Cuando se trata de producción de energía, no existe tal cosa como un almuerzo gratis, Desafortunadamente.

A medida que el mundo comienza su transición a gran escala hacia fuentes de energía bajas en carbono, es vital que se comprendan bien los pros y los contras de cada tipo y los impactos ambientales de las energías renovables, pequeños como pueden ser en comparación con el carbón y el gas, son considerados.

En dos artículos, publicados en Cartas de investigación ambiental y Joule —Los investigadores de la Universidad de Harvard encuentran que la transición a la energía eólica o solar en los Estados Unidos requeriría de cinco a 20 veces más área de tierra de lo que se pensaba anteriormente. y si se construyeran parques eólicos a gran escala, calentaría las temperaturas superficiales promedio sobre los Estados Unidos continentales en 0.24 grados Celsius.

"El viento vence al carbón en cualquier medida medioambiental, pero eso no significa que sus impactos sean insignificantes, "dijo David Keith, el profesor Gordon McKay de Física Aplicada en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard y autor principal de los artículos. "Debemos alejarnos rápidamente de los combustibles fósiles para detener las emisiones de carbono. Al hacerlo, debemos elegir entre varias tecnologías bajas en carbono, todos los cuales tienen algunos impactos sociales y ambientales ".

Keith también es profesor de políticas públicas en la Harvard Kennedy School.

Uno de los primeros pasos para comprender el impacto ambiental de las tecnologías renovables es comprender cuánta superficie terrestre se necesitaría para satisfacer las futuras demandas de energía de los EE. UU. Incluso comenzando con las demandas energéticas actuales, Los expertos en energía han debatido durante mucho tiempo la superficie terrestre y las densidades de potencia asociadas requeridas.

En investigaciones anteriores, Keith y sus coautores modelaron la capacidad de generación de los parques eólicos a gran escala y concluyeron que la generación de energía eólica en el mundo real se había sobreestimado porque no tuvieron en cuenta con precisión las interacciones entre las turbinas y la atmósfera. En la investigación de 2013, Keith describió cómo cada turbina eólica crea una "sombra de viento" detrás de ella donde el aire ha sido ralentizado por las palas de la turbina. Los parques eólicos de escala comercial de hoy en día espacian cuidadosamente las turbinas para reducir el impacto de estas sombras de viento, pero dada la expectativa de que los parques eólicos continuarán expandiéndose a medida que aumente la demanda de electricidad derivada del viento, las interacciones y los impactos climáticos asociados no pueden evitarse.

Lo que faltaba en esta investigación anterior, sin embargo, fueron observaciones para apoyar el modelado. Luego, hace pocos meses, el Servicio Geológico de Estados Unidos publicó la ubicación de 57, 636 turbinas eólicas en los EE. UU. Con este conjunto de datos, en combinación con varias otras bases de datos del gobierno de EE. UU., Keith y el becario postdoctoral Lee Miller pudieron cuantificar la densidad de potencia de 411 parques eólicos y 1, 150 plantas solares fotovoltaicas operativas en EE. UU. Durante 2016.

"Para el viento, Descubrimos que la densidad de potencia promedio, es decir, la tasa de generación de energía dividida por el área circundante de la planta eólica, era hasta 100 veces menor que las estimaciones de algunos de los principales expertos en energía. "dijo Miller, quien es el primer autor de ambos artículos. "La mayoría de estas estimaciones no tuvieron en cuenta la interacción turbina-atmósfera". Para una turbina eólica aislada, las interacciones no son importantes en absoluto, pero una vez que los parques eólicos tienen más de cinco a 10 kilómetros de profundidad, estas interacciones tienen un gran impacto en la densidad de potencia ".

Las densidades de energía eólica basadas en observaciones también son mucho más bajas que las estimaciones importantes del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC).

Para la energía solar, la densidad de potencia promedio (medida en vatios por metro cuadrado) es 10 veces mayor que la energía eólica, pero también mucho más bajo que las estimaciones de los principales expertos en energía.

Esta investigación sugiere que los parques eólicos no solo requerirán más área de tierra para alcanzar los objetivos propuestos de energía renovable, sino también, a una escala tan grande, se convertiría en un actor activo en el sistema climático.

La siguiente pregunta, como se explora en la revista Joule , fue cómo impactarían estos parques eólicos a gran escala en el sistema climático.

Para estimar los impactos de la energía eólica, Keith y Miller establecieron una línea de base para el clima de EE. UU. 2012-2014 utilizando un modelo estándar de pronóstico del tiempo. Luego, cubrieron un tercio de los EE. UU. continentales con suficientes turbinas eólicas para satisfacer la demanda actual de electricidad de EE. UU. Los investigadores encontraron que este escenario calentaría la temperatura de la superficie de los EE. UU. Continentales en 0,24 grados Celsius, con los mayores cambios ocurriendo durante la noche cuando las temperaturas de la superficie aumentaron hasta en 1,5ºC. Este calentamiento es el resultado de las turbinas de viento que mezclan activamente la atmósfera cerca del suelo y en el aire mientras se extraen simultáneamente del movimiento de la atmósfera.

Esta investigación respalda más de diez estudios más que observaron calentamiento cerca de parques eólicos estadounidenses operativos. Miller y Keith compararon sus simulaciones con estudios de observación basados ​​en satélites en el norte de Texas y encontraron aumentos de temperatura aproximadamente consistentes.

Miller y Keith se apresuran a señalar la improbabilidad de que EE. UU. Genere tanta energía eólica como simulan en su escenario, pero el calentamiento localizado ocurre en proyecciones aún más pequeñas. La siguiente pregunta es entonces entender cuándo los beneficios crecientes de la reducción de emisiones son aproximadamente iguales a los impactos casi instantáneos de la energía eólica.

Los investigadores de Harvard encontraron que el efecto de calentamiento en los EE. UU. Continental causado por las turbinas eólicas es en realidad mayor que el efecto de las emisiones reducidas durante el primer siglo de su funcionamiento. Esto se debe a que el efecto de calentamiento es predominantemente local en el parque eólico, mientras que las concentraciones de gases de efecto invernadero deben reducirse a nivel mundial antes de que se obtengan los beneficios.

Millar y Keith repitieron el cálculo de la energía solar y descubrieron que sus impactos climáticos son unas diez veces más pequeños que los del viento.

"Los impactos climáticos directos de la energía eólica son instantáneos, mientras que los beneficios de la reducción de emisiones se acumulan lentamente, "dice Keith." Si su perspectiva son los próximos 10 años, La energía eólica tiene, en algunos aspectos, más impacto climático que el carbón o el gas. Si tu perspectiva son los próximos mil años, entonces la energía eólica tiene un impacto climático enormemente menor que el carbón o el gas ".

"El trabajo no debe verse como una crítica fundamental a la energía eólica, ", dijo Keith." Algunos de los impactos climáticos del viento serán beneficiosos; varios estudios globales muestran que la energía eólica enfría las regiones polares. Bastante, el trabajo debe verse como un primer paso para tomar más en serio la evaluación de estos impactos para todas las energías renovables. Nuestra esperanza es que nuestro estudio, combinado con las recientes observaciones directas, marca un punto de inflexión donde los impactos climáticos de la energía eólica comienzan a recibir una seria consideración en las decisiones estratégicas sobre la descarbonización del sistema energético ".