En los rankings energéticos mundiales, un país destaca. China es el consumidor de energía más hambriento del mundo, demandando el equivalente energético de casi 3.300 millones de toneladas de petróleo el año pasado. Desde 2011, ha quemado más carbón que todos los demás países juntos. Y su dependencia de este combustible fósil se acumula: China emite alrededor de una cuarta parte de los gases de efecto invernadero del mundo, la mayor proporción de cualquier país.

Pero estas cifras son solo una parte de la historia: China es también el productor de energía eólica más prolífico del mundo, con capacidad para producir más del doble que el segundo mayor generador, Estados Unidos. Y cuenta con un tercio de la capacidad de generación solar del mundo, ya que el año pasado construyó más sistemas que cualquier otro país.

El rápido crecimiento de su población y su economía durante décadas, combinado con una enorme industria manufacturera y la migración masiva a ciudades iluminadas por la calle y con calefacción central, han convertido a China en una nación ávida de energía. Consciente de este hambre y del perjuicio que supondría una dependencia a largo plazo de los combustibles fósiles, el gobierno chino ha elaborado planes para hacer frente a las necesidades energéticas del país. Y la ciencia y la tecnología -en campos como las tecnologías de baterías, la energía fotovoltaica y la gestión de la energía- están en el centro de esos planes.

Una reducción de la demanda neta de energía no forma parte de la política, aunque la combinación energética de China cambie. Según la empresa energética BP, en 2018 China representó el 24% del consumo energético mundial. La firma estima que, para 2040, China seguirá encabezando la lista y representará el 22% del consumo mundial.

El país ha realizado inversiones masivas en renovables, depositando el 0,9% de su producto interior bruto (PIB) en el sector en 2015, la tercera cantidad más alta a nivel mundial después de Chile y Sudáfrica, que invirtieron el 1,4% del PIB cada uno. Aun así, solo el 23% de la energía que consume China procede de fuentes “limpias” (incluido el gas natural), mientras que casi el 58% procedía del carbón en 2019, la más contaminante de las opciones que se siguen utilizando a gran escala en todo el mundo. (Gran parte del resto de la energía de China procede del petróleo y de la energía nuclear.)

Acción sobre la contaminación

La quema de carbón y de otras fuentes no renovables para saciar el hambre de energía del país se ha convertido en un problema visible, con grandes ciudades como Pekín a menudo envueltas en un espeso smog. La contaminación atmosférica llegó a ser tan grave en algunas zonas de China en 2013 que los medios de comunicación la denominaron “airpocalypse”, ya que los ciudadanos soportaban niveles de partículas hasta 30 veces superiores a los considerados seguros por la Organización Mundial de la Salud. Y a pesar de los esfuerzos por combatir el problema, 48 ciudades chinas siguen figurando entre las 100 más contaminadas del mundo.

Estos niveles de contaminación han obligado a tomar nuevas medidas. En diciembre de 2016, el gobierno chino introdujo un plan de desarrollo para las energías renovables como complemento de su 13º plan quinquenal general para el desarrollo social y económico, que abarca el período 2016-20, que se había publicado a principios de ese año. Incluía el compromiso de aumentar la proporción de su consumo de energía renovable y no fósil hasta el 20% para 2030. Esta promesa, prometió el primer ministro Li Keqiang, asestaría duros golpes a los problemas conjuntos de contaminación del aire y del agua derivados de la dependencia del carbón del país.

“El desarrollo de energía solar y eólica barata para sustituir a la energía fósil se ha convertido en la principal estrategia energética de China para reducir la contaminación atmosférica”, afirma Hong Li, un investigador que trabaja en baterías de litio de estado sólido en el Laboratorio Clave de Energías Renovables de Pekín, que forma parte del Instituto de Física de la Academia China de Ciencias. Hong Li, que participa en la elaboración de planes nacionales de nuevas tecnologías energéticas, señala también que los niveles de electricidad generados por las fuentes renovables -que varían según la cantidad de sol o viento- pueden ser menos constantes que los de las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles.

“Es más difícil fusionar la energía solar y eólica con la red eléctrica” que incluir la basada en el carbón, dice Hong Li. La energía renovable es “menos fiable y eso puede hacer que la red sea inestable si no hay sistemas de control avanzados”.

Por ejemplo, en 2017, más del 30% de la energía renovable producida en las soleadas y ventosas provincias de Xinjiang y Gansu, en el noroeste de China, nunca se utilizó. Esto se debió a que no se pudo llevar a donde se necesitaba: las megaciudades altamente pobladas del este de China, como Shanghái y Pekín, a miles de kilómetros de distancia (ver “Menos energía desperdiciada”).

