Todos sabemos que las carreteras son necesarias pero normalmente solo nos acordamos de ellas cuando encontramos alguna en mal estado. Damos por hecho que deben estar siempre disponibles y en perfecto estado pero eso supone un gran esfuerzo tanto en personal como en tiempo y recursos materiales. Las carreteras españolas dan soporte al 86% del transporte terrestre de mercancías y al 88% del transporte de pasajeros. Esta elevada carga de vehículos que utilizan las carreteras junto con las condiciones meteorológicas y ambientales del entorno provocan un alto nivel de desgaste con la consiguiente pérdida de propiedades de la calzada.
Esto nos ocasiona a los usuarios una serie de inconvenientes muy graves: el primordial es que supone una reducción de la seguridad en la carretera, pero también provoca una disminución del confort en los viajes, un aumento del consumo de combustible de los vehículos con el consiguiente aumento de las emisiones de gases contaminantes, etc.
Es evidente que la rehabilitación, conservación y mantenimiento de las infraestructuras viarias es de importancia fundamental, aunque todos sabemos lo molesto que es encontrarnos obras en la carretera. En Europa y concretamente en España tenemos una buena red de carreteras, bastante densa y bien conectada pero ciertamente envejecida por la disminución del gasto en mantenimiento de los últimos años. Hay que recordar que requiere una elevada inversión en la conservación de los trazados viarios; se estima, según la patronal ACEX, que el coste de mantenimiento anual de una autovía es de 80.000€, el de una carretera convencional de 38.000€ y que nuestro país arrastra un déficit de conservación de 8.000 millones de euros. Este déficit, sin ir más lejos, parece que va a suponer la aprobación de peajes en autovías a partir de 2024. Así pues, estos aspectos económicos y la necesidad de un alto nivel de servicio de las carreteras demandados por el sector de la logística y el turismo, pero sobre todo la necesidad de tener carreteras seguras, hacen que la aplicación de nuevas tecnologías que puedan aportar soluciones innovadoras en el mantenimiento de carreteras sean muy demandadas.
La gestión moderna de carreteras implica planificar las actuaciones de mantenimiento a realizar antes de la aparición de deterioros muy graves o irreparables. Este enfoque permite acometer las intervenciones en el momento más adecuado, ocasionando las menores molestias posibles y manteniendo así la capacidad funcional de la vía y su valor económico sin permitir que la red se arruine y descapitalice. Es cierto que existen soluciones tradicionales para la conservación de carreteras que son efectivas pero que no hacen un aprovechamiento óptimo de los recursos disponibles y no tienen en cuenta la evolución prevista del firme para planificar el momento óptimo para proceder a la actuación. Para actuar con eficacia, es fundamental en primer lugar conocer el estado de la red de carreteras de la forma más precisa y objetiva posible. Este conocimiento generalmente se obtiene mediante equipos de inspección de carreteras que posibilitan la evaluación y medición de los parámetros correspondientes. De esta forma se consigue una gran cantidad de datos relacionados con el estado de las carreteras que es necesario gestionar e interpretar para poder priorizar las actividades de mantenimiento y conservación a realizar. El problema que surge entonces es el procesamiento de una cantidad masiva de información que imposibilita la evaluación manual.
Una de las mayores dificultades, por tanto, es la extracción de información útil de numerosas fuentes de datos. Para ciertos tipos de datos, existen paquetes informáticos capaces de extraer índices globales que son útiles para conocer de manera general el estado actual de la carretera, pero estas herramientas a menudo carecen de la capacidad de predecir la evolución del estado de la carretera y su degradación futura.
La inteligencia artificial está cada vez más presente en muchos ámbitos de nuestro entorno y, a menudo, sin que seamos conscientes de ello. La aplicación de estas técnicas de inteligencia artificial puede suponer también un fuerte impacto en el mantenimiento de las carreteras ya que permiten extraer información precisa de distintas fuentes de datos e identificar relaciones entre ellos que de otro modo podrían pasar desapercibidas con las técnicas aplicadas hasta ahora. El procesamiento y análisis, mediante redes neuronales convolucionales, de todos los datos disponibles (datos de los equipos de auscultación de carreteras, datos climatológicos, de intensidad del tráfico…) permite obtener resultados no alcanzables con los métodos tradicionales. Al entrenar y ajustar dichas redes utilizando cantidades masivas de datos se pueden obtener, por ejemplo, modelos altamente fiables de degradación del pavimento que permiten estimar de forma precisa las actuaciones de mantenimiento más adecuadas.
