Nuestro Futuro Mix Energético

Predicción de los Sistemas Energéticos

Muy pocos temas son tan complejos e importantes como la futura combinación energética de nuestra civilización. Dependiendo de a quién le preguntes, la dependencia de los combustibles fósiles es imposible de eliminar, o las energías renovables van a apoderarse a un ritmo vertiginoso. La realidad, por supuesto, es compleja, y es muy difícil predecir el futuro de la energía.

En este artículo, analizaremos nuestra situación actual, veremos los pocos escenarios posibles y, lo que es más importante, qué cambios económicos o tecnológicos harán que un escenario sea más probable que otro.

Dónde Estamos

Si hasta ahora hay un patrón en nuestro creciente consumo de energía, es que las nuevas fuentes energéticas tienden a añadirse a nuestra combinación energética, en lugar de reemplazar a la anterior.

Por ejemplo, todavía usamos tanto, si no más, biomasa (principalmente madera) que en el siglo XIX, antes de la Revolución Industrial. De manera similar, el consumo de carbón ha aumentado principalmente con el tiempo, al que se sumaron el petróleo, el gas y luego la energía hidroeléctrica, nuclear y las renovables.

Fuente: OurWorldInData

Esto puede resultar sorprendente, considerando cuánto progreso parecen haber logrado las renovables en nuestra producción eléctrica. Esto se debe a múltiples causas:

• China, líder en nueva capacidad renovable y en la transición a vehículos eléctricos, también es líder en la construcción de centrales de carbón.
• La mayor parte del consumo de energía primaria no se utiliza para generar electricidad. En su lugar, la mayor parte de nuestro consumo energético proviene de la movilidad, la calefacción y usos industriales como la producción de acero y petroquímicos (producción de fertilizantes, plásticos, productos farmacéuticos, químicos, etc.).
• El crecimiento poblacional y los miles de millones que salen de la pobreza extrema implicaron un aumento del consumo de energía, con la opción más barata a menudo siendo el carbón. Además, mayor consumo de carne, aire acondicionado, automóviles, viajes en avión, etc.
• La globalización de la economía, que conlleva mucho más transporte de mercancías, incluidos múltiples movimientos de ida y vuelta de materias primas, piezas semitransformadas y productos finales.
• La industrialización de la agricultura, que aumenta los rendimientos y reduce la mano de obra necesaria, pero también incrementa el consumo de combustibles fósiles y fertilizantes.

Para cualquiera preocupado por el cambio climático y las emisiones de carbono, esto puede generar una perspectiva desalentadora, con los combustibles fósiles firmemente arraigados en nuestra combinación energética global. Pero tampoco es la imagen completa.

El Cambio Continuo

De una mera teoría en 2016, los coches eléctricos (EV) son ahora una parte de crecimiento exponencial en las ventas globales, con más de 10 millones de coches eléctricos vendidos en 2022, o el 14 % de las ventas mundiales, con China y Europa liderando.

Fuente: IEA

La participación de la energía renovable (hidro + solar + eólica + geotérmica) también está creciendo rápidamente. Y aunque algunos países han estado muy presentes en esta lista durante mucho tiempo, debido a sus enormes recursos hidroeléctricos (como Noruega, Brasil o Canadá), la energía solar + eólica es realmente donde ocurre el cambio.

Fuente: Our World In Data

Una mirada por país muestra un claro punto de inflexión en 2010, cuando las renovables a menudo se más que duplicaron, generalmente impulsadas por el crecimiento de la producción solar y eólica. Por ejemplo, China y Australia:

Fuente: OurWorldInData

Fuente: OurWorldInData

Un motor masivo de este cambio ha sido la fuerte caída de los costos de las renovables. Impulsado por igual por la innovación tecnológica y la ampliación de la producción industrial, esto ha hecho que las renovables sean cada vez más competitivas. Al menos en papel, las renovables parecen ahora más baratas que los combustibles fósiles (más sobre esto más adelante), como muestra la IRENA (Agencia Internacional de Energías Renovables).

