Según la Agencia Internacional de Energía, la dependencia de energía basada en combustibles fósiles no es sostenible, tanto en términos de seguridad del suministro como de sus efectos ambientales [FAO, 2008Food and Agriculture Organization (2008). Bosques y energía: cuestiones clave. FAO, Roma. Italia. 69 p.]. Sin embargo, la agroenergía dispone del potencial para contribuir a satisfacer, al menos en parte, la creciente demanda energética. En este sentido ello exige el desarrollo de nuevos conocimientos y políticas que promuevan el acceso a la energía mediante técnicas de energía del agro, pero logrando una seguridad alimentaria sin afectaciones al medioambiente; por tanto, las iniciativas que se desarrollen pueden ofrecer nuevas oportunidades a las comunidades rurales. Una de ellas es la producción de energía a partir de la biomasa en sistemas agroforestales integrados, que permitan compatibilizar la seguridad alimentaria y la protección ambiental; en 2007 la biomasa se utilizó para satisfacer alrededor de 10 % de la demanda mundial de energía primaria [FAO, 2008Food and Agriculture Organization (2008). Bosques y energía: cuestiones clave. FAO, Roma. Italia. 69 p.].
En los últimos 20 o 30 años, la presión causada por el crecimiento demográfico y la explotación comercial de los bosques en el Tercer Mundo, han causado que la leña sea cada día más escasa. Son muchas las comunidades, tanto urbanas como rurales, que están enfrentando problemas de escasez de biomasa para la cocción y, por su alto costo, no pueden darse el lujo de otras fuentes de energía como el kerosene, electricidad o gas. Teniendo en cuenta estas últimas tecnologíaspara mejorar la salud, el sustento y la calidad de la vida al reducir la exposición a la contaminación del aire intradomiciliario, sobre todo entre mujeres y niños, debido al uso de combustible en la casa. Por lo que se debe trabajar para aumentar el uso de prácticas limpias, confiables, comprables y eficientes de cocción y calefacción en el hogar, que reduzcan la exposición de las personas a la contaminación del aire en el interior de la vivienda, principalmente en países en vías de desarrollo
La contaminación del aire intradomiciliario causa serios problemas de salud para dos mil millones de personas en todo el mundo que usan biocarburantes tradicionales para sus necesidades de cocción y calefacción, según la Organización Mundial de la Salud (OMS). En los últimos años han crecido la sabiduría sobre el costo ambiental y social del uso de combustibles tradicionales y de estufas, y los conocimientos sobre formas de reducir las emisiones de estas cocinas. No obstante, las estufas mejoradas actualmente disponibles a los clientes pobres no siempre representan la mejor práctica, o un concepto del diseño que se base en la ingeniería moderna, es por eso que se debe tener en cuenta: que se use menos material de combustión (leña, briquetas) para hacer fuego y que el humo tóxico salga afuera del lugar donde se cocine, que no haya accidentes por volcamiento de las cazuelas, que no afecte el cuerpo por la posición de agachados, que no se irriten los ojos por el humo, que la preparación de la comida sea higiénica, y que tenga buen sabor.
Lo basamentos preliminares del trabajo de las cocinas eficientes y su desarrollo histórico, se encuentran publicados en Haynes y col. [2019]Haynes y Col. (2919). «Diseño y fabricación de estufas híbridas, ecológicas, eficientes y de bajo costo». En Eco Solar 70. La Habana: Ed. Cubasolar. Publicado en www.cubasolar.cu .
En particular en ese artículo se expresaron los principios del Dr. Larry Winiarski, a tener en cuenta a la hora del diseño, fabricación y puesta en marcha de una estufa, y ellos son:
En la medida de lo posible, es necesario aislar alrededor del fuego con materiales livianos y resistentes al calor. Si es posible, no use materiales pesados como la arcilla y la arena.
Instalar una chimenea corta y aislada directamente encima del fuego. Esa chimenea estimula una fuerte corriente de aire y hace que el fuego queme caliente y feroz. La chimenea debe ser aproximadamente tres veces más alta que su diámetro.
