Fotografía cortesía de DOE/NREL, Bill Timmerman fotógrafo Módulos FV en tejado del centro médico de una aldea; Calcuta, India.

Energía solar

La idea de aprovechar la energía solar no es novedosa. Fue a partir de fines de 1970 que se tuvo la tecnología para hacerlo posible. El proceso básico es simple. Los paneles solares concentran la luz solar que cae sobre ellos y la convierten en energía. Esto se logra de varias maneras y depende del objetivo; ya sea electricidad para una región o agua caliente para una piscina. El mayor obstáculo de la energía solar es el precio de la instalación. El equipo solar cuesta mucho más que un equipo tradicional de energía. Lleva muchos años de uso ver que la inversión valió la pena. A pesar del costo, la energía solar permite que se pueda complementar la energía en las ciudades. En zonas rurales, donde el costo del tendido de los cables eléctricos aumenta, la energía solar es la mejor opción de electricidad.

Energía hidroeléctrica

La energía hidroeléctrica utiliza la energía del agua que cae para hacer girar turbinas y generar electricidad. La energía que se genera de esta forma depende del control de un curso de agua, como por ejemplo un río, a menudo con una presa. La energía hidroeléctrica tiene varias ventajas. Es casi obvio que es renovable. Los generadores impulsados por agua no producen emisiones. El flujo de agua, controlado dentro de la planta hidroeléctrica, determina la cantidad de electricidad producida para generar la energía necesaria. Aproximadamente el 20% de la electricidad mundial proviene de esta fuente. Entre los principales usuarios de la energía hidroeléctrica se encuentran Noruega, Rusia, China, Canadá, Estados Unidos y Brasil.

Combustible de biomasa

Fotografía cortesía de DOE/NREL, Andrew Carlin, fotógrafos operadores de Tracy Camión descargando trozos de madera que servirán como combustible para planta Tracy Biomass Plant, Tracy, California.

"Biomasa" define casi cualquier residuo vegetal, desperdicio de madera, desperdicio agrícola y de vertedero de basura, así como también determinados cultivos que se utilizan como combustible. Estos desperdicios provienen de industrias como las madereras, la industria de la construcción, las papeleras; los desperdicios agrícolas provienen del cultivo de la tierra; e incluso los desperdicios sólidos provienen de vertederos de basura municipales y el gas metano generado en estos vertederos. Además, algunos céspedes pueden cultivarse para la obtención de biocombustibles a partir de la fermentación. En todo el mundo, el combustible de biomasa, principalmente los productos derivados de la madera, se quema en forma paralela al carbón en plantas de energía eléctrica de combustión de carbón. Los biocombustibles representan el otro uso principal de la biomasa. El etanol puede utilizarse de forma aislada o como un agregado a la gasolina. La mayoría de los vehículos de Brasil funcionan con etanol. El biodiesel, hecho de aceite vegetal, grasa animal y grasa de restaurantes, bien puede reemplazar al combustible diesel estándar. También puede utilizarse en una mezcla. El mayor productor y usuario de biodiesel es Alemania.
Aunque al quemase produce dióxido de carbono, el combustible de biomasa se considera como "carbono neutral". Desde hace millones de años, los combustibles fósiles liberan CO2 y crean una carga adicional de CO2 en la atmósfera. El CO2 liberado por la combustión de la biomasa es absorbido por las plantas cultivadas para producirlo. Sin embargo, los combustibles fósiles todavía se utilizan en la producción de combustible de biomasa que impulsa la maquinaria agrícola y abastece los camiones cargados con troncos, y se utiliza en otros pasos del proceso. En este momento, el combustible de biomasa no es verdaderamente carbono neutral. Aunque, en general, disminuye las emisiones de CO2, que es un paso en la dirección correcta.

