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18 abril 2018

El reto de la energía: la transición hacia un nuevo modelo energético

Cambio Climático | Energía nuclear | Recursos Naturales | Sostenibilidad y ecología
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1. La Energía y las transiciones energéticas en la historia

La Energía está detrás de todos los grandes cambios económicos que han ocurrido a lo largo de la historia y en especial, de los sucedidos en los dos últimos siglos. Las tres grandes revoluciones industriales que han transformado el mundo durante los últimos 250 años han sido alimentadas por diversas fuentes de energía, de manera que cada revolución ha llevado aparejadas, de una parte, modificaciones y diversificaciones del mix energético y de otra la aparición de nuevas fuentes de energía, que han supuesto la seña de identidad de cada una de ellas.

Antigua fábrica abandonada tras la catástrofe nuclear de Chernobil (1986) / Imagen: CC0 Public Domain

La Primera Revolución Industrial, ocurrida desde finales del siglo XVIII y a lo largo del XIX, se alimentó mediante el carbón que permitió el uso de la máquina de vapor; la Segunda, transcurrida durante la primera mitad del siglo XX lo fue por el petróleo que movió los motores de combustión interna y la Tercera, desde el final del siglo XX hasta hoy en día, que ha traído el auge de la electrónica y las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, está alimentada además del petróleo, por el gas y de manera todavía incipiente por las energías renovables. Esta Tercera revolución parecía destinada a ser impulsada por la energía nuclear, pero debido a los elevados costes de instalación y mantenimiento de las centrales que usan el uranio como combustible, unido a los graves accidentes de Three Mille Island en 1979, Chernobil en 1986 y Fukushima en 2011, han relegado a esta energía a un papel secundario en gran número de países que en su día apostaron por ella. Esta es una de las razones por las que el mix energético no ha cambiado sustancialmente desde los años 1970-1980.

El reparto entre las diversas fuentes de energía utilizadas por la humanidad desde comienzos del siglo XIX hasta nuestros días se muestra en la figura:

Biofuels: principalmente madera; Coal: carbón; Crude oil: petróleo. Consumo de energía en términos relativos: 1800=1; 1900=2; 1950=4; 2000=20. Fuente: World Economic Forum Report.

Desde mediados del siglo XX el mix energético se ha ido diversificando, debido entre otras razones a la creciente necesidad de energía por parte de las economías mundiales y en la actualidad esta dominado por los combustibles fósiles, que desde 1970 representan el 80-85% del total, sin cambios sustanciales desde entonces.

Desde los años 80 del siglo pasado, las “nuevas” energías renovables (eólica y solar principalmente) se han ido incorporando gradualmente al mix energético global, sumándose a la hidráulica, presente ya desde comienzos del siglo XX. Estas nuevas fuentes deberán jugar un papel clave en la tendencia a la diversificación del mix energético y deberán ayudar a resolver la encrucijada entre un modelo energético insostenible y una demanda global creciente.

2. La encrucijada energética: el agotamiento de los combustibles fósiles y el crecimiento demográfico

Hoy en día nos encontramos ante una verdadera “tormenta perfecta” en el terreno energético que viene dada por una combinación letal entre el agotamiento de los combustibles fósiles y el incremento en la demanda de energía debido al aumento de la población y al incremento en el nivel de vida de una parte muy significativa de la misma.

El máximo de consumo de los combustibles fósiles, definido en lo que se refiere al petróleo como el pico de Hubbert, se ha alcanzado/alcanzará entre el año 2000 y el 2020. Según muestra la siguiente figura, necesitamos de forma imperativa encontrar fuentes de energía alternativas a los combustibles fósiles en un período de tiempo no superior a 40-60 años, es decir, en el período de vida de nuestros hijos:

Izquierda: período temporal de uso del petróleo. Fuente: elaboración propia a partir de los datos publicados por la International Energy Agency. Derecha: crecimiento demográfico y crecimiento del consumo de energía en el siglo XX y las proyecciones al siglo XXI. Fuente: Adaptado de este documento (la equivalencia es 1 Qbtu = 293 TWh)

Históricamente, el aumento de la población y el crecimiento de los ingresos han sido las fuerzas impulsoras de la demanda de energía. Tal y como también muestra la figura anterior, desde 1900 hasta la actualidad, la población se ha quintuplicado, los ingresos han aumentado en un factor de 25 y el consumo de energía en un factor de 10. La relación parece obvia: más personas con más ingresos significa aumento de la producción y aumento del consumo de energía.

Estamos pues ante un escenario en el que, de una parte los combustibles fósiles están en su fase descendente, mientras que la población y el consumo de energía no paran de crecer. ¿Qué hacer en esta situación? Solo cabe plantearse una transición energética que, de una parte satisfaga la demanda creciente de energía y de otra, evite seguir dañando de modo irreversible el medio ambiente.

