Energía, el reto del planeta en la era pos-Covid

Ignacio Mártil

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

(El contenido de este artículo está recogido de forma más amplia y detallada en el Prólogo de mi libro: “Energía Solar. De la utopía a la esperanza”; 2020, Guillermo Escolar Editor)

La escalada sin freno de los precios de la energía eléctrica hace que la palabra “energía” aparezca en los titulares de la prensa prácticamente a diario. A eso hay que unirle el hecho de que la crisis del Covid-19 ha ocultado durante todo el año pasado y buena parte de éste muchos de los grandes problemas que tiene el planeta y uno de los más acuciantes, sin ninguna duda es el Calentamiento Global provocado, en gran medida, por nuestra forma actual de producir y consumir energía. Producir y consumir energía van de la mano, por lo que ambos factores deben entrar en la ecuación de cómo resolvemos estos problemas: el primero (el precio) de corto-medio plazo, el segundo (el Calentamiento Global) de medio-largo plazo. En este artículo, repaso algunos de los datos que permiten cuantificar el inmenso reto que tiene el mundo por delante.

Imagen tomada por satélite del huerto solar Núñez de Balboa (500 MW), situado  entre los municipios de Usagre, Hinojosa del Valle y Bienvenida de Badajoz. Tiene 1.43 millones de paneles fotovoltaicos repartidos en más de 1.000 hectáreas. En la esquina inferior izquierda se muestra una escala que permite imaginar su tamaño. Fuente: Visible Earth, NASA

 

1. El consumo de energía, una magnitud siempre creciente

El consumo de energía en el planeta no deja de crecer un año tras otro. Hoy en día nos encontramos ante un incremento sin precedentes en su demanda debido al aumento de la población mundial y al alza del nivel de vida de una parte muy significativa de la misma.  Hay que insistir una y otra vez en que la energía barata y abundante sigue siendo crucial para el desarrollo económico de cualquier país; la relación entre el consumo de energía per cápita y el Índice de Desarrollo Humano (IDH) de las Naciones Unidas es indiscutible y parece poco probable que disminuya el consumo de energía a nivel global en este siglo, especialmente con países como India o China, que concentran cerca del 40 % de la población del planeta, en desarrollo vertiginoso.

Pero hoy en día sabemos que el incremento en el consumo de energía va indisolublemente unido al aumento de las emisiones de Gases de Efecto Invernadero provocadas por la quema de combustibles fósiles, lo que provoca efectos muy nocivos sobre la temperatura del planeta. Debemos recordar que, a día de hoy, los combustibles fósiles son absolutamente dominantes en la producción de energía en el mundo, tal y como muestra la siguiente figura, que desglosa el reparto por tecnologías de las principales fuentes energéticas:

Reparto por tecnologías de la producción de energía en el mundo a finales de 2019. Como se ve, las renovables representaron el 11% del total

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Como se puede ver, las tecnologías vinculadas a los combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón) representaron cerca del 80% del total a finales de 2019. De manera que el planeta se enfrenta a dos problemas estrechamente entrelazados uno con otro, que configuran una verdadera tormenta perfecta: un aumento creciente de la demanda de energía y los efectos que dicho aumento tiene sobre el clima. Una acción eficaz para dar respuesta a ese doble reto exige planes creíbles para que los sistemas de producción de energía a escala nacional y regional, de una parte, eviten casi por completo la explotación de fuentes de combustibles fósiles y de otra, sean escalables a una demanda de energía creciente para una población de aproximadamente 9.000-10.000 millones de personas a mediados de siglo y quizá más de 12.000 millones a finales de siglo, incremento vinculado así mismo a un aumento en el nivel de vida de una proporción muy importante de la misma, como es el caso de la población de China y de la India, como se ha dicho en el párrafo anterior.

 2. Algunos retos de la Transición Energética

La Transición Energética ya ha comenzado, aunque a un ritmo mucho más lento del que sería deseable, con la reducción paulatina de las tecnologías basadas en combustibles fósiles para la producción de electricidad, pero es esencial que esa reducción se extienda a otros sectores tales como el de la obtención de calor industrial y residencial, el de los medios de transporte individual y comercial y en general, el de la mayoría de los servicios relacionados con la energía. El objetivo final sería eliminarlos totalmente en un plazo no superior a 20-30 años. Alcanzar este objetivo es cada vez más perentorio, dados los problemas de Calentamiento Global a los que nos enfrentamos.