En este contexto, CARTIF y la empresa TPF colaboran activamente en el desarrollo de este tipo de herramientas que pueden suponer un gran avance a la hora de mejorar el mantenimiento de carreteras. También hay otras iniciativas que trabajan actualmente en aplicaciones similares como Roadbotics (una spin-off de la Universidad Carnegie Mellon), la empresa española Asimob, la Universidad de Waterloo en Canadá, la empresa finlandesa Vaisala o la empresa americana Blyncsy.
Estas herramientas no eliminarán la necesidad de reparaciones urgentes, ya que pueden tener muchos y variados orígenes, pero sí tiene un impacto significativo en las intervenciones preventivas y predictivas al permitir anticipar el deterioro de la vía y reducir así significativamente los costes de mantenimiento, disminuir el tiempo que la vía no estará disponible y mejorar el grado de confort de la carretera percibido por los usuarios.
Existen, por último, otros ejemplos interesantes de cómo las herramientas de Inteligencia Artificial pueden ayudar en el mantenimiento y mejora de la seguridad en carreteras, como por ejemplo el trabajo del MIT para predecir los puntos de la carretera donde pueden producirse accidentes de tráfico y actuar en consecuencia o la iniciativa AI for Road Safety que utiliza la inteligencia artificial para reducir el número de accidentes en carretera.
A modo de conclusión podemos decir que, gracias a la ayuda de estas herramientas de inteligencia artificial, en los años próximos vamos a tener carreteras más seguras y operativas a la vez que seguramente notaremos que nos encontramos con menos obras en nuestros viajes.
Como Centro Tecnológico dedicado a la I+D y al frente de proyectos cuyo pilar fundamental es la innovación, desde CARTIF, hemos observado, incluso siendo partícipes, la clara evolución de los requisitos, objetivos o retos que la Comisión Europea establecía para nuestras ciudades o entornos urbanos.
En los últimos años, nuestras ciudades han transitado entre diferentes conceptos y objetivos de los que se pueden resaltar los siguientes: ser eficiente, ser inteligente, ser verde, desarrollar distritos con balance energético positivo y más recientemente, ser neutras climáticamente.
En el presente blog, pretendemos poner en orden toda esta evolución y aclarar el porqué de todos estos objetivos.
El comienzo: los distritos de energía Casi Nula
Nuestro recorrido comienza en las últimas convocatorias del Séptimo Programa Marco de innovación-conocido como FP7. Durante este periodo, la Comisión reconoció en sus políticas como la Directiva 20/20/20, la EPBD o mediante el impulso decidido a iniciativas como el exitoso pacto de alcaldes, que las ciudades europeas, siendo grandes consumidoras de energía, podían ayudar a paliar e incluso compensar en gran medida, la creciente necesidad energética que los estados miembros estaban sufriendo.
Esta alta necesidad de suministro energético, en gran parte debida a actividades cotidianas y empresariales directa o indirectamente desarrolladas en la ciudad, comenzaba a plantear un claro problema de estabilidad del sistema energético europeo, altamente dependiente de una generación basada en combustibles fósiles, cada vez más agotados y costosos, además de muy contaminantes. Los programas de financiación de la innovación no son ajenos a esta problemática, y entre los objetivos principales de aquellas, en su momento, incipientes convocatorias de proyectos de transformación urbana, la comisión nos planteó como reto que nuestras ciudades fueran más eficientes, utilizasen fuentes de energía limpia y, además, trabajasen los sistemas energéticos a escala de distrito, siendo un distrito o vecindario el perfecto representante de unidad urbana plenamente funcional y el entorno perfecto para implementar soluciones con gran impacto y en un periodo de tiempo razonable.
Además, estas medidas se complementaron con normativa complementaria, como el contaje individual de consumos energéticos para fomentar el ahorro energético en sistemas comunitarios, la necesidad de implantar sistemas digitales (tecnología BIM) con el objetivo de conseguir un sector constructivo más eficiente (en primer lugar, en edificios públicos y posteriormente en el resto). Estas medidas concretas intentaban acompañar, como habilitadoras, a la necesaria transformación del sector constructivo, el sector energético y de nuestros distritos y ciudades. Respecto a la movilidad inteligente, incipientes proyectos promoviendo la electro-movilidad en entornos urbanos completaban estas primeras (y ciertamente ya lejanas) iniciativas.
