Cosechar energía para construir el futuro: Una mirada desde la Arquitectura

Por Gonzalo Martínez De Urquidi, Arquitecto UCV. Master en Economía Urbana U.Mayor.
Colaboración: Cristóbal Stock Cristi, Arquitecto UDP, Especialización en Tecnología.

Para el mundo contemporáneo la energía se ha transformado en un dilema que toca tanto la realidad inminente de los países y su futuro desarrollo, como la conservación del planeta en un cierto estado natural, intentando preservar un ecosistema que nos permita sobrevivir como humanidad en el futuro.

Este asunto se une a la notable perdida de importancia de los arquitectos en las decisiones que atañen directa o indirectamente a la ciudad, al país y, por qué no decirlo, al planeta.

La ciudad es un sistema mixto, a la vez que orgánico, con componentes como población, suelo, construcción y paisaje, con los seres humanos como su célula de control y memoria. Los principales procesos de cambio y adaptación de una ciudad, se denominan Procesos Metabólicos, y estarán definiendo a la estructura urbana y su evolución en el tiempo.

La arquitectura se ha concentrado básicamente en la resolución de propuestas formales, proyectos de casas, edificios y urbanizaciones, sin comprender la ciudad como un todo orgánico -un organismo biológico- cediendo roles en favor de las llamadas “ingenierías duras”, aquellas que usan datos que provienen de sendas teorías numéricas, que han demostrado ser insuficientes y en muchos casos deficientes, amparadas en miradas desde el pasado que, proyectadas al futuro, fracasan.

Ejemplos concretos de estos proyectos deficientes son claramente distinguibles: el Transantiago o la obsolescencia –mucho antes de lo esperado- del Aeropuerto Internacional de Santiago de Chile, obligando a tomar medidas paliativas improvisadas de emergencia.

El concepto de ENERGY HARVESTING, cosecha de energía, surge como una alternativa innovadora e ingeniosa para hacer frente a esta inminente crisis, manifestada en el alza del precio de los combustibles fósiles o hidrocarburos y la creciente preocupación y toma de conciencia de las personas por el estado del planeta y el cambio climático.

COSECHAR ENERGIA involucra, en pocas palabras, aprovechar la energía generada por situaciones pre-existentes en diversas actividades. Energía que es canalizada por sistemas y dispositivos que, con relativa baja inversión, quedan operativos produciendo, por ejemplo, energía eléctrica u otros tipos de actividades, a través de proyectos que incrementen el valor de la ciudad, contribuyendo, a su vez, a mejorar la matriz energética del país.

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En el tiempo han existido diversos ejemplos de cosechar energía, tales como aquellos antiguos relojes que cargaban su batería con el movimiento de la mano, o los encendedores cuya chispa es producida al presionar un botón.

Para nosotros una alternativa es cosechar energía del parque automotriz.

La ciudad posee flujos de tránsito; desplazamientos de vehículos y personas que implican la interacción entre el medio de transporte y el medio físico -la infraestructura-, en el que se descarga energía tras producirse estos desplazamientos. De esta manera, autopistas, veredas, avenidas y pavimentos con un alto flujo de conforman un soporte ideal para la incorporación de dispositivos piezoeléctricos.

El principio piezoeléctrico trabaja sobre la idea de cosechar esta energía, generada en forma gratuita por estos desplazamientos, aprovechando y transformando su peso y roce en electricidad, que puede ser fácilmente inyectada a la red, contribuyendo a la disminución del gasto energético de edificios y alimentando proyectos que contribuyan a incrementar el valor de la ciudad.

“Piezoeléctricidad”, proveniente del griego “piezein”, “estrujar o apretar”. Fue observado por primera vez por Pierre Jacques Curie en el año 1881, quien descubrió que determinados cristales al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie, observando además que este fenómeno se presenta también a la inversa, situación que permite pensar en aplicaciones piezoeléctricas donde la frecuencia es un factor clave.

Esta tecnología comenzó a ser implementada en las áreas sensoriales en la industria a partir del año 1950. Desde entonces el uso de este principio de medición se ha incrementado y ya puede ser considerado como una tecnología madura gracias a su fácil manejo y su alto nivel de confiabilidad.

De esta manera, mediante la incorporación de dispositivos piezoeléctricos en infraestructura vial, se puede convertir la energía generada mediante la presión de personas, vehículos u otros en electricidad. Energía utilizable tanto en iluminación, señalización, sonido o calor, como en la reducción del gasto energético de hospitales o aeropuertos.

