Los retos de la descarbonización

Decía el otro día que me parece más constructivo, a efectos de discutir sobre la transición energética, plantear cuáles son los retos que se plantean para la descarbonización de nuestros sistemas energéticos, y a partir de ahí discutir acerca de los elementos que necesitamos para superarlos, si queremos contar con ellos o no, y en caso positivo, qué tenemos que hacer para disponer de ellos. Esa es precisamente la filosofía del informe que presentaremos dentro de dos semanas (el miércoles 13, a las 12.30h, en la Fundación Areces) sobre escenarios energéticos para España.

Por supuesto, parto de la base, ya comentada en la anterior entrada, de que es necesario descarbonizar totalmente la economía para luchar contra el cambio climático, y de que el coste no será muy grande si planificamos con tiempo.

Aunque sea un poco simplista, voy a exponer rápidamente, por sectores, y basado en los ejercicios que estamos ya haciendo (y que publicaremos próximamente), cómo de fácil o de difícil creo que es descarbonizar cada uno de los sectores, y lo que necesitaríamos para ello. Hablo por supuesto de un horizonte tipo 2050, para no complicar las cosas con velocidades de penetración de tecnologías. Y por supuesto, no hace falta que recuerde que el primer paso es ahorrar toda la energía que podamos, para facilitar todo lo que viene a continuación.

Transporte

En el transporte creo que hay dos opciones principales: el vehículo eléctrico, que seguramente será el utilizado en principio en transporte de pasajeros en corta y media distancia (aunque cada vez más parece que también podrá extenderse a larga distancia o incluso a mercancías, a la vista de las últimas noticias), y el hidrógeno o algún tipo de biocombustible avanzado, que entrará posiblemente cuando la autonomía del vehículo eléctrico no sea suficiente. Además, también está la opción del cambio modal a ferrocarril eléctrico. No creo que, a 2050, este sector plantee grandes dificultades.

Edificios

Tampoco creo que haya grandes problemas aquí para descarbonizar mediante la electrificación. Las tecnologías para dar climatización o agua caliente, basadas fundamentalmente en bombas de calor avanzadas, están más que probadas y son muy eficientes. Y el resto de los consumos ya son eléctricos.

Sector eléctrico

Para que funcionen las opciones que he mencionado antes, hace falta, claro, descarbonizar el sector eléctrico. Esto tiene algo más de complejidad, aunque ya adelanto que no me parece una tarea imposible. La clave, evidentemente, es la capacidad de acomodar la generación variable a la demanda (o al revés), y también la capacidad de almacenar la electricidad, tanto en el corto como en el largo plazo. Algún comentario breve sobre las distintas opciones que parecen existir ahora, aunque de nuevo, no sabemos lo que habrá para entonces (pero sí sabemos lo que hace falta).

Comienzo primero mencionando que la captura y secuestro de carbono tiene un par de problemas que habría que solucionar (además del coste, claro): que por ahora la captura no es del 100%, y por tanto no permitiría un sistema 100% descarbonizado; y que además hace falta buscar dónde almacenarlo en los volúmenes necesarios (algo tampoco imposible, pero complicado).

Sobre las fuentes despachables:

  • Lo ideal sería contar con fuentes renovables despachables. La gran hidráulica, por supuesto, es seguramente la mejor opción, aunque su carácter renovable es discutible cuando supone hacer nuevos embalses, por el elevado consumo de recurso ecológico (otra cosa es por supuesto aprovechar los que ya tenemos). En España tenemos la suerte de contar con una cantidad no despreciable de hidráulica, aunque no todos los sistemas tienen tanta suerte. La gran hidro permite además el almacenamiento estacional, que será muy importante.
  • Otra opción despachable sería la biomasa, que también permitiría almacenamiento estacional. El inconveniente es que, realmente, y por sus implicaciones sobre el cambio de uso de la tierra (incluso suponiendo que el resto del sistema está descarbonizado), no se puede garantizar que las emisiones netas de CO2 sean cero. Ni siquiera la biomasa residual puede, depende de cómo se haga la contabilización, estar libre de estas emisiones. Además, la biomasa presenta problemas de contaminación atmosférica (partículas y NOx), y dificultades logísticas (aunque estas serán resolubles a medio plazo).
  • Finalmente, también es despachable la geotérmica (parece que con un reducido potencial para España), y la solar termoeléctrica con almacenamiento (aunque sólo dentro del rango de almacenamiento, que generalmente no supera un día).
  • La otra opción libre de emisiones de CO2 es la energía nuclear. Ahora mismo no parece que sea viable políticamente, aunque quizá para 2050 pueda haber reactores inherentemente seguros, sin residuos radioactivos, y competitivos con el resto de alternativas.
  • En todo esto también es conveniente citar que la variabilidad de las renovables (solar y eólica) puede mitigarse si conectamos entre sí sistemas no correlacionados en cuanto a la producción renovable, de forma que, cuando no haya producción en una región, la haya en otra.

