El Green New Deal: restricciones e ilusiones

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2019-08-02

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(Publicado previamente en el blog del autor, como parte V de una serie dedicada al Green New Deal. Traducido por Pedro A. Prieto con permiso del autor, y revisado por Manuel Casal Lodeiro.)

El Ártico está en llamas desde Alaska hasta Siberia pasando por Groenlandia. Las imágenes de satélite muestran columnas de humo que cubren millones de kilómetros cuadrados en Rusia. Estamos siendo testigos de una realimentación positiva gigantesca del calentamiento global. Mientras el infierno abre sus puertas, la mayoría de los estadounidenses viven adormilados o en una situación de negación activa de la realidad.

Cuatro años más de gobierno de Trump y este infierno estará décadas más cercano a vuestros dormitorios, mis apreciados estadounidenses.

Imagen de satélite de los fuegos en Siberia

Fuegos sin control se propagan en once regiones de Rusia en un verano cálido y seco. Regiones que estaban libres del fuego, ahora sufren sus efectos, porque las masas de aire han esparcido las columnas de humo en un área muy vasta (4 millones de kilómetros cuadrados, a 28 de julio de 2019). Las imágenes del infrarrojo visible (Radiometer Suite) tomadas por el satélite Suomi NPP, tomaron el color natural de la foto el 21 de julio de 2019. Fuente: NASA Earth Observatory (acceso el 28 de julio de 2019).

Permítaseme ser claro. El futuro está en la energía solar, sea en los módulos solares fotovoltaicos o en los de agua caliente sanitaria y en los aerogeneradores. El sol durará mucho más que todos los combustibles fósiles. Por supuesto, tenemos que aprender a reproducir esos dispositivos solares con menores insumos de combustibles fósiles. Tenemos también que reducir los insumos de agua, alimentos, energía, cobre, litio, cemento, plásticos y muchas otras cosas más.

El futuro solar será mucho más lento y tenemos que aprender rápido cómo desprendernos de todas las actividades, objetos innecesarios y de las necesidades y deseos que hoy damos por garantizados. Tenemos que aprender sobre cómo resistir a la gran ameba fósil mundial que intentará tentarnos para que nos comportemos como algunos economistas clínicamente dementes.

Imaginemos un planeta con mucha menos gente. Cada persona utilizando menos energía y materiales. Memoricen, por favor, este importante concepto que les podrá permitir sobrevivir a largo plazo, a pesar de todas las predicciones de abundancia económica.

Mi ciudad favorita en el mundo y mi hogar durante 19 años fue Berkeley en California, que acaba de prohibir el uso del gas natural. Eso está muy bien, pero el gas se utiliza principalmente para calentar los hogares y el agua y para cocinar. Si se reemplaza este gas con electricidad generada principalmente con gas natural, aproximadamente se triplican las emisiones de dióxido de carbono por la conversión del gas en electricidad y la posterior reconversión de la electricidad en calor. Por tanto, esto no es una buena idea, a menos que se generase electricidad solo con módulos fotovoltaicos y aerogeneradores, salvo que la concentración en la generación de energía (por este método de producir electricidad en plantas térmicas de gas natural) evite en algo las fugas de metano que se producen en las tuberías distribuidoras de gas, en los tanques de almacenamiento y en las casas.

Si sólo se utilizan renovables, habría algunas casas considerablemente frías durante la noche, incluso en los climas considerablemente templados como el de Berkeley. Este es el cambio al que nuestros estilos de vida se deben enfrentar. El remedio es que se necesitarán paredes, cubiertas, puertas y ventanas mucho mejor aisladas y jerséis más gruesos. La mayoría de las casas en Berkeley están muy mal preparadas en este sentido. En resumen, la prohibición del gas es una propuesta solo para los económicamente pudientes, que están dispuestos a pagar el alto precio de la transición completa a la electricidad, tal y como la que tengo en mi cada en Austin, Texas (ver figura 1). Si la transición para salir del gas natural es posible en las grandes ciudades (y esa es una gran duda), la propuesta va en la buena dirección, dado el descontrol de las emisiones de metano en las grandes ciudades.