Es un dilema que ha llevado al gobierno chino a invertir miles de millones de dólares en líneas de alta tensión, para transmitir la energía generada en regiones soleadas y ventosas a través de la inmensidad de China. Esto incluye una línea de 1.600 kilómetros de 22.600 millones de yuanes (3.200 millones de dólares) desde Qinghai, en el oeste de China, que se completó en mayo. Atraviesa Gansu hasta la provincia de Henan, en el centro del país.

Otra forma de garantizar que la energía renovable esté disponible cuando se necesite es aumentar la capacidad de almacenarla. Esto puede lograrse utilizando tecnologías como las baterías, la hidroelectricidad de bombeo y el almacenamiento térmico, dice Yuki Yu, fundador de la consultora de energía limpia Energy Iceberg de Hong Kong.

“Las baterías pueden almacenar el exceso de energía y liberarla más tarde. Los funcionarios y los científicos de China han empezado a darse cuenta de las implicaciones de esto para estabilizar nuestras redes eléctricas”, dice Xianfeng Li, que dirige la división de almacenamiento de energía en el Instituto de Física Química de Dalian (DICP).

En 2017, China publicó su primer documento de política nacional sobre el almacenamiento de energía, en el que se hacía hincapié en la necesidad de desarrollar baterías más baratas y seguras, capaces de retener más energía, para aumentar aún más la capacidad del país de almacenar la energía que produce (ver “El impulso de las baterías en China”). Las tecnologías incluyen baterías de iones de litio -el tipo utilizado en los vehículos eléctricos- y sistemas de baterías estacionarias a gran escala integradas con suministros de energía eólica y solar.

En sus planes, los responsables políticos han dejado claro que los científicos e ingenieros del país deben desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía más eficaces para alcanzar estos objetivos (véase “Crecimiento de la investigación ecológica”).

El almacenamiento de energía en acción

La ciudad de Dalian, en la provincia de Liaoning, al noreste de China, tiene una población de unos siete millones de habitantes, y es un lugar de prueba para el trabajo de Xianfeng Li. Las temperaturas invernales pueden descender hasta los 20 grados bajo cero, lo que obliga a la red eléctrica de la ciudad a suministrar ráfagas repentinas e intensas cuando los residentes encienden la calefacción, explica.

Para ayudar a resolver esta necesidad, Rongke Power, una empresa derivada del DICP, tiene previsto abrir este año una instalación de almacenamiento de energía de 400 megavatios/hora (MWh) en Dalian. Se trata de la primera fase de un proyecto que prevé una instalación de 800 MWh para 2023, y utilizará baterías de flujo de vanadio, enormes dispositivos recargables que almacenan electrolito líquido en enormes depósitos. La capacidad final debería satisfacer aproximadamente el 0,5% de la demanda total de energía de Liaoning, donde Dalian es la segunda ciudad más grande.

Xianfeng Li dice que el proyecto podrá contribuir a un suministro ininterrumpido de energía a la ciudad, al tiempo que almacenará y regulará el suministro de energía a la red de toda la provincia, que recibe el 16,2% de su energía de fuentes renovables. La proporción de energía procedente de fuentes renovables varía mucho de una provincia a otra: por ejemplo, en la provincia meridional china de Jiangsu es del 2,7%, mientras que en la soleada y poco poblada Mongolia Interior es del 30,1%. Entre los vecinos de Liaoning, Jilin recibe el 8% de su energía a partir de combustibles no fósiles, y Hebei el 9,1%.

Las baterías de flujo de vanadio del tipo que Xianfeng Li está probando en Dalian tienen algunas ventajas sobre las baterías de iones de litio estándar para aplicaciones a gran escala, como la energía de red: como el electrolito de vanadio se almacena en un tanque, puede ampliarse de forma mucho más barata que las baterías discretas de iones de litio. Además, las baterías de vanadio son menos propensas a incendiarse y tienen una vida útil diez veces superior a la de las baterías de iones de litio.

Xianfeng Li afirma que en los últimos años ha visto aumentar considerablemente la financiación de su trabajo sobre las baterías de flujo de vanadio, así como el interés de las empresas por asociarse con su equipo. Dice que el DICP trabaja actualmente con unas 30 empresas derivadas del instituto.

“Las empresas están ahora interesadas en desarrollar esta tecnología, porque saben que el gobierno está centrado en ella y por eso se sienten seguras de invertir”, dice.