Si no hay opciones despachables, o si no son suficientes, la segunda posibilidad es que, en lugar de que la generación se adapte a la demanda, hagamos al revés. Aquí realmente hay muchas opciones, dependiendo de lo que estemos dispuestos a pagar por ello (en el caso de la industria podríamos incluso parar producción si hiciera falta, aunque algunos procesos no son tan flexibles como para hacerlo rápidamente), o, en el caso del sector residencial y de servicios, de la gestión automática que podamos hacer, para que los consumidores no pierdan confort. Es cierto que ahora parece poco realista pensar en un uso masivo de la demanda flexible, pero también es cierto que imposible no es ni mucho menos, y que no hay grandes problemas tecnológicos. Eso sí, siempre pensamos en la gestión o flexibilidad de la demanda intradiaria, pero no estacional (que también podría ser necesaria).

Finalmente, el último recurso es el almacenamiento (al menos por ahora, también podría ser que se hiciera tan barato que pasara a ser la primera opción). Aquí, como señalaba antes, es importante distinguir entre almacenamiento de corto plazo (dentro de un día, o de una semana) o de largo plazo (estacional). El de corto plazo ya es tecnológicamente posible, y, según los casos, no caro. El bombeo reversible es la referencia, pero también podrían jugar este papel las baterías (incluyendo las montadas en los vehículos, siempre que estén conectados), el almacenamiento térmico subterráneo, las sales fundidas, etc. El problema es que, en muchos sistemas, el almacenamiento necesario será estacional: tendremos que acumular energía para, por ejemplo en España, las semanas de invierno sin sol y sin viento. Ahí el almacenamiento de corto plazo no vale, porque el problema es que no hay energía suficiente para almacenar.

Es en esta situación en la que la hidráulica (o la biomasa) puede jugar un papel fundamental, al ser capaz de almacenar agua durante el año para utilizarla en las épocas en que haga falta. Por supuesto, las señales para esta operación deberían ser suficientemente fuertes. David Newbery, que sabe mucho más que yo, apuntaba precisamente a esto como uno de los problemas más relevantes, en una conversación que tuvimos este verano. El hidrógeno (o algo parecido, aunque no el power-to-gas, que termina generando emisiones de CO2) podría ser otra forma de almacenamiento estacional viable, aunque en este caso habría que ver dónde almacenarlo, y cómo evitar las emisiones de contaminantes atmosféricos (NOx) si no lo quemamos con cuidado.

Industria

Este es el sector que me parece más complicado, y en el que creo que hay que fijarse más (a pesar de que la atención parezca estar actualmente en el transporte, por ejemplo). La razón fundamental es que, al contrario que otros sectores, este es más difícil de electrificar, por la gran demanda de energía térmica de alta temperatura (muy por encima de 100ºC, algo que las bombas de calor no son capaces de dar). ¿Cómo lograr satisfacer esta demanda?

  • Una posibilidad sería precisamente la que he descartado: electrificar. No es que la electricidad no pueda dar energía térmica de alta temperatura, el problema es que es muy poco eficiente (y por tanto muy caro). Pero, ¿y si tuviéramos toda la electricidad que quisiéramos, al menos en algunos períodos? Esto incluso podría servir para encajar mejor la oferta y la demanda, evitando vertidos renovables, por ejemplo. Parece complicado, y además limitado en su alcance, pero no imposible al menos como opción.
  • Si no podemos electrificar o es muy caro, entonces tenemos que buscar otras fuentes que den esta energía térmica sin emisiones. La solar térmica de alta temperatura puede hacerlo. Aunque requiere un espacio no necesariamente disponible ahora mismo en zonas industriales, habría tiempo para planificarlo. El problema es que no da seguridad estacional (aunque tampoco lo hacía la electricidad sobrante).
  • Otra opción accesible sería algún tipo de biomasa (con los problemas ya citados antes de emisiones de CO2 indirectas y otros contaminantes).
  • Por supuesto, el hidrógeno también podría servir (de hecho, es fundamentalmente en lo que se apoya Jacobson et al para hacer su sistema viable)
  • Y la última opción que se me ocurre ahora mismo: la nuclear modular, si se eliminan los problemas asociados, que ya he descrito antes al hablar del sector eléctrico.

