El problema energético mundial. Energías renovables y cambio climático

La mitad del CO2 emitido tarda un siglo para eliminarse de la atmósfera, mientras que una parte de éste (cerca del 20 %) se mantiene durante muchos milenios

Por Juan Antonio Pinilla Rodríguez

El mundo se encuentra en una difícil situación energética: por una parte, existe cada vez mayor demanda de energía y, por otra, las actuales fuentes tienen en su mayoría recursos limitados y su uso representa repercusiones ambientales indeseables. El crecimiento demográfico y económico en el mundo trae consigo que consumamos más energía, y las formas tradicionales en que la generamos, en su mayoría a través de los combustibles fósiles, nos da como resultado importantes efectos (globalmente negativos) sobre el bienestar humano.

Los recursos naturales de nuestro planeta se usan a un ritmo acelerado, y si no se toman medidas al respecto, las condiciones de vida de los que vengan después que nosotros serán mucho peor a las que tenemos hoy en día.

El principio de sostenibilidad es: satisfacer las necesidades de las generaciones presentes, sin comprometer las posibilidades de las del futuro para atender sus propias necesidades; esto se dijo hace unos años en Principio 3º de la Declaración de Río (1992), del Informe Brundtland (1987), Comisión Mundial del Medio Ambiente y Desarrollo de Naciones Unidas, de la Asamblea de las Naciones Unidas.

¿Tenemos un problema?
Desde la llamada Revolución Industrial hasta nuestros días, los procesos industriales se desarrollan quemando combustibles fósiles (petróleo, gas y sus derivados, como la gasolina y el diésel) y aprovechando de manera desmedida los recursos naturales de nuestro planeta. Estas actividades están cambiando la composición de la atmósfera terrestre, emitiendo más gases y compuestos de efecto invernadero que pueden permanecer en la atmósfera hasta por más de 50 años. Si bien en la actualidad más de la mitad del CO2 emitido tarda un siglo para eliminarse de la atmósfera, una parte del CO2 (cerca del 20 por ciento) se mantiene en la atmósfera durante muchos milenios.

En los últimos 800 mil años, las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono, metano y óxido nitroso han aumentado a niveles sin precedente. Las concentraciones de dióxido de carbono se han elevado en un 40 por ciento desde la era preindustrial debido, en primer lugar, a las emisiones derivadas de los combustibles fósiles y, en segundo lugar, a las emisiones netas derivadas del cambio de uso del suelo. Los océanos han absorbido alrededor del 30 por ciento del dióxido de carbono antropogénico, provocando su acidificación.

Implementar acciones urgentes sobre el cambio climático es crítico para reducir su impacto. El Acuerdo de París establece un objetivo para limitar el aumento de la temperatura media global a muy por debajo de 2 °C por encima de los niveles preindustriales e intentar limitar el aumento a 1.5 °C. Implícito en estos objetivos está la necesidad de una transición a un sector energético bajo en carbono, que represente dos tercios de las emisiones globales.

La demanda mundial de energía todavía se satisface esencialmente con combustibles fósiles (30 por ciento de petróleo, 27 por ciento de carbón y 20 por ciento de gas).

Las principales fuentes de producción de electricidad son a través del carbón (38 por ciento), gas (23 por ciento) e hidroeléctrica (16 por ciento). Las emisiones de CO2 en el sector energético, después de permanecer estáticas durante tres años, aumentaron en 2017 y se espera un mayor crecimiento en los próximos años. El principal desafío que enfrenta el sector energético es crear un sistema que combine asequibilidad, confiabilidad y sostenibilidad.

Los cambios estructurales fundamentales en el sector energético, llamados transiciones de energía, ocurren en todo el mundo. La motivación, los objetivos y las prioridades para implementar las transiciones de energía difieren, pero en su mayoría podrían estar relacionados con el trilema de la energía: asegurar el suministro, aumentar la competitividad mediante el uso de enfoques de menor costo y las preocupaciones ambientales, o una combinación de estos aspectos.