3. Tecnologías para la transición energética: el tiempo de las energías renovables

A día de hoy, no existen otras fuentes de energía alternativas a las basadas en combustibles fósiles y a nuestro alcance, que las fuentes renovables, entre las que destacan, tanto por su grado creciente de utilización, como por su cada vez mayor desarrollo y maduración tecnológica, las “nuevas” renovables: eólica, solar fotovoltaica y termosolar; a las que debemos unir las renovables clásicas: hidráulica y biomasa.

Todas ellas y en especial las nuevas renovables deben considerarse como tecnologías de recambio, que han pasado de ser una curiosidad científica en los años 70 y 80 del siglo pasado a formar parte necesaria e imprescindible de la solución al problema energético planteado en el punto anterior de este artículo.

Molinos productores de energía eólica / Imagen: CC0 Public Domain

La energía eólica fue la primera en alcanzar una penetración a gran escala en la industria energética. La potencia eólica instalada acumulada en el mundo se muestra en la siguiente figura; al final de 2017 había instalados 540 GW. Como la solar fotovoltaica (cuya evolución se muestra en la misma gráfica), su principal inconveniente reside en su carácter intermitente, lo que la hace poco previsible. Desarrollar sistemas de almacenamiento adecuados y de gran escala es imprescindible para aumentar el valor de la electricidad generada por el viento y por el sol. No obstante, hoy en día la generación de energía eólica ya ha demostrado su papel probado en el mix energético de gran número de países, incluido el nuestro y su competitividad futura en relación con los combustibles fósiles sólo mejorará en años sucesivos.

Por lo que respecta a la energía solar fotovoltaica, la potencia instalada acumulada de energía solar fotovoltaica en el mundo superó los 400 GW a finales del año 2017, con un descenso en costes francamente asombroso, tal y como detallé en este artículo.

Evolución de la potencia acumulada, expresada en GW, para la energía eólica y para la solar fotovoltaica, proyectada hasta 2020. Fuente: adaptado de Forecast International Energy Portal

4. Dificultades para una transición energética

Hay tres obstáculos principales para cualquier transición energética rápida.

  • El primero es la cantidad de energía que proporcionan en la actualidad las fuentes no renovables y el tamaño de las infraestructuras energéticas construidas durante muchos años. Debido a su inmensa escala (por encima de los TW de potencia instalada), cualquier transición es y será necesariamente lenta.
  • El segundo es económico, ya que una planta de energía supone una inversión multimillonaria con un tiempo de vida del orden de décadas, por lo que el mix energético de 2030-2040 estará fuertemente influenciado por las decisiones que se tomen hoy. Más allá de 2050, el impacto de la innovación, la investigación y el desarrollo, así como las políticas gubernamentales, podrían tener cada vez mayor impacto en la alteración del mix energético actual.
  • El tercero es científico. La densidad de energía de las fuentes no renovables es elevada, mientras que el movimiento del viento y la energía del sol transportan densidades de energía muy bajas. De esta forma sustituir no renovables por renovables implica sustituir fuentes de  alta densidad de energía y de bajo coste (al menos hasta ahora) por otras de baja densidad y precio elevado. Aunque la inercia en el pensamiento relativo a los costes de las renovables es muy alta: los precios de las renovables han bajado significativamente, pero se sigue invocando su alto coste como un freno para su instalación a gran escala.

Como ya he indicado, hoy en día el petróleo, el carbón y el gas natural dan cuenta del 85% del mix energético mundial. Incluso con un ritmo de crecimiento elevado y continuado de las renovables, su participación en la producción de energía primaria de aquí a 20 años estará por debajo del 10%, simplemente porque el punto de partida actual es muy bajo.

5. Conclusiones

Cambiar de modelo energético es un problema global y buena prueba de ello es que las principales potencias industriales del mundo están haciendo un enorme esfuerzo inversor para propiciar transiciones energéticas en sus respectivos países hacia un mix sostenible e independiente de los combustibles fósiles. Este cambio es inevitable, ya esta en marcha en numerosos países y aquellos que primero sepan adaptarse, serán quienes podrán liderar ese cambio y exportar sus ideas y productos al resto. La industria energética cambiará gradualmente hacia las energías renovables y el período de transición vendrá fuertemente determinado por las inversiones que se realicen en estas fuentes de energía, tanto por parte del capital público como del privado.

La industria energética cambiará gradualmente hacia las energías renovables y el período de transición vendrá fuertemente determinado por las inversiones que se realicen en estas fuentes de energía, tanto por parte del capital público como del privado. / Imagen: CC0 Public Domain

El expresidente Barak Obama publicó hace poco más de un año (el 9 de enero de 2017) un artículo en la prestigiosa revista Science con el llamativo título de “The irreversible momentum of clean energy”. Ese cambio no tiene marcha atrás, pero podrá ser más o menos acelerado en función de las decisiones que se tomen ahora.

Ignacio Mártil.

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

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