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18 abril 2018

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

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La Energía y las transiciones energéticas en la historia

La Energ√≠a est√° detr√°s de todos los grandes cambios econ√≥micos que han ocurrido a lo largo de la historia y en especial, de los sucedidos en los dos √ļltimos siglos. Las tres grandes revoluciones industriales que han transformado el mundo durante los √ļltimos 250 a√Īos han sido alimentadas por diversas fuentes de energ√≠a, de manera que cada revoluci√≥n ha llevado aparejadas, de una parte, modificaciones y diversificaciones del mix energ√©tico y de otra la aparici√≥n de nuevas fuentes de energ√≠a, que han supuesto la se√Īa de identidad de cada una de ellas.

Antigua f√°brica abandonada tras la cat√°strofe nuclear de Chernobil (1986) / Imagen: CC0 Public Domain

La Primera Revoluci√≥n Industrial, ocurrida desde finales del siglo XVIII y a lo largo del XIX, se aliment√≥ mediante el carb√≥n que permiti√≥ el uso de la m√°quina de vapor; la Segunda, transcurrida durante la primera mitad del siglo XX lo fue por el petr√≥leo que movi√≥ los motores de combusti√≥n interna y la Tercera, desde el final del siglo XX hasta hoy en d√≠a, que ha tra√≠do el auge de la electr√≥nica y las Tecnolog√≠as de la Informaci√≥n y las Comunicaciones, est√° alimentada adem√°s del petr√≥leo, por el gas y de manera todav√≠a incipiente por las energ√≠as renovables. Esta Tercera revoluci√≥n parec√≠a destinada a ser impulsada por la energ√≠a nuclear, pero debido a los elevados costes de instalaci√≥n 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 energ√≠a a un papel secundario en gran n√ļmero de pa√≠ses que en su d√≠a apostaron por ella. Esta es una de las razones por las que el mix energ√©tico no ha cambiado sustancialmente desde los a√Īos 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 a√Īos 80 del siglo pasado, las ‚Äúnuevas‚ÄĚ energ√≠as renovables (e√≥lica y solar principalmente) se han ido incorporando gradualmente al mix energ√©tico global, sum√°ndose a la hidr√°ulica, presente ya desde comienzos del siglo XX. Estas nuevas fuentes deber√°n jugar un papel clave en la tendencia a la diversificaci√≥n del mix energ√©tico y deber√°n ayudar a resolver la encrucijada entre un modelo energ√©tico insostenible y una demanda global creciente.

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

Hoy en d√≠a nos encontramos ante una verdadera ‚Äútormenta perfecta‚ÄĚ en el terreno energ√©tico que viene dada por una combinaci√≥n letal entre el agotamiento de los combustibles f√≥siles y el incremento en la demanda de energ√≠a debido al aumento de la poblaci√≥n y al incremento en el nivel de vida de una parte muy significativa de la misma.

El m√°ximo de consumo de los combustibles f√≥siles, definido en lo que se refiere al petr√≥leo como el pico de Hubbert, se ha alcanzado/alcanzar√° entre el a√Īo 2000 y el 2020. Seg√ļn muestra la siguiente figura, necesitamos de forma imperativa encontrar fuentes de energ√≠a alternativas a los combustibles f√≥siles en un per√≠odo de tiempo no superior a 40-60 a√Īos, es decir, en el per√≠odo 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 f√≥siles est√°n en su fase descendente, mientras que la poblaci√≥n y el consumo de energ√≠a no paran de crecer. ¬ŅQu√© hacer en esta situaci√≥n? Solo cabe plantearse una transici√≥n energ√©tica que, de una parte satisfaga la demanda creciente de energ√≠a y de otra, evite seguir da√Īando de modo irreversible el medio ambiente.

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

A d√≠a de hoy, no existen otras fuentes de energ√≠a alternativas a las basadas en combustibles f√≥siles y a nuestro alcance, que las fuentes renovables, entre las que destacan, tanto por su grado creciente de utilizaci√≥n, como por su cada vez mayor desarrollo y maduraci√≥n tecnol√≥gica, las ‚Äúnuevas‚ÄĚ renovables: e√≥lica, solar fotovoltaica y termosolar; a las que debemos unir las renovables cl√°sicas: hidr√°ulica y biomasa.

Todas ellas y en especial las nuevas renovables deben considerarse como tecnolog√≠as de recambio, que han pasado de ser una curiosidad cient√≠fica en los a√Īos 70 y 80 del siglo pasado a formar parte necesaria e imprescindible de la soluci√≥n al problema energ√©tico planteado en el punto anterior de este art√≠culo.