Actualmente nuestra empresa se encuentra estudiando la aplicación e incorporación de dispositivos piezoeléctricos en Ciudad de Panamá, que cuenta con dos autopistas urbanas que, teniendo en cuenta el flujo de tránsito pesado proveniente del Canal de Panamá, significa una oportunidad de especial interés para la puesta en práctica de esta nueva tecnología.

En Chile nos encontramos desarrollando un prototipo piezoeléctrico aplicable a trenes, con el que se podría generar electricidad a partir de su movimiento, alimentando un motor eléctrico en la locomotora. Nuestras pruebas han demostrado que es posible lograr importantes ahorros en el uso de combustible. Con esto, se puede pensar en la generación de bonos de carbono transables a partir de esta disminución de consumo, además de la consecuente reducción de emisiones de gases causantes del efecto invernadero. (www.harvestingchile.cl)

Actualmente trabajamos con empresas especializadas en desarrollo piezoeléctrico tales como ABACCUS en España, con quienes hemos llevado a cabo un estudio preliminar con estimaciones de generación energética.

Algunos de los antecedentes aportados por la empresa ABACCUS – ESPAÑA del material piezoeléctrico consideran los siguientes criterios:

La generación eléctrica en el tramo equivalente a 14 Km de autopistas alcanzaría a 98.112 GWh/año.

Si se asume un precio de la energía eléctrica de EUR 0,12 kWh, entonces se obtendrían ingresos anuales a EUR 11.773.440.-

El precio final será competitivo al de la energía fotovoltaica con periodos de amortización entre 5 y 6 años.

INNOWATTECH también ha dado a conocer algunas cifras de los pocos proyectos pilotos que se han desarrollado en la actualidad:

600 camiones pesados y autobuses de viaje a través del intervalo por hora en promedio, que circulen a una velocidad de 72 km/h de promedio sobre una carretera con generadores piezoeléctricos instalados a lo largo de cada kilómetro permitiría producir 200 kWh electricidad suficiente para satisfacer el consumo medio de entre 200 y 300 hogares. La inversión realizada se amortizaría en un período de tres y seis años, recuperando así los gastos de inversión de US$550.000 por kilometro correspondientes a la instalación de 6.250 generadores piezoeléctricos.

Un promedio de 15 trenes de 10 vagones cada uno por hora pueden generar 120 kilovatios de energía renovable por hora. Esta producción puede emplearse para colaborar en la alimentación eléctrica de los trenes o de las señales ferroviarias.

La tecnología piezoléctrica hoy presenta innumerables aplicaciones y posibilidades. Existen materiales piezoeléctricos flexibles que pueden incorporarse a prendas de vestir, ubicadas en lugares estratégicos como articulaciones –hombros, codos, rodillas- cosechando sus movimientos. Se han desarrollado suelas de zapatillas que permiten la generación eléctrica a través de cada paso, permitiendo, por ejemplo, cargar un teléfono o reproductor de música mientras se hace ejercicio.

Para concluir, cabe destacar como hoy la ciencia ha logrado niveles de eficiencia en la generación de energía eléctrica aún más altos que las que ofrecen las energías convencionales. En Europa han redescubierto las energías renovables, alcanzando porcentajes de participación en la matriz energética que superan los dos dígitos, con un mejoramiento de las condiciones ambientales y de dependencia.

Chile tiene una de las tarifas eléctricas más altas de la región y cabe esperar un aumento sostenido. A esto se suma la creciente carbonización de la matriz a medida que incorporan nuevas centrales carboníferas, productoras de CO2 al por mayor. En síntesis: una matriz energética amenazada por la inseguridad, con cobros altísimos para los consumidores que además deben sufrir los efectos de la contaminación.

Resulta necesaria la implementación de nuevas tecnologías que posibiliten eficiencia energética y contribuyan a mejorar nuestra matriz. La piezoelectricidad representa una interesante oportunidad para la consecución de estos objetivos, introduciendo el concepto de ENERGY HARVESTING en los procesos de desarrollo urbano.

Muchos de nosotros no viviremos el día en que se termine el petróleo, pero es necesario comenzar a prepararse para ese momento, con ciudades que se comenzaron a planificar desde una visión integral, donde los arquitectos podamos ejercer con protagonismo, manifestando nuestra mirada amplia e integradora.

Nuestra visión apunta a romper un gran paradigma respecto de la producción de energía, disminuyendo la dependencia de grandes centrales, permitiendo que cada persona y empresa pueda producir energía cosechada de sus propias actividades, aumentando los niveles de auto-sustentabilidad y eficiencia energética en Chile y el mundo.