Energía eólica

Fotografía cortesía de DOE/NREL, Sandia National Laboratories Parque eólico Colorado Green, cerca de Lamar, Colorado

Los pequeños molinos de viento eran frecuentes en todo el mundo hasta ser reemplazados por los motores de vapor y, posteriormente, por la electricidad. El interés por las grandes turbinas de viento aumentó a partir de la crisis del petróleo de 1970. Para 1980 los molinos de energía eólica, hileras de turbinas, comenzaron a verse en las zonas rurales de todo el mundo. Entre los principales usuarios de la energía eólica se encuentran Alemania, Estados Unidos, Dinamarca y España, e India y China como prometedores usuarios de la energía eólica.
Las gigantes turbinas de viento generan energía cuando el viento hace girar sus enormes paletas. Las paletas están conectadas a un generador que produce electricidad. Los grandes parques eólicos pueden cumplir con las necesidades básicas de energía de una empresa de servicios públicos. Los parques eólicos más pequeños y los molinos de viento individuales pueden abastecer hogares, antenas parabólicas y bombas de agua. Tal como ocurre con la energía solar, la construcción de los parques eólicos requiere una gran inversión inicial que no se amortiza con rapidez.

Energía geotérmica

La energía geotérmica toma fuentes naturales, tales como aguas termales y chorros de vapor, y las utiliza para producir electricidad o suministrar agua caliente a una región. Las plantas de energía geotérmica envían el vapor que llega a la superficie de la Tierra hacia turbinas. Las turbinas giran e impulsan generadores que producen electricidad. La primera planta generadora de energía geotérmica por vapor se inauguró en Larderello, Italia, en 1904. Esta planta todavía se encuentra en funcionamiento. Los Estados Unidos, Islandia, Las Filipinas, El Salvador, Rusia, Kenia y El Tíbet se encuentran entre los 24 países que utilizaron 8,900 megavatios de electricidad generados por instalaciones geotérmicas en 2005. La calefacción geotérmica directa utiliza agua caliente de la superficie de la Tierra, como por ejemplo aguas termales, para calefaccionar hogares y otros edificios. En 2005, alrededor de 16,000 megavatios de energía provinieron de fuentes geotérmicas directas, en aproximadamente 72 países.

Fotografía cortesía de DOE/NREL, Joel Renner, NEEL, fotógrafo Planta de energía geotérmica Steamboat Hills en Steamboat Springs, Nevada.

Energía nuclear

La energía nuclear se presentó como una alternativa para los combustibles fósiles en 1970. Las plantas realizaban fisiones nucleares en un entorno controlado, lo que producía energía. Los bajos costos del combustible equilibraron la inversión financiera necesaria para crear las plantas de energía nuclear, y esto tenía como consecuencia electricidad a más bajo costo. A pesar de los graves accidentes en la planta Three Mile Island en Pensilvania y en Chernobil, Ucrania, la energía nuclear sigue siendo una fuente viable de energía en muchos lugares. Las plantas de energía nuclear suministran el 16% de la energía del mundo en 70 países. Son una fuente importante de energía para países sin muchos recursos de combustibles fósiles. Francia y Japón tienen programas particularmente activos de energía nuclear. Las plantas ahora incorporan múltiples sistemas de seguridad para evitar fusiones del núcleo y la liberación de sustancias radiactivas. Todavía resta preocupación acerca del desecho del combustible que se consume, que podría ser utilizado para fabricar armas nucleares.

Energía oceánica

Fotografía cortesía de Dan Chiras, autor, El nuevo hogar ecológico Casa solar pasiva, Evergreen, Colorado.

Una planta de energía mareomotriz captura la energía del flujo de las mareas que entran y salen de las bahías o estuarios. Una presa especial denominada presa de contención separa el área de las mareas en cuencas superiores e inferiores. Las turbinas dentro de la presa de contención giran a medida que el agua fluye de una cuenca hacia la otra, según la dirección de la marea. Las turbinas impulsan un generador que, luego, produce electricidad.

La instalación de una planta mareomotriz es costosa, por lo tanto, la planta debe ser capaz de generar energía suficiente como para que la inversión valga la pena. Esto sucede únicamente cuando hay una diferencia de al menos 5 m (16 pies) entre la marea alta y la baja. Cualquier diferencia menor no genera la energía suficiente como para que la planta mareomotriz resulte viable desde el punto de vista financiero. Sólo aproximadamente 40 lugares en todo el mundo cumplen con estos criterios. La planta mareomotriz más conocida es La Rance Station en Bretaña, Francia. Entre otros lugares se encuentran la Planta Annapolis Royal en Nueva Escocia, Canadá, y también plantas en Rusia, China, India y Gales.