Calentar y quemar las puntas de los palos a medida que se expongan al fuego. Si únicamente la madera que se quema está caliente, habrá mucho menos humo. Intente que el resto del madero esté tan frío que no pueda estar incandescente ni hacer humo.
Crear temperaturas altas y bajas según la cantidad de leña que se expone al fuego. Ajuste la cantidad de gas y el fuego creado conforme a la tarea prevista. (La madera se calienta y emite gas. El gas prende fuego y crea calor).
Mantener una corriente de aire buena y rápida en todo el carburante. Justo como soplar el fuego o el carbón puede crear calor, tener una corriente apropiada ayudará a mantener altas temperaturas en su estufa. Un fuego caliente es un fuego limpio.
La falta de corriente de aire en el fuego resulta en humo y exceso de carbón. Sin embargo, demasiado aire enfría al fuego y no es útil. Aberturas más pequeñas en el fuego ayudan a reducir el exceso de aire. Mejorar la eficiencia del intercambio térmico a la olla o plancha es el factor más importante que reducirá el uso de combustible en una estufa de cocina. Mejorar la eficiencia de combustión reduce la contaminación, pero es menos importante cuando se pretende ahorrar leña.
La abertura al fuego, el tamaño de los espacios dentro de la estufa por donde pasan los gases calientes y la chimenea externa deben ser aproximadamente del mismo tamaño. Esto se llama mantener una superficie transversal consistente y ayuda a mantener una corriente pareja en la estufa. Una buena corriente no solo mantiene el calor del fuego, sino que también es esencial para que el aire caliente creado por el fuego pueda transferir efectivamente su calor a la olla.
Usar una reja debajo del fuego. No ponga los maderos en el piso de una cámara de combustión; tiene que pasar aire por debajo de los que se queman, por el carbón y dentro del fuego.
Aislar la trayectoria del aire caliente. Los materiales aislantes en una estufa mantienen calientes los gases de combustión para que calienten mejor la olla o la plancha.
Aumentar el intercambio térmico de la olla con espacios adecuados. Transmitir calor a una cazuela o a una plancha es más fácil con canales pequeños. Los gases calientes de combustión están forzados por estos canales estrechos, donde rozan las cazuelas o la plancha. Si los canales son muy grandes, los gases pasan por el centro y no transfieren todo su calor a la superficie apropiada.
Forzar que los gases de combustión pasen por la superficie de una olla o plancha por un canal angosto es una estrategia de diseño popularizada por el Dr. Samuel Baldwin y el Dr. Larry Winiarski. En 1982, el Dr. Winiarski creó una falda para ollas, un cilindro de metal delgado que rodea la olla, formando un canal estrecho y mejorando la eficiencia del intercambio térmico.
Una de las contribuciones más relevantes del uso de estufas eficientes está relacionada con el potencial de reducir la degradación de los bosques existentes, asociado a prácticas extractivas insostenibles y su impacto sobre el cambio climático global. De acuerdo al IPCC [2007]Intergovernmental Panel on Climate Change (2007). «Climate change 2007: Synthesis report IPCC». Geneve. 22 p., 17 % de las emisiones mundiales de CO2 se deben a la deforestación, y aunque de acuerdo a FAO [2008]Food and Agriculture Organization (2008). Bosques y energía: cuestiones clave. FAO, Roma. Italia. 69 p. el consumo de combustibles leñosos ha fluctuado entre 1800 y 1900 millones de metros cúbicos en la última década, no se tiene certeza de qué porcentaje delas emisiones de dióxido de carbono corresponde a la utilización de leña para propósitos domésticos. Como en cualquier combustible, el carbono y el hidrógeno le confieren las propiedades térmicas a la madera que, al incinerarse eficientemente, generan dióxido de carbono y vapor de agua como productos residuales del proceso; sin embargo, cuando se produce una combustión ineficiente se generan gases no deseados como el metano (CH4), el monóxido de carbono (CO) y óxido nitroso (N2O), los cuales presentan un potencial de efecto invernadero mucho mayor que el CO2.