Paneles solares fotovoltaicos

Figura 1. Nuestra segunda instalación de 8 kW pico de paneles solares, está diseñada para soportar huracanes de 185 km/h con el viento soplando desde la parte posterior. Cada módulo tiene un controlador individual que prevé el deterioro del funcionamiento de la serie de paneles en caso de que quede sombreado parcialmente por nubes o árboles. El inversor a corriente alterna tiene muy pocas pérdidas. Con dos series de paneles y el sol de justicia del verano, exporté 1,6 MWh en los últimos 30 días, lo suficiente para alimentar 5-8 viviendas con electricidad para el aire acondicionado. Esta electricidad exportada se convierte en un crédito que se puede utilizar para los calentadores eléctricos en invierno y, en el futuro, para cargar nuestro coche eléctrico por la noche. Una gran planta térmica de carbón cercana a Houston suministrará la electricidad para nuestros calentadores y para el coche.

Hay bastantes debates en estos tiempos sobre lo ineficientes que son los combustibles fósiles y lo eficientes que son las energías renovables. Esto no es cierto y exige el contraste con la vida real. Si el mix energético actual que mueve el mundo, devuelve sólo un poco de energía excedentaria (esto es, que la energía retornada sobre la energía invertida o Tasa de Retorno Energético —TRE—, es baja), ¿como es posible que estemos añadiendo 100 millones de nuevos bebés cada año, o que nos pongamos a hacer la Nueva Ruta de la Seda (Figura 2) y demás inversiones gigantescas en demanda energética por todos lados? Una leona cazando una gacela puede tener una TRE promedio del orden de 3:1 para mantenerse a sí misma y a 2-3 crías. Por tanto, la TRE promedio de nuestra sociedad global tiene que ser mayor de 10:1, en promedio.

Supongamos que no lo fuese. En este caso, por qué 50.000 barcos mercantes siguen entregando mercancías de todo tipo por todo el mundo, quemando 300 millones de toneladas anuales de fueloil y generando alrededor del 3% de las emisiones globales de dióxido de carbono (que son tantas como las de toda Alemania)?

¿Por qué 26.000 aviones comerciales seguirían trasportando 4.500 millones de personas por año, generando aproximadamente otro 2% de las emisiones globales? Sí; es cierto: en 2019 hubo un excedente de energía suficiente para hacer volar a 6 de cada 10 personas que viven en la Tierra. Y las líneas aéreas están planificando duplicar el número de aviones de 25.830 a 50.600 entre 2018 y 2030. ¿Será este el último esfuerzo denodado para seguir con el actual crecimiento exponencial? No hay que preocuparse por eso. No va a suceder.

Nueva Ruta de la Seda

Figura 2. Un pequeño recorrido en China de la Nueva ruta de la Seda por valor de un billón (1012) US$. China espera que la Nueva Área de Lanzhou alcance en 2030 un millón de residentes a tiempo cokpleto y tenga un PIB de 41.000 millones de dólares. Mientras tanto, entre bambalinas, se puede apreciar otra costosa ciudad fantasma en China, llena de cemento, pero desierta de habitantes. Fuente: The New Yorker, accedido el 24 de julio de 2019.

Sin embargo, la actual TRE mayor de 10:1 se está rompiendo por las costuras porque el gas, el petróleo, el cobre, etc. de fácil extracción, se están acabando y los difíciles de extraer, están matando el medio ambiente y provocando quiebras de corporaciones y de países. Dado que hoy todavía hay áreas de energía excedentaria esperando a ser utilizadas por alguien, seguimos huyendo hacia más tecnología y más complejidad. Esta tendencia tiene que acabar, a medida que vayamos entrando en la Gran Simplificación del Green New Deal. He aquí dos ejemplos sencillos:

El New York Times informa:

docenas de expertos tardaron seis años en poner a punto el sistema de alarma contra incendios de Notre-Dame. Les llevó miles de páginas de diagramas, mapas, hojas de cálculo y contratos, según los documentos de archivo que The Times encontró en una biblioteca del extrarradio parisino. El resultado fue un sistema tan arcano, que cuando le llegó el momento de hacer la función que importaba (¡avisar del fuego y decir dónde estaba!), lo que produjo en su lugar fue un mensaje prácticamente indescifrable.