El siguiente paso: la regeneración y renaturalización urbanas
Con el comienzo del recientemente terminado programa marco de innovación conocido como Horizonte 2020 o H2020, vigente desde 2013 hasta 2020-aunque multitud de proyectos están todavía en plena ejecución, ya no habrá más convocatorias de proyectos bajo este programa-, la Comisión continúo este camino, profundizando en la necesidad de desplegar proyectos piloto más sistémicos e integrales de transformación o regeneración urbana. Estos proyectos significaron una verdadera revolución debido a la necesidad de integrar diferentes actores de los ecosistemas locales de innovación alrededor de las ciudades, liderados por la propias municipalidades, para promover la integración de soluciones pertenecientes a diferentes sectores económicos, como la rehabilitación del parque edificatorio, la construcción eficiente, las energías limpias, las soluciones TIC (incluyendo plataformas urbanas de ayuda a la toma de decisión), la electro-movilidad y la planificación urbana. Para afrontar tan ambicioso objetivo, el liderazgo municipal en este proceso de co-creación es indispensable.
Evidentemente, este claro salto en el concepto de regeneración urbana y de proyecto vertebrador dio lugar a proyectos más integrales, potencialmente escalables y replicables y cuyo centro siempre es el beneficio del ciudadano, cuidando el ecosistema empresarial local, siempre que sea posible. Además, la Comisión Europea también nos planteó la necesidad de devolver la naturaleza a los entornos urbanos, como pilar fundamental de esa regeneración urbana para los ciudadanos, mejorando su calidad de vida tanto directa como indirectamente además de la propia percepción de su entorno urbano.
El penúltimo paso en el camino: los distritos de energía positiva
Una nueva vuelta de tuerca a este concepto de transformación urbana surgió dentro de las últimas convocatorias del H2020: el diseño y despliegue de los denominados distritos de energía positiva (PED, por sus siglas en inglés). Estas iniciativas, más concretas, proponen transformar distritos o vecindarios completos en unidades urbanas que generan un excedente energético en su cómputo anual. Es decir, tras realizar el balance energético entre energía exportada e importada desde y hacia el distrito en un año completo, nuestro distrito debe consumir menos energía de la que genera. El objetivo subyacente bajo este incipiente, ambicioso y rompedor concepto es implementar este concepto PED en los barrios que tengan un mayor potencial de implementación de energías limpias y, por tanto, reducir drásticamente las necesidades energéticas globales de la ciudad, de manera que esta producción de excedente energético puede compensar a otros barrios en los que, por sus características, una reducción notable no es factible.
Este concepto requiere, indudablemente, del despliegue de modelos de negocio innovadores, como las comunidades de energía, que aseguren la compartición y gestión de la energía como bien común y entre diferentes tipos de usuarios (edificios residenciales y no-residenciales). Este modelo no está exento de dificultades, tanto técnicas como normativas o de regulación.
Indudablemente estos proyectos han conseguido realizar un primer paso en la transformación de nuestras ciudades, generando una cantidad ingente de experiencias (positivas y lecciones aprendidas) que son la base del futuro de nuestros entornos urbanos.
Particularmente centrados en este entorno más cercano desde CARTIF podemos mencionar Valladolid, al que CARTIF ha acompañado exitosamente en esta transición mediante el despliegue de un número muy relevante de proyectos de innovación ya implantados en nuestra ciudad. Proyectos como R2CITIES, CITyFiED, REMOURBAN y Urban GreenUP han transformado nuestra ciudad y provincia. Varios edificios del barrio del Cuatro de Marzo de Valladolid han sido rehabilitados energéticamente, el distrito de FASA surgió una completa regeneración acompañada del despliegue de multitud de acciones de movilidad en toda la ciudad (45 vehículos eléctricos, 22 puntos de recarga, 5 autobuses eléctricos), acompañando a la renaturalización de diversos espacios urbanos que todavía está en marcha. Además, en su alfoz, el barrio de Torrelago en Laguna de Duero se transformó en más eficiente y sostenible, siendo además en su momento, la obra de rehabilitación energética más grande de toda Europa.