Esta estufa tiene la novedad del hidrógeno como vector energético y gas carburante. Es posible diseñar y construir equipos y dispositivos que puedan aprovechar el hidrógeno como vector energético, es decir, como una fuente potencial de energía renovable que evitará el deterioro del medioambiente y que en un futuro cercano transformará las relaciones sociales y económicas en todo el planeta hacia una economía energética sostenida [Aguinaga, 2009].
La situación energética actual, con problemas de contaminación, cambio climático, conflictos internacionales motivados por el acceso a los recursos, y agotamiento de combustibles fósiles, precisa nuevas tecnologías, entre ellas se destaca el hidrógeno, al que muchos le asignan el papel de desplazar a los combustibles fósiles para llegar a basar nuestro futuro en la «economía del hidrógeno».
Todo indica que el futuro de la energía pasa por el hidrógeno, el combustible más limpio que existe, versátil y muy eficaz, un combustible revolucionario, ya que transformará las relaciones sociales y económicas en todo el mundo, y que también supone una esperanza en la conquista de una economía energética sostenida.
Las ventajas de la utilización del hidrógeno como carburante son loables: es una fuente de energía abundante y su combustión sólo origina vapor de agua y calor, además de ser un sistema energético no contaminante y silencioso.
El mecanismo para obtener hidrógeno es un dispositivo (electrolizador) que puede utilizarse deforma híbrida, energía eléctrica producida por la energía renovable solar y eólica para producir hidrógeno mediante la electrólisis del agua.
Ese hidrógeno puede utilizarse como gas natural directamente para cocinar, calentar agua o para climatización del hogar, o en pilas de combustible para regenerar energía eléctrica de usos domésticos común (Cuadro 1).
Uno de los métodos más utilizado, la electrólisis, proceso mediante el cual se hace pasar una corriente eléctrica, en nuestro caso directa,entre electrodos inertes sumergidos en agua, y así separar sus moléculas en sus elementos constitutivos: hidrógeno y oxígeno, como se muestra en la Fig. 1.
Entre los inconvenientes hay que señalar que es un gas muy inflamable y que sería muy costosa la construcción de las infraestructuras para su distribución, y requiere sistema de cortafuegos o parallamas dobles para garantizar la seguridad operacional de su uso como gas carburante. En este trabajo están concebidos estos sistemas dobles en las variantes del circuito local de generación del gas carburante.
Los planos de ensamble de las cocinas híbridas, ecológicas, eficientes y de bajo costo se presentan en las Figs. 2 y 3.
Primera versión:
Segunda versión:
A continuación, el diseño de celda de hidrógeno y circuito de generación de hidrógeno a partir de la separación electrolítica del hidrógeno del agua en una celda electrolítica de placas de acero níquel, con sus correspondientes parallamas, como seguridad para evitar una explosiónpor el posible retroceso de la llama (Fig. 4).
A continuacion detalles de las partes del circuito de generación de hidrógeno (Fig. 5-7):
A continuación, se muestra la variante del circuito de generación e inyección de hidrógeno carburante con compresión del gas en sistema de refrigeradores domésticos (Fig. 8).
Este trabajo ofrece solución a diferentes problemáticas socioeconómicas que se presentan en el país, por ejemplo, la falta de combustibles para la cocción de alimentos para la población.
De fácil utilización en las comunidades aisladas recientemente electrificadas y donde la cocción de los alimentos hoy es un tema pendiente.
La energía para la celda de hidrógeno pudiera generarse con paneles fotovoltaicos de las viviendas de las comunidades aisladas, así como pequeños generadores para el proceso de hidrólisis, solamente con 12 volt de corriente continua.
Igualmente, como solución a los vertederos de residuales de carpinterías, como briquetas de serrín o biomasa sólida, que existen en los alrededores de las ciudades.
Y no menos importante como solución, igualmente, en las viviendas cercanas a las costas, para la eliminación de los vertimientos de sargazos en las playas, que es un serio problema para el turismo, a gestionar por la Tarea Vida en todo el territorio nacional.