La mayoría de las universidades trabajan para conseguir ciudades inteligentes (smart cities), sea lo que sea lo que el término implica para cada persona. He aquí lo que escribió un profesor canadiense sobre la creciente vulnerabilidad e inestabilidad de los sistemas cada vez más complejos que harán funcionar nuestras smart cities durante un tiempo:

El asunto más crítico, sin embargo, es si disponer de una smart city nos hará razonablemente mejores a la hora de resolver los problemas urbanos. Los datos y los algoritmos, por sí mismos, no añaden mucho. No importa de cuántos datos dispone una ciudad. Hacer frente a los retos de la urbanización seguirá exigiendo una financiación estable a largo plazo, una buena gestión y un personal eficiente. Si una smart city detecta que una carretera necesita ser pavimentada de nuevo, todavía necesitará personal para acudir con el asfalto y las apisonadoras.

Para muchos retos urbanos las soluciones analógicas efectivas (simples) todavía existen. Los atascos pueden ser gestionados con coches autónomos, es verdad. También pueden ser gestionados con mejores ferrocarriles, autobuses urbanos rápidos y carriles para bicicletas. Las casas se pueden llenar de sensores y controlar automáticamente la calefacción y la refrigeración; también pueden hacerse con ventanas abatibles y aislamientos de alta calidad.

Esto está muy bien, pero nunca se menciona de forma explícita la exigencia fundamental para la existencia y la evolución de ciudades complejas: un flujo continuo de más energía cada vez. Menos energía y energía más intermitente implican menos complejidad, sin excepciones.

Hablemos ahora de las restricciones físicas al Green New Deal, comenzando por el cobre, que es esencial para la electrificación de la economía global. De las figuras 3 y 4, se deduce que aproximadamente la mitad del cobre de las minas existentes y el 100% de ciertos proyectos mineros en crecimiento, ya ha sido extraído, mientras la ley mineral se ha ido degradando, se ha disparado el uso del agua en minería y han aumentado los costes energéticos de esta producción incesante. Las actuales minas pueden llegar a producir otros 750 millones de toneladas de cobre, con ciertos resultados económicos, pero nuevas minas producirán más cobre más allá de esta cantidad.

Así que, ¿cuánto cobre adicional necesitamos para impulsar el Green New Deal global en su brillante futuro solar? Pues depende de lo ampliamente que deseemos proceder a la electrificación. Comencemos por reconocer que los módulos solares fotovoltaicos y los aerogeneradores son más exigentes en cobre que las grandes plantas de producción de energía eléctrica (ver las figuras 5 y 6). Dependiendo de la fuente, los módulos solares fotovoltaicos pueden ser entre 8,5 (figura 5) y 2,5 (figura 6) veces más intensivos en el uso del cobre que una gran planta térmica de carbón de 1.000 MW. La razón es sencilla: cada módulo fotovoltaico de 300 Wp de 1,6×1 m tiene que ser conectado por un cable de cobre al panel adyacente de la serie. Cuando se alcanzan los 1.000 MW en una granja solar fotovoltaica (FV), hay 3,3 millones de cables de conexión de cobre, por no mencionar las decenas de miles de cables de cobre que conectan todas y cada una de las series en los bloques. Los aerogeneradores marinos (offshore) son aun más intensivos en exigencia de cobre (ver figura 6).