Hasta el momento, gran parte de los esfuerzos de los gobiernos de numerosos países se han centrado en el desarrollo –muy tímido e insuficiente en la gran mayoría de los casos− de escenarios energéticos concentrados en la implantación en sus mix energéticos de las tecnologías renovables: hidroeléctrica, biomasa, eólica, solar fotovoltaica, termoeléctrica, mareomotriz y geotérmica. Cuatro son las principales limitaciones que presentan estas fuentes de energía para su expansión generalizada a escala global:

El primero es la gran cantidad de energía que proporcionan en la actualidad las fuentes no renovables (véase de nuevo al figura anterior) y el tamaño de las infraestructuras energéticas actuales, que han sido construidas durante décadas. Debido a su inmensa escala, por encima de los TW ( 1 TW = 1.000.000 MW) de potencia instalada, cualquier transición es y será necesariamente lenta, dada la enorme cantidad de potencia a sustituir que está basada en combustibles fósiles.

El segundo, directamente relacionado con el anterior,  es económico, ya que una planta de energía supone una inversión multimillonaria con un tiempo de vida de cuatro a seis décadas, por lo que el mix energético de 2030-2040 estará fuertemente condicionado 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 -y deberían- tener cada vez mayor influencia en la modificación del mix energético actual.

El tercero es científico. La densidad de energía de las fuentes no renovables es elevada, mientras que los cauces de los ríos, el movimiento del viento y la energía del Sol transportan densidades de energía muy bajas. La siguiente Tabla muestra las cantidades necesarias de diversos combustibles fósiles y de uranio para producir 1 kWh de energía eléctrica:

Petróleo (l)	Carbón (kg)	Gas Natural (m³)	Uranio Natural (gr.)	Uranio Enriquecido (gr.)
0.86	1.23	0.1	0.03	0.01

Cantidades de diversos combustibles y de uranio necesarios para producir 1 kWh de energía eléctrica

En el caso de la energía solar fotovoltaica, la densidad energética es la siguiente: una célula solar de silicio de tamaño estándar (15.6 × 15.6 = 243 cm²) genera en condiciones óptimas de iluminación cerca de 4 W. Por lo tanto, la densidad de potencia que produce es 160 W/m². Para obtener 1 kWh, en condiciones óptimas de iluminación, se necesitarían 6.25 m², es decir, 4 paneles estándar de 60 células. De manera que sustituir fuentes 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.

Finalmente, el cuarto es intrínseco a estas fuentes de energía y es el carácter intermitente de las mismas, lo que las hace poco previsibles. Eso implica la necesidad de desarrollar sistemas de almacenamiento adecuados y de gran escala, lo que resulta imprescindible para aumentar el valor de la electricidad generada por las fuentes renovables. Este es uno de los factores que más limita el desarrollo de las energías renovables en la actualidad.

Como consecuencia de todo lo anterior, la participación de las energías renovables en la producción mundial de energía eléctrica es claramente minoritaria, como se muestra en la siguiente figura:

Reparto por tecnologías renovables de la producción de energía eléctrica en el mundo a finales de 2019

Como se ve en la figura, la energía eólica representó cerca del 6% del total de energía eléctrica producida, y la solar fotovoltaica, el 2.8%. Estas cifras dan idea del enorme potencial de crecimiento que tienen las energías renovables, pero al mismo tiempo también indican que el camino que queda por recorrer es muy largo. De hecho, las perspectivas de futuro para esta fuente y para la energía eólica son excepcionales:

Evolución prevista del mix energético global para la producción de energía eléctrica de aquí a 2040, de acuerdo con las previsiones de la Agencia Internacional de la Energía. En ese año, la previsión apunta a que las renovables darán cuenta de la mitad de la producción de energía eléctrica

Termino este artículo con un comentario personal muy breve: el futuro energético será renovable o no será.