El último y definitivo reto: la neutralidad climática
Sin embargo, pese a aportar unos excelentes resultados individuales, toda esta (r)evolución no ha sido suficiente para afrontar el reto más importante al que nos hemos enfrentado en nuestra existencia como seres humanos, siendo necesario una segunda vuelta de tuerca para afrontarlo con decisión y optimismo. En línea del recientemente aprobado Pacto Verde en el que la Comisión Europea establece como objetivo que Europa sea el primer continente climáticamente neutro en 2050, nuestras ciudades tienen que realizar el mismo camino y ser climáticamente neutras, pero, además, con su poder ejemplarizante, lo tienen que ser cuanto antes.
Una de las principales novedades del nuevo programa de innovación HEurope son las misiones. Las misiones se plantean como acciones específicas y multi-disciplinares y que se plantean con el objetivo de lograr una meta muy ambiciosa y a su vez cuantificable. Además, se deben desplegar en un plazo determinado y con el objetivo final de generar un gran impacto en la sociedad.
Dentro de las 5 misiones recientemente lanzadas por la Comisión Europea, aparece la misión de ciudades climáticamente neutras e inteligentes, totalmente alineada con los objetivos planteados por la Agenda 2030, los SDG y el Pacto Verde.
Esta misión ha planteado como objetivo alcanzar una meta de complejidad extrema: acelerar el necesario proceso transformador y alcanzar, al menos, 100 ciudades climáticamente neutras en 2030, por y para la ciudadanía. Estas 100 ciudades serán tractoras del resto, actuando como ejemplarizantes en el necesario proceso de transformación sistemática. El elemento vertebrador de este proceso es el contrato climático de ciudades (CCC-Climate City Contract) que regulará los objetivos, actores y procesos que permitirán alcanzar esa neutralidad climática y que requiere un trabajo profundo de planificación y aseguramiento de la financiación necesaria, que no tiene porqué, provenir únicamente de fondos públicos.
CARTIF forma parte del consorcio del proyectoNetZeroCities (financiado por el tópico 1.2 de la convocatoria Green Deal), que apoyará a la misión europea de ciudades en todo este proceso de co-creación, diseño, implementación y evaluación del contrato climático en ciudades. Dentro de las actividades de NetZeroCities, CARTIF pondrá a disposición de las ciudades que participen en la iniciativa toda su experiencia adquirida a través de la participación en Proyectos de transformación de ciudad. CARTIF colaborará en la definición concreta del contenido del Contrato Climático de Ciudades, definirá las soluciones tecnológicas necesarias para realizar la transformación sistemática y, además, participará en la definición del marco de indicadores que permitirá seguir la evolución de la iniciativa y de los objetivos de cada una de las 100 ciudades pioneras en la consecución de este objetivo global.
El lema que la Organización Mundial de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) ha dado al día Mundial de la Alimentación de este año 2021, que se ha celebrado este pasado 16 de octubre, es «Nuestras acciones son nuestro futuro»
Y es que, como todo en la vida, cada paso y cada acción que emprendemos, determina nuestro futuro. Todos nosotros, somos parte activa y responsable de un sistema complejo, vivo y moldeable denominado sistema alimentario.
La FAO define los sistemas alimentarios como el conjunto de actores y la relación del conjunto de actividades establecidas entre todos ellos mediante las distintas interrelaciones que hacen posible la producción, transformación, distribución y consumo de alimentos.
Los elementos que componen los sistemas alimentarios son múltiples e integran tanto aspectos de los sistemas de producción, almacenamiento, procesado, envasado y logística, como cuestiones relacionadas con los aspectos de calidad, nutricionales, de seguridad, precios, incluso hasta cuestiones como información y comportamiento de los consumidores. Teniendo en cuenta todos estos factores- ¡y otros muchos!- y su interrelación, no es descabellado pensar que los sistemas alimentarios son de crucial importancia para muchos de los retos y objetivos que debemos afrontar a nivel mundial, incluyendo los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Entre estos objetivos y, particularmente dos de ellos, se encuentran los dirigidos a lograr «Hambre cero» (ODS2) y «Fin de la pobreza» (ODS1) en los que, hoy tenemos que poner especialmente énfasis.
La mayoría de los sistemas alimentarios actuales no son capaces de adaptarse, anticiparse o ser resilientes a situaciones de estrés ni de abastecer las necesidades presentes, en algunos casos, ni la previsión de las necesidades de una población creciente.