Yu dice que los gobiernos locales están ahora dispuestos a apoyar a las empresas para que construyan instalaciones de almacenamiento de baterías. “En un momento en el que los responsables políticos buscan nuevas formas de estimular el crecimiento en sus regiones, la industria de fabricación de baterías parece muy prometedora, por lo que los gobiernos están motivados para fomentar este tipo de inversiones”.

Impulsar el cambio

El plan quinquenal para 2016-20 también hizo hincapié en la necesidad de que los investigadores sigan desarrollando la tecnología de las baterías para que los coches eléctricos puedan recorrer más distancia con una sola carga. El vehículo eléctrico más vendido en China, el Tesla Model 3, tiene una autonomía de unos 400 kilómetros (la mayoría de los vehículos eléctricos modernos tienen autonomías de entre 160 y 600 km).

“El desarrollo de vehículos eléctricos es otra estrategia importante para reducir la contaminación, especialmente cuando esa electricidad procede de energías limpias. Por lo tanto, tenemos que desarrollar la tecnología de las baterías para los vehículos eléctricos”, afirma Hong Li, que dice haber notado un aumento de la financiación de la investigación para el almacenamiento de energía, los vehículos eléctricos y otras tecnologías en China en 2012. Sin embargo, señala, el país todavía se está poniendo al día en la ciencia básica del almacenamiento de energía en comparación con los principales laboratorios de Estados Unidos y Europa, que destacan en la comprensión de la química fundamental y la ciencia de los materiales. A pesar de ello, dice, China es más activa a la hora de aplicar estos conocimientos para crear innovaciones en sistemas avanzados de baterías. Y la escala del entorno de investigación del país, desde las universidades hasta los equipos de la industria, ha ayudado a los científicos de China a alcanzar una comprensión exhaustiva de cómo desarrollar materiales y dispositivos para el mundo real.

Planificación del futuro

China tiene algunos de los precios de la electricidad más baratos del mundo desarrollado (véase ‘Los precios de la electricidad bajan’). Los costes son fijados por los gobiernos locales y aprobados por la oficina de energía de la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma, que supervisa la política macroeconómica. Los precios se mantienen bajos para estimular el crecimiento económico.

Pero, a pesar de este impulso, el país ha empezado a eliminar algunas subvenciones a los combustibles limpios: por ejemplo, pondrá fin a las destinadas a la energía eólica terrestre a partir de este año. Los dirigentes chinos esperan que las fuentes de energía renovables sean económicamente competitivas con los combustibles fósiles en un futuro próximo. La respuesta está en el desarrollo de una mayor infraestructura de almacenamiento de energía.

Hong Li es asesor del comité de planificación nacional de China para el desarrollo del almacenamiento de energía. Junto con ingenieros y responsables políticos, el comité está trabajando en un plan quinquenal de investigación y desarrollo que comenzará el próximo año. Entre otros elementos, animará a los científicos a desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía para la red eléctrica que sean intrínsecamente más seguras, más baratas y tengan una vida útil más larga.

El investigador de energía solar Xianglei Liu, de la Escuela de Ingeniería de Energía y Potencia de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing, dice que hay fondos disponibles para que los científicos de su campo mejoren la producción de energía limpia de China. “Por ejemplo, el año pasado Liu obtuvo una subvención de 1,3 millones de yuanes de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el principal organismo de financiación de subvenciones del país, para mejorar la capacidad de almacenamiento de calor de los materiales utilizados en las centrales térmicas solares, que generan energía a partir del calor del Sol, en lugar de su luz, como hacen los paneles fotovoltaicos. En el proyecto, de 5 años de duración, participan unos 40 científicos de 6 institutos académicos de toda China. Liu también ha empezado a trabajar recientemente con la empresa Nanjing Jinhe Energy Materials en el desarrollo de un material con gran densidad de almacenamiento de energía y alta conductividad térmica.

Yi Jin, director de investigación y desarrollo de Nanjing Jinhe Energy Materials, afirma que, dado que el gobierno tiene previsto reducir las subvenciones a las empresas de energías renovables, las empresas que gestionan las centrales eléctricas verdes están deseando comprar o invertir en tecnología que aumente su rendimiento y disminuya los costes de producción.

“Nuestra tecnología mejora la estabilidad de la energía renovable y, por tanto, reduce los costes de las centrales eléctricas, al hacerlas más eficientes”, dice Jin.

En general, Hong Li es optimista respecto a que la inversión gubernamental y el progreso científico se impondrán. “Siempre que desarrollemos las políticas y tecnologías adecuadas para apoyarlos”, afirma, “podremos reducir gradualmente nuestra dependencia del carbón”.