manifestaciones contra el cambio climático tuvieron lugar en muchos países el domingo. Existe un amplio consenso entre los científicos de que el calentamiento global está impulsado por la actividad humana, sobre todo por la quema de combustibles fósiles.

Fracasos anteriores

El presidente estadounidense, Barack Obama, y el presidente chino, Xi Jinping, son sin duda los negociadores necesarios para alcanzar el ambicioso objetivo de un acuerdo jurídicamente vinculante a nivel mundial.

Una mirada a la historia de la COP ilustra el desafío en el logro de la meta de este año.

La Conferencia de las Partes fue fundada para dar seguimiento a la Convención de Río en 1992, que dio inicio a una respuesta política global al cambio climático.

Probablemente el hito más conocido salido de una COP fue la adopción del Protocolo de Kyoto, un acuerdo no vinculante entre 192 estados para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero un 5% por debajo de los niveles de 1990 entre 2008 y 2012.

Estados Unidos no ratificó el Protocolo de Kyoto y se retiró de él por completo en 2001. Canadá lo abandonó también, y China, India y otros países en desarrollo estaban exentos.

Ha tomado 20 años de negociaciones de la ONU llegar a este intento de un acuerdo jurídicamente vinculante sobre las emisiones globales para evitar un aumento de la temperatura media global de más de 2 grados centígrados, dijeron los organizadores de la COP.

Más de 40.000 delegados de 195 países asisten a la COP21.

Jethro Mullen, Kevin Wang y periodista Melia Ljuljanovic contribuyeron con este reporte.30 noviembre, 2015
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2. La energía solar fotovoltaica, en la vanguardia frente al cambio climático

Ignacio Mártil*

Hoy comienza la Cumbre de París para tratar de frenar el cambio climático, cada vez más amenazante. Todos los expertos en clima coinciden en que uno de las acciones clave para lograrlo es la generalización del uso de la energías renovables en general y de la energía solar fotovoltaica (en lo que sigue, ESF) en particular.

Esta fuente de energía ha suscitado un enorme interés en los últimos tiempos por causas ajenas a la ciencia. El reciente Real Decreto de autoconsumo eléctrico y la penalización a las energías renovables por parte del actual gobierno del Partido Popular son, entre otras, algunas de las razones que justifican ese interés. En este artículo haré una descripción de cuáles son los fundamentos científicos de las células solares, pilares en los que se sustenta esta fuente de energía, así como unos breves comentarios acerca de las tecnologías principales con las que se fabrican.

1. Fundamentos de las células solares

La conversión de la energía solar en energía eléctrica se realiza utilizando las propiedades de unos dispositivos electrónicos conocidos como células solares. Básicamente, un célula solar es un dispositivo de área moderada (~250 cm²) que se fabrica con una clase de materiales denominados semiconductores, que están presentes en nuestra vida cotidiana desde hace muchos años. Sin ellos, no serían posibles aparatos tales como los ordenadores, los teléfonos móviles, los televisores y un largo etcétera.

Las células solares se construyen habitualmente con silicio, ya que más del 90% de las que se encuentran en el mercado se fabrican con él. El resto del mercado lo componen dispositivos realizados con otros semiconductores, principalmente CdTe y CuInSe2. Los paneles fotovoltaicos construidos con esos semiconductores se utilizan para generar electricidad en aplicaciones terrestres.

En el ámbito de las aplicaciones espaciales, las células solares que integran las baterías que suministran energía a los satélites, se fabrican con semiconductores compuestos por elementos de las columnas III y V de la tabla periódica: GaAs, GaInP, AlInP, GaInAs, etc.

Una célula solar básica de silicio (las fabricadas con los otros semiconductores son similares) se construye mediante la unión de dos zonas de ese material. Durante el proceso de fabricación, en cada una de esas zonas se incorporan de manera intencionada otros elementos químicos, generalmente fósforo en un lado de la unión (que se denomina electrodo negativo o n-Si) y boro en el otro (el electrodo positivo o p-Si). La célula solar así construida es un diodo y al iluminarla con radiación solar se produce el denominado efecto fotovoltaico. En esencia consiste en que la energía de la radiación solar incidente se absorbe por la célula solar, a raíz de lo que se generan portadores de carga eléctrica en el semiconductor, lo que trae como consecuencia inmediata la aparición de una corriente eléctrica. Simultáneamente, la circulación de la corriente por la célula hace que se genera un voltaje entre sus extremos. Como resultado del proceso, la célula produce una tensión y una corriente eléctricas, que es lo que se necesita para obtener potencia eléctrica (la potencia eléctrica se obtiene como producto de ambas magnitudes) y energía al hacerla funcionar un determinado tiempo (la energía es el producto de la potencia por el tiempo de funcionamiento). Por lo tanto, la célula solar convierte la radiación emitida por el sol y absorbida por ella en energía eléctrica. La siguiente figura muestra el esquema y el aspecto exterior de una célula solar comercial de silicio:

Una célula solar produce poca potencia eléctrica, entre 2 y 3 vatios (W), por lo que debe unirse adecuadamente con otras para hacer módulos fotovoltaicos (entre 30 y 50, dependiendo del tipo de módulo y del fabricante) y así obtener potencias más elevadas. Un módulo, en condiciones óptimas de iluminación y dependiendo del tamaño, suministra entre 100 W y 250 W. A su vez, los módulos se integran en paneles, agrupando estos del orden de 10 a 30 módulos.

La eficiencia de conversión de la energía solar en energía eléctrica de las células solares está comprendida hoy en día en el margen 10-25%, dependiendo del semiconductor que se utilice, de la calidad del mismo y de la tecnología de fabricación.

Debido tanto al tamaño como a la eficiencia, si se quieren emplear células solares para el suministro de energía eléctrica a un hogar equipado con todos los electrodomésticos habituales, es preciso utilizar del orden de 6-8 m² de paneles solares por persona (aunque esto varía mucho según la localización geográfica). De otra parte, si lo que se pretende es obtener energía eléctrica en cantidades equiparables a las que producen las centrales térmicas convencionales, es preciso utilizar cientos de miles de paneles solares y por lo tanto, millones de células solares, de ahí que los conocidos como “huertos solares” necesiten instalarse utilizando grandes extensiones de terreno, siendo este uno de los principales inconvenientes que tiene la utilización a gran escala de la ESF.

2. Tecnología de fabricación de células solares de silicio

En la actualidad, más del 90% del mercado fotovoltaico está dominado por las células solares de silicio, repartido en proporciones similares entra las denominadas células mono-Si y las multi-Si; el mono-Si es un silicio de elevada calidad y el multi-Si es un material más defectuoso. La diferencia esencial entre las células solares fabricadas con mono-Si y las realizadas con multi-Si es que en este segundo caso las células solares son menos eficientes que las de mono-Si (ver la segunda figura del artículo), pero más económicas.

El proceso de obtención, tanto del mono-Si como del multi-Si, es el paso más costoso de los que integran la fabricación de una célula solar, tanto en términos económicos como energéticos. Aproximadamente el 60% del coste económico y el 75% del coste energético de una instalación fotovoltaica, se invierte en la obtención del silicio. Describo algún detalle a continuación:

Para fabricar células solares, lo primero que se necesita es disponer de silicio purificado. El silicio es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre, pero se encuentra en esta formando compuestos, principalmente óxidos y silicatos. Estos hay que descomponerlos para obtener el silicio , que después hay que purificar (debe ser 99.999999% puro) para que sirva de material de partida en la fabricación de las células solares. La descomposición de los óxidos y silicatos y la posterior purificación son procesos muy costosos desde el punto de vista energético.

Una vez purificado,, el silicio se somete a un proceso de obtención de lo que se conocen como wafers (obleas) donde se fabrica la célula solar. El proceso es conocido como Czochralski, debido al científico polaco (de apellido impronunciable) Jan Czochralski, que lo desarrolló en 1916 mientras investigaba las propiedades de ciertos metales. El proceso es complejo y su descripción queda fuera de los objetivos de este artículo [2].

Los costes de la tecnología de fabricación de las células solares fueron durante décadas el principal freno al desarrollo de la ESF, pero la economía de escala que ha generado su amplia utilización en todo el mundo ha propiciado un drástico abaratamiento de los mismos durante la última década. Hoy en día, el kWh fotovoltaico es plenamente competitivo en comparación al obtenido con tecnologías basadas en combustibles fósiles, tal y como he analizado con detalle en otro artículo. El avance de la ESF es imparable, ya que cada vez más países apuestan por las fuentes de energía renovables. El reto de frenar el cambio climático debe impulsar su desarrollo de manera generalizada en todo el planeta.

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[1] El huerto solar Topaz se puede ver mediante Google Maps; está situado en las coordenadas 35°23′N, 120°4′W

[2] El lector interesado puede consultar este artículo, donde se hace una descripción del método Czorchalski. Y en este vídeo se describe de manera gráfica y con cierto detalle el proceso de obtención del silicio con este procedimiento.

*Catedrático de Electrónica. Universidad Complutense de Madrid, miembro de econoNuestra. En Público.es, 30 nov 2015

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