Efectos de la energía fotovoltaica en los cuerpos de agua

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En la carrera mundial por la transición energética, la energía solar fotovoltaica flotante (FPV) ha emergido como una tecnología innovadora que promete generar electricidad renovable sin competir por el valioso espacio terrestre. Sin embargo, un reciente estudio experimental a escala de ecosistema ha puesto de manifiesto que, aunque los FPV ofrecen claros beneficios, su instalación en cuerpos de agua puede alterar de forma significativa la dinámica de los gases de efecto invernadero (GEI) y otros procesos biogeoquímicos.

La instalación de paneles solares flotantes en estanques, lagos y embalses ha sido promovida por múltiples ventajas: se optimiza la eficiencia de la producción, se libera tierra para otros usos sociales y se reduce la evaporación. Sin embargo, los investigadores se han planteado una pregunta crucial: ¿cómo afecta la presencia de estos paneles a los procesos físicos, químicos y biológicos de los cuerpos de agua?

El estudio en cuestión empleó un experimento a escala de ecosistema para simular la instalación de FPV en estanques. Con una cobertura del 70% del área total, se midieron las variaciones en las concentraciones de CO₂ y CH₄ disueltos, así como la disponibilidad de oxígeno disuelto y las tasas de emisión de GEI a la atmósfera.

Entre los resultados más destacables se encuentra un incremento del 26,8% en las emisiones diarias de GEI, expresadas en términos de dióxido de carbono equivalente (CO₂-eq), tras la instalación de los paneles. Este aumento se acompaña de una rápida disminución en la disponibilidad de oxígeno disuelto, lo que sugiere que el FPV puede inducir condiciones casi anóxicas en el cuerpo de agua.

La alteración de las condiciones ambientales se atribuye a varios factores:

1. Reducción de la luz solar y temperatura: El sombreado provocado por los paneles reduce la temperatura del agua, lo que a su vez influye en la dinámica del oxígeno y en la actividad microbiana.
2. Cambios en la producción primaria: La disminución de la luz afecta la fotosíntesis de macrófitos y fitoplancton, modificando el equilibrio entre la producción y la respiración en el ecosistema.
3. Alteraciones en el intercambio de gases: La estructura física de los FPV reduce la turbulencia en la superficie del agua, limitando el intercambio difusivo de gases con la atmósfera y favoreciendo la acumulación de GEI en el interior del ecosistema.

Un mecanismo notable es el aumento de la ebullición del metano (CH₄): mientras que las emisiones difusivas se reducen, las burbujas que contienen CH₄ procedentes de los sedimentos se incrementan, lo que compensa e incluso supera la reducción en otros flujos de gas.

Aunque los resultados apuntan a un incremento en las emisiones de GEI tras la instalación de FPV, los investigadores advierten que, en términos relativos, el impacto ambiental es todavía menor si se compara con otras formas de generación de energía renovable. Por ejemplo:

1. Energía hidroeléctrica: En regiones como Quebec, las emisiones de GEI asociadas a embalses pueden llegar a representar cerca del 70% del costo de carbono total en la producción de electricidad.
2. Energía solar terrestre: Dependiendo del esquema de gestión del terreno y la eficiencia fotovoltaica, las emisiones derivadas del cambio de uso del suelo pueden contribuir entre un 0% y un 50% del costo total de carbono.

En comparación, la estimación inicial del costo de carbono del FPV en términos de cambio en el uso del agua es de aproximadamente 2,61 g CO₂-eq por kWh. Esta cifra, aunque no despreciable, es favorable en comparación con las alternativas terrestres y, sobre todo, adquiere relevancia al considerar la doble ventaja de preservar tierras para otros fines.

El estudio subraya que la implementación de FPV no es una solución exenta de retos ambientales, y plantea la necesidad de desarrollar estrategias adaptativas para mitigar sus efectos negativos en los ecosistemas acuáticos. Entre las posibles medidas destacan:

1. Optimización de la cobertura de paneles: Determinar un umbral de cobertura óptimo que permita generar energía de manera eficiente sin comprometer el equilibrio biogeoquímico del agua.
2. Ajustes en el diseño del Sistema: Variar la inclinación de los paneles y la distancia a la superficie del agua para favorecer un mayor intercambio de gases y minimizar el sombreado excesivo.
3. Uso de dispositivos de aireación: La incorporación de burbujeadores o sistemas de ventilación debajo de los FPV puede aliviar el estrés de oxígeno, reduciendo la acumulación de metano y otros GEI.

Estas adaptaciones, si bien pueden implicar un mayor coste o una ligera reducción en la eficiencia energética, resultan fundamentales para garantizar que la transición hacia energías renovables no tenga efectos colaterales negativos en la biodiversidad y en el funcionamiento de los ecosistemas acuáticos.

Es importante señalar que los resultados presentados corresponden al primer año de implementación del FPV en cuerpos de agua relativamente pequeños, típicos de la mayoría de las instalaciones actuales. La dinámica de los GEI podría evolucionar de forma no lineal a medida que los ecosistemas se adaptan a las nuevas condiciones impuestas por los paneles flotantes.

Además, en cuerpos de agua más grandes, donde las tasas de emisión de GEI suelen ser inversamente proporcionales al área, el impacto podría ser menor. Sin embargo, la variabilidad en la carga orgánica y los nutrientes de los diferentes cuerpos de agua plantea la necesidad de estudios adicionales que evalúen estos efectos en una gama más amplia de escenarios.

La investigación abre la puerta a un análisis holístico de la huella de carbono asociada a la producción de energía renovable. Al integrar tanto las emisiones directas derivadas del cambio en el uso del agua como las emisiones indirectas consideradas en evaluaciones del ciclo de vida, se puede obtener una imagen más completa del impacto ambiental de la tecnología FPV a nivel mundial.

La energía solar fotovoltaica flotante representa una estrategia innovadora que permite diversificar las fuentes de energía renovable mientras se preserva el terreno para otros usos. Sin embargo, como demuestra este estudio pionero, la implementación de FPV en cuerpos de agua no está exenta de desafíos medioambientales, en especial en lo que respecta a la dinámica de los gases de efecto invernadero y la disponibilidad de oxígeno.

El incremento del 26,8% en las emisiones diarias de GEI y la disminución del oxígeno disuelto son señales de alerta que deben ser atendidas mediante estrategias de gestión y diseño adaptativas. Con una investigación continua y la implementación de medidas correctivas, es posible minimizar estos impactos, asegurando que el FPV se consolide como una opción sostenible en el panorama global de energías limpias.

En definitiva, el futuro de la energía solar flotante es prometedor, pero su éxito dependerá de la capacidad para equilibrar la generación de energía con la conservación de los ecosistemas acuáticos. Este enfoque integral no solo contribuirá a la lucha contra el cambio climático, sino que también garantizará la protección de la biodiversidad y el bienestar de las comunidades que dependen de estos entornos.

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