La demanda mundial de energía aumentará al menos en un cuarto entre hoy y 2040, principalmente en los países en vías de desarrollo, con India a la cabeza. Los niveles más altos de consumo se desplazarán en Asia, que será responsable de aproximadamente la mitad del crecimiento del gas, el 60 por ciento de la energía eólica y solar, más del 80 por ciento del petróleo y todo el crecimiento del carbón y la energía nuclear.

La eficiencia energética será crucial para mantener bajos los niveles de consumo, que de otro modo aumentarían para duplicar la cantidad estimada. La revolución del gas de esquisto continúa, liderada por EE.UU., el principal productor de petróleo y gas del mundo.

La demanda de gas natural está creciendo más en la industria y en 2030 superará al carbón para convertirse en el segundo combustible más grande en la combinación energética. La demanda de petróleo continuará creciendo como resultado de su uso en la industria petroquímica. Sin embargo, su empleo en automóviles alcanzará su punto máximo alrededor de 2025. El mercado petrolero está entrando en un periodo de alta incertidumbre y sin nuevos proyectos podría surgir una escasez en el suministro.

La energía renovable, junto con los beneficios de eficiencia energética, puede proporcionar el 90 % de las reducciones de emisiones de CO2 necesarias para 2050

Resultados de producir energía con hidrocarburos
Con la invención de la máquina de vapor por James Watt, a finales del siglo XVII, se produjo el despegue tecnológico definitivo en todo el mundo. Con este acontecimiento la vida de las personas empezó a cambiar a un ritmo acelerado, marcado por los continuos avances tecnológicos y la progresiva sustitución de las fuentes de energía primaria. Trayectoria que ha desembocado en una casi absoluta dependencia de los hidrocarburos (carbón, petróleo y gas natural) hasta nuestros días.

La mayoría conoce los resultados de producir energía con hidrocarburos, pero a continuación mencionamos algunos:

  • El deterioro ambiental cada vez más notorio
  • Efecto invernadero debido a la emisión de los gases
  • Aumento de la temperatura en todo el globo terráqueo
  • Acidificación de los océanos
  • Aumento del nivel del mar por la descongelación de los glaciares y los fenómenos meteorológicos extremos
  • Pérdidas de biodiversidad

En estos momentos no existe una fuente de energía capaz de sustituir a todos los hidrocarburos para satisfacer la demanda actual de energía, lo que sí existe es la disponibilidad de diversas combinaciones de fuentes renovables de energía en diferentes ecosistemas que empiezan a suplir a los hidrocarburos.

La energía suficiente y segura es el principal facilitador para el bienestar y el desarrollo económico de una sociedad. Como las actividades relacionadas con la generación de energía tienen impactos ambientales significativos, es indispensable proporcionar un sistema energético que cubra las necesidades de las economías y preserve el medio ambiente.

Trazando el camino hacia la transición energética
La transición energética es un camino hacia la transformación del sector energético mundial de fósiles a cero carbón en la segunda mitad de este siglo. En el fondo está la necesidad de reducir las emisiones de CO2 relacionadas con la energía para limitar el cambio climático. La descarbonización del sector energético requiere una acción urgente a escala mundial, y mientras una transición energética global está en marcha, se necesitan más acciones para reducir las emisiones de carbono y mitigar los efectos del cambio climático. La energía renovable y las medidas de eficiencia energética pueden alcanzar el 90 por ciento de las reducciones de carbono requeridas.

La transición energética es el abandono del petróleo, el carbón, el gas como fuentes de energía y su sustitución por energías renovables. Esto no es una tarea fácil, debido a que estamos obligados a asegurar un abastecimiento energético asequible, de bajo impacto ambiental y confiable.

Las energías renovables más económicas son la eólica y la solar. Gracias al desarrollo industrial y tecnológico de los últimos 20 años, los costos reales de generación se han reducido en forma significativa. Ineludiblemente se necesita el aseguramiento energético que provea electricidad en los momentos en que no haya suficiente viento, ni sol. Por lo tanto, estas funciones serán asumidas por otras fuentes de energía renovables (hidráulica, biomasa, geotermia) y sistemas de almacenamiento de energía.