Fuente: IRENA

Los Desafíos

En los últimos años, comenzó a surgir una situación extraña. La rápida caída de los costos de las renovables ha convencido a bastantes personas de que los combustibles fósiles desaparecerán como los dodos en cualquier momento.

Fuente: Twitter/X

Pero en los últimos años, algunos choques macroeconómicos han puesto en duda esta idea. La guerra en Ucrania provocó una inflación masiva y empujó a países como Alemania a reiniciar su dependencia del carbón.

Y esa misma inflación ha dañado gravemente la rentabilidad de los proyectos renovables planificados. Se cancelaron proyectos masivos de eólica marina, el precio de las acciones de compañías solares y eólicas se desplomó; ha sido un período doloroso. Puedes leer más sobre lo ocurrido en nuestro artículo “El colapso de la energía renovable en 2023“.

Incluso las ventas de EV se ponen en duda, después de la postergación o cancelación de la estrategia de EV por parte de los principales fabricantes, como GM, Ford o Honda.

Intermitencia de las Renovables

Un problema clave que deberá resolverse es el almacenamiento de energía. La producción eólica y solar depende del clima y puede estar temporalmente desconectada de la demanda. Esto representa un problema para una red eléctrica que requiere producción “justo a tiempo” y un equilibrio instantáneo perfecto entre producción y demanda.

Existen muchas alternativas posibles, pero las tecnologías están apenas iniciándose o no se han desplegado a gran escala lo suficientemente pronto. Esto genera un excedente de energía durante el día y/o verano, y escasez durante la noche y/o invierno.

El problema no es irresoluble, pero requiere políticas bien coordinadas y mayor inversión en redes eléctricas.

Y, francamente, también admitir que los costos “reales” de las renovables deberían incluir los costos del almacenamiento de energía. Las renovables pueden no ser todavía totalmente más baratas que los combustibles fósiles, al menos una vez que representen una gran parte de la producción eléctrica del país.

Los Límites de las Baterías

La preocupación de que la adopción de EV se mantenga en el camino se debe a limitaciones tecnológicas similares. Mientras que los primeros adoptantes aceptaron mayores costos iniciales, menor autonomía o tiempos de carga más lentos que los vehículos de motor de combustión interna (ICE), otros compradores podrían no estar de acuerdo. La escasez de litio, que eleva el precio del metal blanco, también generó algunas preocupaciones.

Afortunadamente, pronto llegarán nuevas tecnologías de baterías, desde baterías de sodio-ión chinas hasta baterías de estado sólido que deberían ayudar a reducir los precios de los EV y eliminar preocupaciones legítimas como la ansiedad por la autonomía o los riesgos de incendio.

Demanda Energética Difícil de Cambiar

Y, además, algunos consumos de energía son simplemente difíciles de sustituir por fuentes no fósiles. Por ejemplo, el transporte marítimo de larga distancia aún requiere un combustible muy denso y líquido para funcionar. La aviación también requiere una fuente de energía de muy alta densidad, que las baterías aún no pueden proporcionar. La mayor parte de la producción de plásticos depende del petróleo, los fertilizantes del gas y el acero del coque de carbón.

Aquí también existen soluciones, pero son tecnologías algo inmaduras y están lejos de estar desplegadas globalmente.

Tecnologías que Cambian el Juego

Los Probables Cambiadores del Juego

Ya existen bastantes soluciones a mano para ayudar a reiniciar el crecimiento de las renovables y la tecnología baja en carbono.

Innovación Nuclear

Aún controvertida, la energía nuclear es sin embargo una tecnología baja en carbono que podría ser necesaria para cerrar la brecha hacia un futuro impulsado por renovables.

Los pequeños reactores nucleares (SMR) son otro sector que recientemente sufrió malas noticias debido al aumento de costos, vinculados a la inflación global. Pero, en cualquier caso, la tecnología nuclear está viviendo una renacimiento, con nuevos diseños más seguros que consideran reactores más pequeños (SMR y microreactores), o incluso nuevos combustibles como el torio. Mientras tanto, China está construyendo 24 nuevos grandes reactores nucleares, y planea un total de hasta 150 reactores.