Existe una clara necesidad de realizar una transición hacia sistemas alimentarios más inclusivos, resilientes y sostenibles
Un sistema alimentario sostenible integra alimentos variados y suficientes, nutritivos e inocuos con un precio justo para todos, donde no se presentan formas de malnutrición y no hay personas que pasan hambre. Las decisiones y estrategias políticas son necesarias pero, nuestra contribución como miembros activos del sistema también. Cada vez que elegimos los alimentos que vamos a consumir, tomamos múltiples decisiones y aportamos nuestro granito de arena hacia nuestra dieta saludable pero también más sostenible, que contribuya a la restauración de los recursos naturales. Hacia comercios más justos, que lideren el camino hacia la erradicación de la pobreza y malnutrición, protegiendo así los derechos humanos.
En el Día Mundial de la Alimentación, cada 16 de octubre desde 1979, se impulsa la acción colectiva de un gran número de países para llevar a cabo eventos, actividades de comunicación y difusión con el objetivo de promover la necesidad de erradicar el hambre y garantizar dietas saludables para todos los miembros de este planeta.
Los retos que debemos abordar incluyen el crecimiento de la población mundial, el cambio climático, las enfermedades relacionadas con la dieta, el desgaste de los recursos naturales y situaciones puntuales asociadas como pandemias o desastres naturales.
Cada 16 de octubre desde hace 42 años, la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) promueve la celebración del día Mundial de la Alimentación. En esta ocasión bajo el lema «NUESTRAS ACCIONES SON NUESTRO FUTURO»
La Unión Europea propone abordar el reto de la seguridad alimentaria y nutricional mediante políticas de investigación y desarrollo dirigidas a garantizar el futuro de nuestros sistemas alimentarios de manera que sean más sostenibles, resilientes, responsables, inclusivos, diversos y competitivos dentro de la estrategia FOOD 2030 a través de la que se pretende proporcionar soluciones a cuatro grandes prioridades generales del sistema alimentario:
NUTRICIÓN: asegurar dietas saludables y sostenibles.
CLIMA: lograr sistemas alimentarios inteligentes y sostenibles que ayuden a mitigar el impacto sobre el medio ambiente y permitan la adaptación al cambio climático.
CIRCULARIDAD: reduciendo el uso de recursos y mejorando la eficacia de los sistemas alimentarios.
INNOVACIÓN: mediante la atribución de poder a las comunidades, ciudades y zonas rurales.
En CARTIF trabajamos en diferentes áreas de intervención que permiten avanzar en esta dirección como es el salto a dietas más sostenibles y saludables, la identificación y utilización de nuevas fuentes de proteínas, reducción del desperdicio alimentario, la seguridad alimentaria o los sistemas alimentarios urbanos. En este área, se enmarca el Proyecto FUSILLI (Fostering the Urban Food System transformation through Innovative Living Labs Implementation, Proyecto Europeo financiado por la Comisión Europea en el Programa Horizonte Europa) con el objetivo de alcanzar una transición integrada y segura hacia sistemas alimentarios en ciudades y áreas periurbanas europeas mediante la creación de un plan urbano alimentario sostenible, con los aspectos medioambientales, sociales y económicos que integra acciones en los cuatro pilares de la estrategia FOOD 2030.
Sí, tenemos en nuestras manos el futuro de la alimentación. Cada paso que damos cada uno de nosotros en la dirección correcta, asegura la alimentación, la disponibilidad de dietas saludables y sostenibles a la vez que mantenemos el medio ambiente, nuestra salud, la igualdad e inclusión social y la economía. Sé parte del cambio que quieres ver.
Es un hecho que más de un tercio del total de la energía final consumida en la Unión Europea se consume en edificios residenciales y del sector terciario. Por ello en los últimos años se ha intentado fomentar la renovación de edificios bajo criterios de eficiencia energética a través de distintas directivas y convocatorias.
Una de las directivas en este ámbito es la EPBD (2018/844 Energy Performance of Buildings Directive). Esta norma es la principal directiva europea destinada a la ayuda de la reducción del consumo energétio y aumento de la eficiencia energética en edificios. Es esta directiva la que introduce el certificado energético como un documento oficial que incluye información objetiva sobre las características energéticas de un inmueble o edificio (puedes conocer más sobre los certificados en nuestro post «¿Son realmente útiles los certificados de eficiencia energética?«). La información que aportan estos certificados (principalmente demanda y consumo de energía, así como emisiones de CO2 asociadas) es, sin duda, una valiosa fuente de información para conocer el estado de los edificios y poder así proponer medidas adecuadas para la mejora de los edificios en cuestión. Para la generación de esos certificados se utilizan herramientas de certificación validadas por un organismo. Se pueden ver las herramientas validadas en el caso de España y documentos técnicos que han sido reconocidos por el Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico y por el Ministerio de Fomento y que pueden servir de apoyo al proceso de certificación energética de edificios. En estas herramientas se introduce la información del edificio y automáticamente se calcula los valores de certificación.