La transición energética es la respuesta a dos desafíos:

  • Los recursos fósiles, como el carbón, el petróleo y el gas, son cada vez más escasos
  • El cambio climático amenaza a nuestro planeta
La energía geotérmica es una de las fuentes renovables con mayor predominancia en México. En la imagen, la planta geotérmica de Cerro Prieto, en en Valle de Mexicali, Baja California.

La fuerza invisible
La demanda de electricidad continúa creciendo muy rápidamente. Este incremento proviene principalmente de los países en vías de desarrollo, aunque sigue ascendiendo en las economías más avanzadas. El mayor aumento se produce en las energías renovables, gracias a la caída de los costos y las políticas de apoyo: la generación de energía a partir de las energías renovables en la combinación de electricidad pasará del 25 por ciento actual al 40 por ciento en 2040, reemplazando el carbón.

Con el aumento de las fuentes renovables de electricidad, garantizar la flexibilidad del sistema de energía continúa siendo una prioridad para compensar las grandes fluctuaciones en el suministro. En las fuentes renovables de energía, su régimen de funcionamiento depende exclusivamente de las condiciones meteorológicas existentes en cada emplazamiento, lo que implica incertidumbre en la predicción de la producción. Hasta hoy el sistema eléctrico mundial está diseñado bajo el modelo de grandes centrales de generación de electricidad. Las fuentes renovables ofrecen la posibilidad de la generación de electricidad distribuida con beneficios económicos, sociales y ambientales.

Los costos reales de las tecnologías renovables se han reducido en forma significativa durante los últimos 20 años. Las más económicas son la energía solar y la eólica

Más tecnología para descarbonizar
En los últimos años el mundo ha logrado avances alentadores en el desarrollo en energías renovables, particularmente para la generación de electricidad. Las tecnologías utilizadas para producir electricidad hoy pueden, en muchos casos, proporcionarla a precios competitivos en comparación con aquellas que recurren a combustibles fósiles. Los sistemas eléctricos en todo el mundo están diseñados bajo el modelo de grandes centrales de generación de electricidad, donde una solución alternativa es a través de la generación distribuida.

Las fuentes renovables ofrecen la posibilidad de la generación de electricidad distribuida con beneficios económicos, sociales y ambientales. El almacenamiento de energía avanza de la mano con el desarrollo de fuentes de energías renovables, tiene una posibilidad de funciones más allá de actuar como fuente de energía de respaldo y es la tecnología clave para permitir altas concentraciones renovables en redes eléctricas de grandes parques eólicos y solares concentrados, o en la generación de energía distribuida a pequeña escala en todo el mundo.

Las tecnologías para la generación de energía a través de fuentes renovables, como se ha analizado anteriormente, requieren de inversiones en investigación y desarrollo que permitan mejorar los procesos actuales. Si se hace correctamente, estas tecnologías podrían llegar a ser más competitivas que en los mercados eléctricos hoy en día.

La energía renovable y la eficiencia energética deben promoverse y acelerarse en conjunto para garantizar que la transición a la energía sostenible no se vea limitada por el crecimiento demográfico y económico en el mundo. Con esto se contribuye en gran medida a la descarbonización requerida para permanecer dentro de los límites que establece el Acuerdo de París.

Las innovaciones en energía renovable abarcan todos los enfoques nuevos que ayudan a superar las barreras y dan como resultado un despliegue acelerado de energías renovables para apoyar la transición energética. Las soluciones innovadoras para descarbonizar el sector energético global requieren la combinación de varios instrumentos de política en todo el ciclo de vida de la tecnología, desde investigación y desarrollo, hasta la ampliación del mercado, así como el avance de nuevas tecnologías inteligentes, tecnologías de la información, nuevos tipos de instrumentos financieros y de mercado, modelos de negocio y la participación de nuevos actores en los sistemas energéticos.
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Juan Antonio Pinilla RodríguezJuan Antonio Pinilla Rodríguez
Industrial de la construcción, académico, presidente del Colegio de Ingenieros Mecánicos, Electricistas y Electrónicos del estado de Veracruz, vicepresidente del Consejo Coordinador Empresarial, CANACINTRA y CMIC. Director de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Cristóbal Colón. Consejero editorial a nivel nacional de la revista Eficiencia Energética del Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE).

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