Hasta ahora, sólo hemos hablado de las plantas de energía. Pero ahora tenemos que contabilizar todo el cobre que se utilizará para erigir las grandes líneas de transmisión, las líneas del último kilómetro de entrega de esa energía a los destinos, los transformadores y los inversores. Finalmente, tenemos que conectar cada edificio con una red de hilos hechos de cobre. Esto significó en el caso de China la utilización de 40 toneladas métricas de cobre en 2010 (figura 7), para añadir cada megavatio de infraestructura eléctrica en todo el trayecto desde la planta de generación hasta los enchufes de algún dormitorio cualquiera. Y, además, hay que pensar en el cobre de todos los aparatos que la gente conecta a esos enchufes.

Voy a suponer que reemplazar las plantas térmicas de carbón con módulos solares FV, y sin considerar que habría que duplicar o triplicar las infraestructuras de cobre para los vehículos eléctricos que todo el mundo desea tener, supondría que la intensidad de cobre del Green New Deal sería de tan solo 50 toneladas de cobre por MW pico de energía solar (aunque podrían ser fácilmente 70 tCu/MW)

Como se menciona en la Parte II de esta serie de artículos, reemplazar 11,1 TW de potencia equivalente permanente de carbón y gas, requeriría unos 90 Tw-pico de potencia eléctrica instalada con energía solar FV. Esto supone que habría que disponer de los 4.500 millones de toneladas de cobre de todos los cables y aparatos que se hacen con cobre. Esta cantidad representa seis veces todo el cobre que se puede producir en el mundo. En este punto, animo a los tecnólogos a que me arrojen al fuego por no haber establecido que la nueva tecnología encontrará y será capaz de producir toda esta cantidad de cobre adicional. Pero se estarían engañando ustedes mismos, porque nunca se dará tal posibilidad. Por tanto el Green New Deal es imposible en este planeta. Nos hemos quedado, una vez más, con las mismas posibilidades: una drástica reducción de la población humana y mucho menos de todo en promedio. Pero esto ya se lo dije en la Parte I de esta serie.

Producción de cobre mundial

Figura 3. Este es mi ajuste con las tres curvas Gausianas del cobre extraído a pie de mina, tomadas de Wikipedia. Se estima que el 80% de todo el cobre extraído hasta la fecha está todavía en uso en la actualidad. Según un informe del International Resource Panel’s Metal Stocks in Society el cobre mundial per capita en uso en nuestra sociedad es de entre 33 y 55 kg. La mayor parte de él en los países más desarrollados (140-300 kg per capita) y menos en los menos desarrollados (30-40 kg per capita). La concentración promedio de cobre en el mineral es de 0,6% [seis kilos de cobre obtenidos por cada toneladas de mineral extraída de la mina, N. del T.] y está cayendo aceleradamente. Según las estadísticas del gobierno chileno, la ley del mineral de cobre cayó un 6,2% respecto de la de 2017 y un 20% en 10 años (página 13 y tabla 48). Chile produce aproximadamente la cuarta parte del cobre mundial (Tabla 78) y las leyes minerales del cobre eran del 1% en 2009. Solapadas en el gráfico están las previsiones de Glencore (página 13) y su déficit previsto de cobre global en la próxima década. Una rápida transición al Green New Deal, puede hacer este déficit varios órdenes de magnitud mayor. La base de datos del cobre chileno y otros detalles alarmantes sobre la producción de cobre en Chile me fueron pasados por el siempre útil Pedro Prieto, mi amigo español.

Producción mundial acumulada de cobre

Figura 4. La producción acumulada de cobre mundial se obtiene por integración de la producción anual de cobre de la figura 3. Se pueden llegar a producir otras 750 Mt de cobre de las actuales minas en el mundo, con visos de ser rentables. Podría haber nuevas minas y más producción en el futuro, pero esta estimación es difícil que pueda llegar a duplicarse.