Calefacción y refrigeración pasivas

Un método inusual para calefaccionar o refrigerar su hogar de un modo renovable es a través de técnicas de calefacción y refrigeración pasivas. Este enfoque combina la energía solar con técnicas de diseño y construcción para calefaccionar un edificio en el invierno y refrigerarlo en el verano.

Energía pasiva Existen muchas técnicas de edificación que pueden ayudar a refrigerar una casa durante el verano. Un alero amplio evita que los rayos del sol atraviesen las ventanas con vista al sur. Los árboles frondosos de hoja caduca también evitan que el sol llegue a estas ventanas. Dejar abiertas las ventanas con vista al norte permite que ingrese aire más fresco a la casa. Un ventilador de techo impulsa el aire hacia el mismo techo. La hilera más alta de las ventanas del clerestorio se deja abierta para expulsar el aire caliente. Durante el crudo invierno, las técnicas de edificación sacan ventaja del calor proveniente del sol y el piso. Los árboles caducifolios han perdido sus hojas. Las ventanas térmicas del lado sur de la casa permiten que los rayos del sol, ahora más bajos, calienten el interior de la casa. Estos rayos también pasan por debajo del alero. El piso del interior de la casa incluye un absorbente térmico que retiene el calor. El ventilador de techo impulsa el aire caliente de arriba hacia abajo.

Células de combustible del hidrógeno

Muchas personas creen que el futuro se encuentra en las células de combustible del hidrógeno, grandes células para plantas de energía y pequeñas para motores y otras aplicaciones. Las ventajas del hidrógeno son diversas. La reacción del hidrógeno produce calor, electricidad y agua, pero no contamina. El hidrógeno es fácil de obtener y puede generarse a partir de combustibles fósiles o, lo que es más importante, de combustibles renovables. El hidrógeno es económico y más eficaz que cualquier tecnología que implique turbinas y mucho más eficaz que la combustión interna. Sin embargo, en la actualidad, la tecnología de hidrógeno es más costosa que las fuentes de energía existentes. Todavía no se conoce la instalación real de los sistemas para controlar las temperaturas y para fabricar las células de combustible en tamaños aprovechables. Estos temas deben estar resueltos antes de que las células de combustible del hidrógeno comiencen a reemplazar a otras fuentes de energía.

Fusión

La fusión nuclear es una fuente de energía que todavía está en etapa experimental. Pero, ¿qué es exactamente la fusión? La fusión suministra energía al sol y a las estrellas. Cuatro núcleos de hidrógeno (protones) se unen entre sí y forman núcleos de helio (dos protones y dos neutrones), junto con algunas otras partículas. Una reacción de fusión libera grandes cantidades de energía. La bomba de hidrógeno utiliza la fusión en un entorno no controlado. Los científicos han estado trabajando para controlar y aprovechar la reacción de fusión para producir energía. En una reacción de fusión controlada, los materiales radiactivos están presentes únicamente durante un corto lapso de tiempo. Los residuos se descomponen rápidamente y nada permanece durante mucho tiempo. Además, los residuos no pueden utilizarse para fabricar armas. La ventaja de la fusión es que ésta es limpia y que el hidrógeno necesario para abastecer las reacciones es fácil de obtener. El gran problema de la fusión es que para que funcione, la reacción debe tener mayor temperatura que el interior del sol. El calor debe estar contenido para que la fusión resulte una fuente de energía útil.

El futuro lejano

Desde hace mucho tiempo, los investigadores vienen especulando con otros tipos de energía renovable. Un método propuesto obtiene la energía solar de satélites especiales del espacio, por sobre el clima y la rotación de la Tierra. Satélites accionados por energía solar recogerían la energía solar, la convertirían en electricidad y la enviarían de vuelta a la Tierra. Este concepto se ha analizado durante 30 años, pero los costos y la disponibilidad de otros recursos energéticos renovables han retrasado el desarrollo. Otra teoría propone obtener grandes cantidades de energía de la rotación de los agujeros negros