Y todo esto que he mencionado para la industria es sólo para usos energéticos. ¿Qué hacemos con las emisiones de proceso, como las del cemento o los fertilizantes? Ahí tenemos, o que inventarnos otros procesos, o recurrir a la captura y secuestro de carbono (que como decía antes no captura el 100%, y que tiene también problemas)

En fin, que como decía al principio, creo que esta es una discusión que merece la pena tener si de verdad queremos descarbonizar nuestras economías, para empezar a identificar dónde pueden estar los retos, y en qué tecnologías o líneas de investigación puede ser interesante empezar a trabajar desde ya, si es que queremos lograr un sistema totalmente descarbonizado.

 

 

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10 comentarios en “Los retos de la descarbonización

  1. Tienes razón: hay que lanzar el tema, e ir solucionando retos, paso a paso (sin pausa). No tengo datos, pero una política forestal/agrícola/energética integrada, podría matar varios pájaros de un tiro, se me ocurre: limpiar montes hay que limpiarlos, solo hay que recordar Galicia hace bien poco

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  2. Desde mi punto de vista la clave está en la gestión energética. Es fundamental empezar a gestionar la demanda y adaptarla en lo posible a la gestión renovable (que algunas tecnologías como la solar fotovoltaica son bastante predecibles). Hay que seguir incrementando la generación renovable distribuida como la mejor tecnología disponible para la descarbonización y utilizar el recurso hídrico como recurso renovable gestionable. No podemos dar por hecho limitaciones en el potencial de las renovables para transitar hacia un modelo descarbonizado, porque llevan décadas demostrando su capacidad para superar las limitaciones que se les presupone (antes fueron las económicas y ahora su gestionabilidad). España tiene potencial para dar un ejemplo de buenas prácticas a nivel internacional, la tecnología está preparada, lo que falta es coherencia de las políticas nacionales con las políticas energéticas europeas y globales.

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  3. Pedro, el conjunto de ideas y planteamientos vertidos en tu propuesta de descarbonización (al 100%) tiene mucho sentido, al menos teóricamente.

    La energía doméstica-edificios seguramente es el caso más sencillo de adaptar. En la cuestión del transporte resulta increíble el avance tecnológico que se está produciendo, especialmente en el diseño de vehículos y desarrollo de baterías; ya nadie duda de que el transporte terrestre a corto y medio plazo pasa por la electrificación. Con respecto a los vehículos pesados, que eran los que más incertidumbre presentaban, existen cada vez más cantidad de compañías que están invirtiendo en el desarrollo de tecnología que permita mover con facilidad y mayor autonomía a estos “monstruos”, ya no solo Tesla sino otros fabricantes como Proterra (que ha conseguido fabricar un autobús con 560 km de autonomía y se está vendiendo en el mercado USA), o Nikola Motor que dispone de un camión prototipo que funciona con un sistema autónomo de baterías y turbinas de gas natural (algo de CO2 se produce aquí) para la carga eléctrica, y que ha conseguido una autonomía de 2.000 km (algo que no se ha logrado con combustibles fósiles); podría darse la paradoja de que si esto se resuelve adecuadamente (precio competitivo) se podría seguir manteniendo e incluso incrementando la flota de camiones en perjuicio del ferrocarril, en el que muchos expertos de la energía confían para el futuro del transporte terrestre. Quedan por resolver transporte aéreo y marítimo (¿biofuel, H2?) veremos.

    Descarbonizar el sector eléctrico y la industria es mucho complejo y seguramente se tendrá que trabajar por proyectos individualizados y mix energético, ya que no existe una fórmula única.

    La cuestión de la energía nuclear no parece que pueda ayudar mucho en el futuro a medio y sobre todo a largo plazo, no tanto por la generación de residuos, a pesar de que se pudieran mitigar sus efectos radioactivos como indicas, sino porque según algunos expertos el peak uranium ya se ha producido (no obstante sigue habiendo controversia como en el peak oil), en cualquier caso podría ayudar a facilitar la transición energética como también ayudará sin duda el gas natural.