Intensidad de uso de cobre de las diferentes plantas de generación eléctrica

Figura 5. La intensidad de uso de cobre relativa, de los diferentes tipos de plantas de generación. Las líneas de transmisión, distribución, transformadores, cableados domésticos y estaciones potenciales de recarga de coches eléctricos están excluidas. Para el uso de cobre en las instalaciones solares FV y en los aerogeneradores, este gráfico se ha basado en una lámina de la página web de la ya difunta urandaline.com.au en una presentación “China Infrastructure Boost and Its Impact on 2009 Metal Demand” de 12 de enero de 2008. El gráfico original y los datos son cortesía de David Fridley, de su correo de 26 de julio de 2019.

Figura 6. Lo mismo que la figura 5 pero de octubre de 2018. El gráfico está tomado de la página 34 de “Copper and its electrifying future” del DBS Group Research, Asian Insights Office. Nótese la alta intesidad de uso del cobre de las granjas eólicas marinas (offshore). La energía solar cayó de 8 a 5 tCu/MW, pero la eólica en tierra sigue con una intensidad de uso similar.

Cobre por MW de electricidad instalado

Figura 7. Adaptado por David Fridley, de su correo de 26 de julio de 2019. Para la intensidad de cobre del sistema energético de China, David recolectó datos del consumo de cobre del sector energético reportados anualmente por Antaike en MetalChina.com y los datos de la cantidad de nuevos GW instalados del sistema de generación tomados de China Electricity Council cec.org.cn. La relación parece ser estable y ligeramente creciente desde 2010. La línea roja incluye tanto la potencia de las plantas como la de todo el uso de la red. La tendencia de líneas de puntos negros detalla las diferencias de la intensidad del uso del cobre respecto de las de la figura 5. Es importante resaltar que el uso de cobre adicional de los coches eléctricos y las líneas a las estaciones de recarga no está incluido.

P.D. (29/07/2019): Nuevas noticias de Pedro Prieto y Mike Haywood: el 25 de julio de 2019 se batió un nuevo récord de vuelos comerciales: 230.000 en un solo día, con más de 30.000 aviones simultáneamente en el aire en un momento determinado del día. A unas 100 personas en promedio, eso son 23 millones de personas en el aire en un día. Hemos creado una ciudad virtual en el aire, la segunda mayor del mundo, después de Shangai.

Elevemos el promedio mundial de la TRE a un número superior a 20:1 si les parece. Pero si estoy equivocado, la Humanidad está dilapidando el invalorable y único tesoro del petróleo convencional, utilizando electrones prestados disfrazados de efectivo. ¡Y el petróleo de esquistos o lutitas jamás será un reemplazo del petróleo convencional!

Demián Morassi.

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Tadeusz Patzek

Director del Centro de Investigación de Ingeniería del Petróleo Ali I Al‐Naimi y profesor de Ingeniería Química en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah de Arabia Saudita. Fue profesor principal de la Lois K. and Richard D. Folger y director del Departamento de Ingeniería de Sistemas Geológicos en la Universidad de Austin (Texas), profesor de Geológicas en la Universidad de California, en Berkeley. Previamente fue Ingeniero Senior en la Shell Western E&P e investigador Senior en centro de Investigación Shell Development Bellaire en Houston. También es Profesor honorario en Polonia, y miembro distinguido de la sociedad de Ingenieros del Petróleo. Escribió conjuntamente con Joseph Tainter Drilling Down: The Gulf Debacle and our Energy Dilemma. Ha realizado estudios sobre sostenibilidad, agricultura industrial y agrocumbustibles, desde la ecología y la termodinámica. Los documentos de Patzek en este ámbito, se encuentran entre los más citados y de mayor importancia. Mantiene el blog LifeItself sobre medio ambiente, ecología, energía, complejidad y actividades humanas. Además es autor de unos 300 documentos e informes y varios libros.

1 respuesta

  1. avatar Jorge Ruiz dice:

    En este importante artículo de Tadeusz, debe considerarse que las líneas de transmisión son construidas con cables de Aluminio y que las grandes instalaciones de generación solar FV se deben conectar a los sistemas de transmisión actualmente en operación, mediante subestaciones que consideren la convertibilidad de CC a CA y la elevación de los voltajes.

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