Además de las herramientas de certificación energética validadas en el mercado existen muchas herramientas para modelar y simular el comportamiento de edificios. Este es el punto de partida para la realización de proyectos de renovación de edificios, ya que previamente a la selección de las medidas que podrían mejorar sus parámetros de consumo y emisiones se hace necesaria la evaluación cuantitativa del parque edificatorio de la forma más realista posible. Sin embargo, la mayoría de herramientas presentes en el mercado funcionan a una escala pequeña (nivel edificio, vivienda, local, etc.) siendo un trabajo colosal la generación y simulación de modelos para conjuntos de edificios (distritos o ciudades). Sin duda, el problema de la escala es uno de los puntos débiles de las herramientas actuales cuando se trata de hacer análisis en distritos o ciudades.
En CARTIF, desde hace años, se está trabajando en la generación automática de modelos para poder caracterizar de forma lo más automática posible los edificios de una cierta localización (distrito, municipio e incluso región) calculando valores de demanda y consumo usando fuentes de información pública (catastro y catálogo de elementos constructivos principalmente) y distintos motores de cálculo. Además, se ha comprobado que sin duda uno de los aspectos fundamentales es la presentación adecuada de los resultados en una visualización atractiva, interactiva y que pueda proporcionar toda la información relevante.
Como resultado de varios proyectos en esta línea, en CARTIF se ha diseñado y desarrollado la herramienta de visualizaciónGIS4ENER que ofrece la visualización de varias aproximaciones:
(1) La estimación de cálculo de demanda basada en la automatización de la herramienta de certificación CE3X para el cálculo de edificios a gran escala (barrio o ciudad)
(2) La generación de valores estimados de demanda, consumo y emisiones de CO2mediante la aplicación de tipologías generadas automáticamente con el estudio de los resultados reflejados en Certificados de Eficiencia Energética reales.
Además permite comparar los resultados de ambas aproximaciones con certificados energéticos reales.
Accede a unademo de la herramienta GIS4ENER. En esta demo se presentan las funcionalidades de la herramienta sobre resultados obtenidos para el municipio de Tordesillas en la provincia de Valladolid.
De momento la herramienta ha sido testeada en varios municipios pero tiene potencial para poder ser aplicada en cualquier municipio de España, salvo aquellos localizados en Navarra y País Vasco.
Hay muchos grupos de usuarios que podrían beneficiarse directamente de esta herramienta. Entre ellos: organismos reguladores; administraciones públicas; consultorías y empresas energéticas; Ingenieros, arquitectos y planificadores urbanos; y empresas constructoras. Nuestra herramienta permitirá obtener un mapeado de la demanda y consumo de energía (así como de emisiones de CO2) asociado a los edificios de un distrito o región, en tiempo de mucho más cortos respecto a la obtención del mismos con métodos convencionales. Sin duda la simplificación de este paso podría traer un gran beneficio para todos estos usuarios en sus procesos de planificación energética a diversas escalas, de desarrollo de planes estratégicos y de negocio en ciertos distritos o ciudades.
Desde CARTIF, seguiremos trabajando en la investigación y desarrollo de herramientas que puedan seguir ayudando en la reducción del impacto del ser humano en el medio ambiente.
Lo más seguro es que la palabra fotónica no forme parte de tu vocabulario habitual, pero las tecnologías desarrolladas en este campo son cada vez más usadas en el discurrir diario de nuestras vidas.
Albert Einstein
Si atendemos a la definición que da la RAE de la fotónica: «Perteneciente o relativo a los fotones» lo más seguro es que esto no os diga nada, a no ser que conozcáis trabajos de investigación como los del gran físico Albert Einstein. Concretamente su explicación del fenómeno fotoeléctrico descubierto por Hertz en 1887 y por el que, curiosidades de la vida, Einstein recibió hace exactamente 100 años (1921), el premio Nobel y no por su famosa teoría de la relatividad.