    Las claves:
    * Ahorro energético
    * Desarrollo del mix energético sostenible
    * Desarrollo de tecnologías en Acumuladores de Energía (eficiencia y flexibilidad)
    * Inversiones en CCS (si mejoramos la emisión GEI’s y capturamos parte de la que existe, el proceso de reversión se incrementa)

    No solo será importante el esfuerzo político y normativo, hay que tener en cuenta que toda esta transición solo podrá llevarse a cabo con la suficiente velocidad si existen incentivos económicos para la empresa privada (como está demostrando la realidad), para ello hay que seguir fomentando la competencia para que el desarrollo tecnológico se acelere y los “productos” sean competitivos.

    Gracias Pedro por la información, estaremos atentos a la presentación del día 13 de la que esperamos en el blog el informe correspondiente.

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  4. Gracias por el post, espero impaciente el informe para echarle un ojo. Estoy de acuerdo con casi todo el análisis, y quisiera sólo hacer dos comentarios:

    – Antonio acierta al señalar a las emisiones en transporte más allá del tráfico terrestre. El desafío es evidente en la Fig. 8.3 del IPCC, las emisiones en aviación y transporte marítimo international son equivalentes a un tercio de las emisiones por transporte en la OCDE. Esto en 2010, aventuraría que ahora la situación será bastante peor vista la trayectoria. El reto es tecnológico y político, ¿quién tomará responsabilidad de estas emisiones?
    https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg3/ipcc_wg3_ar5_chapter8.pdf

    – Respecto al rol de la biomasa y sus derivados, soy profundamente escéptico, pero me gustaría hacer notar que quizás con un procesamiento totalmente electrificado algunos de sus inconvenientes (ej. emisiones derivadas de su transporte y recolección) podrían minimizarse y jugar un rol más importante (?).

    Sería muy interesante debatir los desafíos políticos a las propuestas que presentas, ya que los tecnológicos, en bastantes casos, están relativamente encaminados. Siguiendo las deprimentes noticias relacionadas con el cierre de las centrales térmicas de carbón de Iberdrola en Castilla y León, me pregunto si no será el aspecto político la barrera clave para la descarbonificación del sistema energético español. De momento, con el boom and bust solar, ya llevamos perdida al menos una década, mucho dinero, talento y credibilidad.

    Gracias de nuevo y un saludo,
    Alejandro

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  5. Gracias y enhorabuena Pedro, Xavier et al por el primer informe sobre “Escenarios para el sector energético en España 2030-2050” presentado el pasado miércoles.

    He estado leyendo con mucho interés el informe, dado que se trata de un tema que me apasiona y que parcialmente se integra en mi tesis doctoral sobre “La evolución de las compañías petrolíferas en el S-XXI”. Me gustaría matizar algunos aspectos que me llaman la atención y de los que me surgen dudas y preguntas (como corresponde a esa previsión tan ambiciosa que habéis analizado).

    El informe, basado en una ingente cantidad de datos, trata de encontrar una vía de salida hacia la descarbonización del sistema energético en España con diferentes escenarios. Utiliza para ello unas variables, que en mi modesta opinión, se han construido teóricamente muy forzadas, entiendo que para conseguir el objetivo final de la descarbonización 100% y para generar el necesario debate económico y social que este tema merece.

    Como opinión personal creo que el gas natural seguirá formando parte de nuestras fuentes energéticas en el futuro, y ayudará tanto a la industria (pesada), como al sector eléctrico (ciclo combinado y otros) en el periodo 2030 y probablemente también en el 2050, por varias razones: en primer lugar porque existen enormes yacimientos de gas por explotar, será probablemente un combustible barato y las emisiones de CO2 son inferiores al 50% respecto al carbón y un 30% respecto al gasoil. Creo por otro lado que forma parte de un “optimismo irreal” atribuir el papel central del sector eléctrico en el proceso de transición energética con renovables al 100%. Por supuesto quedan pendientes de concretar tecnológicamente las soluciones para el transporte marítimo y aéreo (por aquello del realismo, yo lo veo más con biofuel, por lo menos a ese plazo vista).

    Según el informe me llama la atención el siguiente párrafo en las conclusiones finales:

    “…por esta necesidad de eliminar las emisiones y siempre que existan alternativas, el petróleo desaparece de la matriz energética en casi todos los escenarios considerados para 2050.”

    Esa afirmación a priori me parece excesiva, creo que obedece al formato de modelo de escenarios utilizado en este trabajo (que comentaba anteriormente), basado en variables excesivamente técnicas (hay que recordar que el modelo únicamente tiene en cuenta cambios tecnológicos) quizás por aquello de que lo importante en este momento es alcanzar las previsiones y la generación de debate.