Molinos productores de energía eólica / Imagen: CC0 Public Domain

La energ√≠a e√≥lica fue la primera en alcanzar una penetraci√≥n a gran escala en la industria energ√©tica. La potencia e√≥lica instalada acumulada en el mundo se muestra en la siguiente figura; al final de 2017 hab√≠a instalados 540 GW. Como la solar fotovoltaica (cuya evoluci√≥n se muestra en la misma gr√°fica), su principal inconveniente reside en su car√°cter 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 d√≠a la generaci√≥n de energ√≠a e√≥lica ya ha demostrado su papel probado en el mix energ√©tico de gran n√ļmero de pa√≠ses, incluido el nuestro y su competitividad futura en relaci√≥n con los combustibles f√≥siles s√≥lo mejorar√° en a√Īos sucesivos.

Por lo que respecta a la energ√≠a solar fotovoltaica, la potencia instalada acumulada de energ√≠a solar fotovoltaica en el mundo super√≥ los 400 GW a finales del a√Īo 2017, con un descenso en costes francamente asombroso, tal y como detall√© en este art√≠culo.

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

Dificultades para una transición energética

Hay tres obstáculos principales para cualquier transición energética rápida.

  • El primero es la cantidad de energ√≠a que proporcionan en la actualidad las fuentes no renovables y el tama√Īo de las infraestructuras energ√©ticas construidas durante muchos a√Īos. Debido a su inmensa escala (por encima de los TW de potencia instalada), cualquier transici√≥n es y ser√° necesariamente lenta.
  • El segundo es econ√≥mico, ya que una planta de energ√≠a supone una inversi√≥n multimillonaria con un tiempo de vida del orden de d√©cadas, por lo que el mix energ√©tico de 2030-2040 estar√° fuertemente influenciado por las decisiones que se tomen hoy. M√°s all√° de 2050, el impacto de la innovaci√≥n, la investigaci√≥n y el desarrollo, as√≠ como las pol√≠ticas gubernamentales, podr√≠an tener cada vez mayor impacto en la alteraci√≥n del mix energ√©tico actual.
  • El tercero es cient√≠fico. La densidad de energ√≠a de las fuentes no renovables es elevada, mientras que el movimiento del viento y la energ√≠a del sol transportan densidades de energ√≠a muy bajas. De esta forma sustituir no renovables por renovables implica sustituir fuentes de¬† alta densidad de energ√≠a 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 instalaci√≥n a gran escala.

Como ya he indicado, hoy en d√≠a el petr√≥leo, el carb√≥n y el gas natural dan cuenta del 85% del mix energ√©tico mundial. Incluso con un ritmo de crecimiento elevado y continuado de las renovables, su participaci√≥n en la producci√≥n de energ√≠a primaria de aqu√≠ a 20 a√Īos estar√° por debajo del 10%, simplemente porque el punto de partida actual es muy bajo.

5. Conclusiones

Cambiar de modelo energ√©tico es un problema global y buena prueba de ello es que las principales potencias industriales del mundo est√°n haciendo un enorme esfuerzo inversor para propiciar transiciones energ√©ticas en sus respectivos pa√≠ses hacia un mix sostenible e independiente de los combustibles f√≥siles. Este cambio es inevitable, ya esta en marcha en numerosos pa√≠ses y aquellos que primero sepan adaptarse, ser√°n quienes podr√°n liderar ese cambio y exportar sus ideas y productos al resto. La industria energ√©tica cambiar√° gradualmente hacia las energ√≠as renovables y el per√≠odo de transici√≥n vendr√° fuertemente determinado por las inversiones que se realicen en estas fuentes de energ√≠a, tanto por parte del capital p√ļblico como del privado.

La industria energ√©tica cambiar√° gradualmente hacia las energ√≠as renovables y el per√≠odo de transici√≥n vendr√° fuertemente determinado por las inversiones que se realicen en estas fuentes de energ√≠a, tanto por parte del capital p√ļblico como del privado. / Imagen: CC0 Public Domain

El expresidente Barak Obama public√≥ hace poco m√°s de un a√Īo (el 9 de enero de 2017) un art√≠culo en la prestigiosa revista Science con el llamativo t√≠tulo de ‚ÄúThe irreversible momentum of clean energy‚ÄĚ. Ese cambio no tiene marcha atr√°s, pero podr√° ser m√°s o menos acelerado en funci√≥n de las decisiones que se tomen ahora.

Ignacio M√°rtil

Catedr√°tico de Electr√≥nica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Espa√Īola de F√≠sica

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