Mejores Renovables

La disminución de costos en comparación con los combustibles fósiles probablemente se mantendrá como una tendencia duradera. Esto es especialmente cierto para la solar, con innovaciones como células solares de película delgada o células solares de tercera generación (silicio amorfo, polímeros orgánicos o cristales de perovskita).

Los proyectos de baterías a escala de servicios públicos también ayudarán, con más del triple de la capacidad actual para 2025.

Fuente: EIA

Baterías de Estado Sólido

Todo el que trabaja en tecnología de baterías sabe que las baterías de estado sólido, que no requieren los electrolitos líquidos de las baterías de litio actuales, serán un cambio de juego. Y muchas compañías hablan de lanzar su propia versión de baterías de estado sólido entre 2026-2029. Esto incluye a QuantumScape (QS ) (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS) y Samsung SDI (006400.KS). Mientras que Tesla (TSLA ) (TSLA) está trabajando en su propia alternativa a las baterías de estado sólido.

El Cambiador de Juego Especulativo

Algunas otras tecnologías son menos maduras, pero aún más prometedoras y probablemente serán la forma en que obtengamos energía en 2040‑2050 y más allá.

Surgeneradores Nucleares

Una gran preocupación con las centrales nucleares es el residuo nuclear. Surgeneradores (o “breeders”) pueden consumir estos residuos nucleares y convertirlos nuevamente en energía y combustible nuclear. Esto podría hacer que el combustible nuclear disponible sea prácticamente ilimitado y reducir enormemente el problema de los residuos nucleares. Un beneficio es que esta tecnología no es realmente nueva, ya que fue utilizada por Francia hasta 1997, por lo que solo es especulativa debido a la dificultad política que rodea la energía nuclear.

Solar Basado en el Espacio

Producir energía solar desde la órbita resolvería de una vez todos los problemas de la energía solar: sin intermitencia, sin nubes, sin disminución de la producción en invierno. Con Internet basado en el espacio ya una realidad gracias a Starlink, esto no es tan descabellado como parece.

Es algo que investigamos más a fondo en nuestro artículo “De la ciencia ficción al cielo: ¿Son los paneles solares en órbita una idea brillante?”

Geotérmica

Una fuente de energía renovable hasta ahora mayormente descuidada, y capaz de proporcionar energía de base 24/7, es la energía geotérmica. Esto está cambiando finalmente, con empresas como Vulkan Energy (VUL.AX), Ormat Technologies (ORA ) (ORA) y Eavor. Estas compañías, algo irónicamente, reutilizan los avances en perforación y fracturación desarrollados por la industria del petróleo para acceder a las fuentes de calor de la Tierra. (Cubrimos Ormat en este artículo y Vulkan en este otro).

Combustibles Sintéticos

La energía generada a partir de renovables (o incluso nuclear) podría usarse para sintetizar combustibles gaseosos o líquidos. Esto incluye hidrógeno, amoníaco, gas de síntesis, o combustibles sintéticos.

Otra opción para los combustibles sintéticos podría ser aprovechar la biología, y usar microalgas para generar biocombustibles (ver “Biocombustible de algas: ¿La próxima revolución energética?“) o biofermentadores para producir biogás y biometano a partir de materia orgánica residual.

Estos combustibles podrían entonces usarse en aviones, barcos y otras aplicaciones que requieren combustibles muy densos o temperaturas de combustión muy altas (como la fabricación de acero).

Fusión

La energía de fusión busca crear energía fusionando elementos ligeros como el hidrógeno, recreando en la Tierra el proceso que alimenta al propio Sol. Con temperaturas que van desde millones hasta cientos de millones de grados, es un desafío tecnológico inmenso.

También proporcionaría energía limpia, sin producir carbono ni residuos nucleares, con un suministro ilimitado de “combustible”, ya que el hidrógeno es el átomo más abundante del universo.

El proyecto de fusión más grande es el consorcio internacional de investigación ITER, con muchas startups que también persiguen el sueño de la fusión nuclear, incluyendo Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, y NEO Fusion (financiado por el fabricante chino de EV Nio).