    Viene al caso una interesante reflexión de Mariano Marzo que comparto al 100% que leí hace unos días, en la que decía textualmente lo siguiente:

    “En los debates sobre la transición energética, a menudo obviamos el hecho de que los sistemas energéticos son mucho más que un determinado nivel de desarrollo tecnológico y que, en realidad, son sistemas socio-tecnológicos muy complejos”

    “Todos y cada uno de los actores implicados en estos complejos sistemas socio-tecnológicos tienen intereses creados, es decir compromisos económicos, financieros y emocionales, que les hacen intentar perpetuarse en su statu quo, de modo que cuando el sistema se ve amenazado por un cambio, las resistencias al mismo resultan inevitables. Todo cambio acostumbra a saldarse con ganadores y perdedores, de ahí que, para minimizar y suavizar las tensiones y riesgos derivados, la buena gobernanza de la transición resulta esencial.”

    “Y en ese empeño sería recomendable analizar la infraestructura energética como un sistema socio-tecnológico, lo que implica reconocer el amplio espectro de fuerzas sociales, políticas, culturales, ambientales y tecnológicas que conforman y limitan la evolución del sistema.”

    “Esta conceptualización amplia permite comprender que promover una transición desde una tecnología energética a otra, está menos relacionada con facilitar el cambio tecnológico que con superar intereses y emociones sólidamente arraigados. Las centrales térmicas, los vehículos con motor de combustión interna, los reactores nucleares, etc., son mucho más que un hardware físico que ocupa un determinado lugar en un paisaje energético en vías de transformación. Son testimonios vivos de determinadas agendas comerciales, políticas y sociales.”

    Quizás para el futuro en una segunda entrega de informe, se podría incorporar ese concepto de sistema socio-tecnológico del que habla el profesor Marzo, requerirá un esfuerzo titánico y mucha financiación, pero nos alejará del concepto de “optimismo irreal”.

    Reitero las gracias al esfuerzo que habéis realizado y del que surgirá sin ninguna duda un debate espero que constructivo.

    Antonio Cano

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  6. Muchas gracias por tu comentario Antonio, creo que complementa bien nuestro trabajo. Pero aprovecho para explicar el contexto en el que lo hemos hecho: nosotros no tratamos de predecir el futuro, como creo que decimos claramente al principio. Nuestro objetivo es identificar los retos a los que se enfrenta el sector si quiere cumplir con determinados objetivos de descarbonización. No queremos “echar” a ninguna fuente energética, por supuesto. Lo que hacemos es únicamente constatar que, si queremos cumplir con los escenarios de descarbonización previstos por la Unión Europea, el petróleo y el gas no caben apenas (sólo cuando vamos a reducciones del 80% en lugar del 95%). Y eso evidentemente supone un reto, porque hay que buscar tecnologías alternativas.

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    • Pedro, vaya por delante mi reconocimiento y la enorme utilidad que supone el disponer de escenarios (con las sensibilidades propuestas) que proyecten alcanzar prácticamente el 100% del objetivo planificado, soy consciente que por supuesto en ese contexto y solo en ese, se entiende el informe.

      Desde mi punto de vista, existe una segunda parte de la cuestión que debería tratar de definir las acciones top-down necesarias para obtener con un cierto realismo una aproximación al escenario realizable (dentro de los probables y posibles), y precisamente en esa línea iban los comentarios.

      La prospectiva ayuda a realizar “inferencias” (no deterministas claro) para acercarnos a esos escenarios futuros, siempre y cuando se utilicen todas aquellas variables críticas y también no criticas que conforman ese universo socio-tecnológico al que hace referencia Marzo. Creo que no existe otro método para “anticipar el futuro”, que no adivinarlo. Ésta técnica se ejecuta según los tres pasos (triángulo griego) que M.G. indica en su método: anticipación, acción y apropiación.

      El tipo de informe que comento, tendría un valor extraordinario ya que además de la teoría aplicada para la resolución de un problema concreto (la descarbonización, que ya estaría ejecutado), permitiría definir escenarios realizables, ese es el punto clave sobre el que habría que reflexionar para el siguiente esfuerzo y, sobre el que pretendía llamar la atención.

      Os reitero las gracias a vuestro enorme trabajo

      Un saludo
      Antonio Cano

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  7. Pingback: Distintas visiones de la transición energética | Economics for Energy Blog

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