La fotónica se entiende mejor si usamos otras definiciones, como la formulada por la plataforma española fotónica21 de la que CARTIF forma parte:
«La Fotónica es la ciencia del aprovechamiento de la luz, cubriendo la generación, detección, gestión del guiado, manipulación de la luz y, lo que es más importante, su utilización en beneficio de la humanidad»
Por tanto, la luz es el centro de la fotónica. Fenómeno físico cuya explicación ha necesitado de cientos de años y de grandes genios para su comprensión sino en su totalidad al menos en un alto grado. Desde las escuelas griegas con Aristóteles y Euclides como ejemplos destacados, numerosos científicos, como Al Haytham, Newton, Young, Maxwell o el propio Einstein dedicaron parte de su vida a dar respuesta a la pregunta ¿Qué es la luz?.
Si resumimos algunas de las conclusiones de estos padres de la fotónica, podemos decir que la luz se define tanto por una onda como por una partícula, lo que se ha denominado la dualidad onda-partícula de la luz. Esta dualidad fue fuente de enconadas discusiones como la llevada a cabo entre Huygens y Newton en el siglo XVII, Huygens defendía la naturaleza ondulatoria de la luz, mientras que Newton solo entendía la luz como un conjunto de corpúsculos luminosos. En el siglo XIX fueron Young con su famoso experimento de la doble rendija y Maxwell con su tratado del electromagnetismo los que confirmaron la naturaleza ondulatoria de la luz, mientras que a principios del siglo XX, Plank y Einstein demostraron la necesidad de cuantificar la luz en forma de paquetes discretos de energía para poder explicar la radiación de un cuerpo negro y el ya mencionado efecto fotoeléctrico. En 1926, Gilbert Lewis denominó fotón a este «quantum» de energía.
Dualidad onda-partícula de la luz Fuente: https://www.youtube.com/c/inanutshell
Por otra parte, la luz no es solo la radiación que podemos ver con nuestros ojos, lo que se conoce como el espectro visible, sino que también se asocia a la radiación infrarroja, la ultravioleta, los microoondas, las ondas de radio y a los rayos X y gamma ya que dichas radiaciones son de la misma naturaleza como demostró Maxwell. De hecho, la International Society of Photonics and Optics (SPIE) en su informe anual del 2020 establece que la fotónica cubre todo el rango del espectro electromagnético, desde los rayos gama hasta las ondas de radio.
Espectro electromagnético
Podríamos decir, de forma simplificada que:
«La luz está formada por un conjunto de partículas, llamadas fotones, que se propagan en forma de ondas electromagnéticas con un amplio rango de frecuencias.»
Donde los fotones son partículas de luz que interaccionan con la materia a nivel subatómico. De forma que si estas partículas tienen el valor adecuado de energía, definido por la frecuencia de la onda, provocarán que los electrones de los átomos absorban su energía y se posicionen en niveles superiores de energía. Del mismo modo, estas partículas de luz son liberadas en los átomos cuando los electrones regresan de forma espontánea o estimulada a niveles de energía menores o más estables.
Interacción de los fotones con la materia Fuente: https://www.clpu.es/
Pues bien, estos fenómenos que ocurren a nivel subatómico son la base para el desarrollo de dispositivos como los LED o los LASER sin los cuales no podríamos, entre otros usos, mejorar la eficiencia energética de nuestras casas o tener cada vez mayores anchos de banda en las comunicaciones por fibra óptica. Estas son una pequeña parte de las aplicaciones de la fotónica, pero da una idea de la magnitud de su importancia ya que está presente en un sinfín de sectores de aplicación.
Por lo que cuando enciendas las luces, oigas las noticias en la radio o las veas en la televisión, te conectes por internet mediante fibra óptica o a través de wireless con tu tablet o smartphone para ver tu serie favorita, actives los sensores de la alarma de tu casa, te hagas fotos, calientes tu desayuno en el microondas e infinidad de acciones más del día a día, piensa como la fotónica ha cambiado nuestras vidas. No es de extrañar que el siglo XXI se haya definido como el siglo del fotón del mismo modo que el siglo XX fue el del electrón y que la fotónica sea una de las tecnologías claves para que la humanidad siga su desarrollo y supere muchos de los complicados retos a los que se enfrenta actualmente y a los futuros.
Desde el 2020 CARTIF forma parte de PhotonHub Europeuna plataforma formada por más de 30 centros de referencia en fotónica de 15 países europeos en el que más de 500 expertos en fotónica ofrecen su apoyo a empresas (principalmente PYMES) para ayudarlas a mejorar sus procesos productivos y productos a través del uso de la fotónica. Para ello se han articulado hasta el año 2024 acciones formativas, de desarrollo de proyectos y de asesoramiento a nivel técnico y financiero. Por otro lado, para estar al tanto de lo que ocurre en el mundo de la fotónica os animamos a formar parte de la comunidad creada en PhotoHub Europe. En esta comunidad podéis estar al tanto de las actividades de la plataforma como de noticias y eventos relacionados con la fotónica.