El Futuro Mix(es) Energético(s)

Aunque probablemente prometedor a largo plazo, examinaremos mayormente posibles combinaciones energéticas sin ninguno de los “cambiadores de juego especulativos” discutidos arriba, al observar el horizonte de 2040.

La EIA (Administración de Información Energética) ha publicado múltiples escenarios, dependiendo del crecimiento económico y de la adopción o no de tecnología baja en carbono.

En la mayoría de los casos, se espera que el consumo de energía siga creciendo, con los combustibles fósiles aún proporcionando la mayor parte de la energía mundial para 2050. Esta es una proyección si no cambian las leyes y las inversiones en energía se mantienen en línea con la tendencia actual.

Fuente: EIA

Negocios como de costumbre

Este es un escenario desalentador para cualquiera que preste atención al cambio climático. Asume que el carbón, el gas y el petróleo permanecerán durante las próximas dos décadas como la fuerza dominante en nuestro sistema energético, produciendo la mayor parte de nuestra energía.

Esto está lejos de ser imposible, como lo ilustra el reciente regreso de Alemania al carbón, a pesar de que el país había sido ampliamente visto antes como un campeón de las renovables y de la transición energética.

El Camino de Alta Tecnología

Otra opción es que nuestras sociedades adopten el cambio tecnológico en materia de energía. Esto incluye renovables, pero también una gran presencia nuclear, probablemente tanto de los tipos convencionales como de los más pequeños a la vez.

Este es un escenario donde la generación de energía a partir de combustibles fósiles es desplazada por alternativas mejores o prohibida por ley.

También es un escenario donde los EV continúan adoptándose rápidamente, probablemente gracias a nuevas tecnologías de baterías.

Mientras la nuclear produce energía de base y capacidad invernal, las renovables pueden gestionar la producción excedente para combustibles líquidos y descarbonizar la aviación, el transporte marítimo y la industria pesada.

El Camino de Bajo Consumo

Considerando el hambre de energía del mundo en desarrollo, incluyendo no solo a China sino también a Sudamérica, África, India e Indonesia, este no parece un escenario muy probable.

De alguna manera, implicaría “elegir” una verdadera descrecimiento, y probablemente una disminución promedio en los niveles de vida, con especialmente menos viajes y comercio internacional. La agricultura se desindustrializa en cierta medida, la actividad industrial disminuye y las economías en general se vuelven mucho más locales.

Tal escenario probablemente deba imaginarse en paralelo a tensiones internacionales masivas, guerra o una depresión global, explicando la repentina disminución de actividades económicas, ya que una elección voluntaria de menor producción parece poco probable tanto en países democráticos como autocráticos.

El Escenario de Supervivencia

Este es un escenario donde todo ocurre a la vez. Los combustibles fósiles están en ligera disminución, pero no totalmente eliminados. El carbón se está eliminando en general, pero el petróleo y el gas no tanto. Algunos países apuestan por la nuclear, otros por las renovables, y otros mantienen los negocios como de costumbre.

La electrificación y descarbonización ocurren, pero a un ritmo más lento del deseado. Las emisiones de carbono permanecen en ese escenario muy por encima del escenario neto cero imaginado por el IPCC para evitar que las temperaturas globales suban demasiado.

Esto no difiere mucho de los escenarios de la EIA mencionados arriba. Más adelante, la captura de carbono podría desplegarse para acelerar la descarbonización y revertir algunas de las emisiones pasadas.

El Escenario de Avance

Se produce un avance en la generación de energía, permitiendo energía abundante, y la solución puede desplegarse rápidamente en todo el mundo.

Podría ser una drástica disminución de la infraestructura solar orbital a través de una nueva carrera espacial entre SpaceX y empresas chinas.

O un éxito masivo para ITER en su puesta en marcha en 2025‑2026.

O diseños revolucionarios nuevos en tecnología solar y de baterías.

Tales cambios son por naturaleza casi imposibles de predecir o cuantificar. Pero tampoco deberían descartarse por completo.