Hay dos cosas que no tienen nada que ver pero que en realidad sí que tienen que ver: la perplejidad de un corzo que en la fala de los Montes Torozos se encuentra con la valla que rodea un parque fotovoltaico y que el 64%1 de los españoles no sepamos si nuestro contrato de suministro eléctrico pertenece al mercado regulado o al libre.
El corzo ignora que el lugar por el que campa casi a sus anchas se va a ver sometido a cambios radicales. Decenas de miles de hectáreas van a ser cubiertas con paneles fotovoltaicos y encerrados por vallados. Habrá que ver cómo afecta a la biodiversidad, qué será de las avutardas y de los zorrillos que pululan por esos lugares y si los corzos aprenderán a ver los vallados antes de chocar con ellos.
Pero también hay que tener en cuenta que la actividad humana se verá afectada. Todas esas hectáreas quedarán excluidas de la agricultura, la ganadería se verá limitada y el paisaje será transformado radicalmente, lo que podría afectar a pequeños negocios de turismo rural. A cambio de esta destrucción se generará energía sin emitir gases de efecto invernadero, energía que además será barata y que ayudará a disminuir el recio que resulte de la casación del mercado diario. Pero el sol no acostumbra a brillar por la noche, al menos en nuestra latitud, y lo que podría pasar con el precio de la electricidad y con la regulación del sistema eléctrico a partir de la hora del ocaso o los días sin sol es algo que habrá que contar en otra ocasión.
Puede que igual de ignorantes que el corzo seamos los consumidores españoles, pues parece que muchos no estamos al tanto de que podemos elegir entre una tarifa regulada y otra que no lo está y seguramente somos mucho menos conscientes de los cambios que trae la descarbonización del sistema eléctrico.
Esta situación de desconocimiento hace temer que va a ser difícil hacernos ver que tenemos en nuestras manos un arma poderosa para combatir los problemas que podrían aparecer como consecuencia de la introducción masiva de energía renovable.
Se trata de la flexibilidad o capacidad para consumir electricidad en momentos diferentes al inicialmente deseado sin que haya una pérdida de confort o utilidad. Para complicarlo más, los consumidores domésticos podríamos aprovecharnos mejor de nuestra propia flexibilidad si nos uniéramos para ofrecerla de manera conjunta. Y ese ofrecimiento habría que hacerlo en mercados locales de energía, todavía inexistentes, pero ya en desarrollo.
Imaginar que un consumidor que desconoce si tiene la tarifa libre o la regulada pueda llegar a participar en un mercado local de energía parece más difícil que imaginar a un rebaño de corzos saltando por encima de las vallas de un parque fotovoltaico.
Para que la flexibilidad de la demanda pueda ser útil hacen falta varias cosas. Por un lado, es necesario que lo que consume electricidad y que, además, es flexible, como la climatización, admita señales externas que permitan regular su funcionamiento de manera automática. También es necesario que se hayan desarrollado sistemas de control que generen esas señales y que actúen de manera agregada sobre un número significativo de sistemas de climatización, por mencionar una carga flexible. Además, es necesario que se definan los modelos de negocio que permitirán remunerar a los usuarios por su flexibilidad. Y, por último, se han de desarrollar las normas y reglamentos que definan nuevos agentes de mercado, como los recientemente creados agregadores independientes, y que regulen la participación de los consumidores en los nuevos mercados locales de electricidad.
Pero todo esto no será posible sin un cambio de mentalidad en el consumidor medio. Éste ha de darse cuenta de que existen caminos para la participación activa en el sistema eléctrico que van más allá de cambiar de compañía cuando la tarifa parece demasiado alta. Uno de estos caminos pudiera ser las comunidades energéticas, que ya abren la puerta al autoconsumo colectivo y es de esperar que pronto lo hagan también a una gestión de la demanda flexible centrada en el consumidor.
Quizá estas comunidades permitan al consumidor adaptarse al nuevo sistema eléctrico de la misma manera que los corzos de los Montes Torozos se tendrán que adaptar a un nuevo entrono lleno de cosas desconocidas.
