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Informe: Descarbonización 100% con 100% renovables

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Presentación del documento

A medida que el mundo avanza por la senda de las llamadas energías renovables, fundamentalmente energía solar fotovoltaica y eólica, se van descubriendo o van saliendo inexorablemente a la luz algunos aspectos fundamentales. Se sigue valorando positivamente, a pesar de la enorme cantidad de información en contra, una mayor —si no completa— transformación de nuestros sistemas de generación de energía de los combustibles fósiles a las llamadas energías renovables.

Como no se podía esperar de otra forma, la principal excusa para ello es que el mundo va camino a un calentamiento global y un cambio climático desbordados, si no se adoptan medidas urgentes para reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera. Sigue sin haber una referencia sólida en los gobiernos o en el mundo industrial y capitalista a otro hecho que también debería preocupar: el declive de los recursos fósiles y de otro tipo, una vez alcanzados sus picos máximos de producción mundial (el momento en que se agoten es siempre una fecha mucho más lejana, imprecisa y menos relevante).

Da la impresión de que no hay constancia o voluntad de ningún tipo de apelar a consumir menos (el temido y denostado decrecimiento voluntario), seguramente porque aceptar la premisa de que determinados recursos terrestres son finitos, que están sujetos al agotamiento y que habrá un momento en que inexorablemente sus producciones decaigan, es algo que implica la muerte anunciada de un capitalismo que exige crecimiento infinito incluso en un mundo finito como el nuestro. Si acaso, se habla siempre de mejorar el ahorro y la eficiencia mediante el uso de más tecnología, olvidando que no ha habido reducción de ningún tipo en el uso de energía a nivel global en los más de 150 años de sociedad industrial en los que hemos mejorado sensible y continuamente nuestra eficiencia (William Stanley Jevons y su famosa paradoja, todavía hoy vigente.)

Por tanto, resulta más digerible, dentro de la enormidad del propio problema de la contaminación creciente de nuestro planeta, decir que vamos a eliminar el CO2 que aceptar que debemos cambiar el modelo de producción. Aunque sea utilizando cada vez más tecnología, que es la que nos ha llevado precisamente a esta situación en los algo menos de doscientos años de existencia de civilización industrial y algo menos de medio siglo de civilización de alta tecnología.

Sin embargo se ve que, por un lado, a pesar de las estadísticas económicas y de potencias instaladas en el mundo, con sus impresionantes gráficos de crecimientos exponenciales de estos últimos veinte años, el aporte de estos nuevos sistemas llamados renovables sigue siendo muy pequeño. Es más, se sigue constatando que a pesar de las sucesivas crisis de los últimos tres lustros (la gran crisis de 2008 y la crisis de la covid-19 en 2020) las energías fósiles continúan aumentando sus consumos en valores absolutos más que las energías renovables, por más que en algún sitio concreto y en algún país concreto se haya sobrepasado algún limite particular.

Por otro lado, se constata que las modernas energías renovables solo sirven para producir electricidad y que este mundo moderno es esencialmente no eléctrico. Aunque algunas funciones se pueden electrificar, como por ejemplo el transporte privado individual o los ferrocarriles —y ya hay de hecho toda una ola mundial de inversiones desbocadas hacia el coche eléctrico—, otras muchas funciones se encuentran con enormes dificultades para poderse servir con energía eléctrica. Tales son la aviación mundial, el transporte marítimo mundial, la gran maquinaria pesada terrestre utilizada para el transporte por carretera o para las obras públicas y la minería, la agricultura mecanizada, la pesca de altura, las fuerzas armadas o la industria del cemento y la metalurgia, que en muchos casos no puede utilizar la electricidad (salvo, por ejemplo, para refundiciones de aceros provenientes de chatarra y sólo en ciclos limitados, ya que su calidad se va deteriorando).

La tercera pata que han empezado a enseñar las modernas renovables por debajo de la puerta es la pata de la necesidad de almacenamiento masivo de energía y el aseguramiento del suministro energético garantizado como está ahora, es decir, en función de la demanda y no en función de la existencia de viento o de sol. Esto es, la resolución del grave problema de las intermitencias de estos sistemas. En el documento disponible al final de este texto introductorio no entraremos a valorar este ignorado hasta ahora elefante en la cacharrería. Sin embargo, de repente, a medida que aumenta la penetración en las redes eléctricas (solo en las redes eléctricas) de estos sistemas llamados renovables, el elefante empieza a romper cacharros y ya no es posible ignorarlo por más tiempo. Por eso, sin duda los valores finales presentados en el documento son conservadores y a la baja (con respecto a las necesidades reales de sobredimensionamiento).

Si intentamos valorar la forma de cubrir el casi 80% de la energía primaria que el mundo utiliza de forma no eléctrica y nos centramos en los usos de más difícil o probablemente imposible electrificación, tenemos que cubrir ese hueco enorme.

Este documento se empezó a escribir en 2019 y se dejó en abril de 2020, a falta de revisión del último capítulo con las conclusiones y resúmenes finales de las energías necesarias de potencia instalada en Teravatios (TW) y energía generada en Teravatios*hora (TWh) para conseguir un mundo teóricamente descarbonizado. Como se ha mencionado, son estas cifras bastante conservadoras, ya que los sobredimensionamientos de potencia instalada y energía que generar para resolver los problemas del almacenamiento masivo y las intermitencias de tal manera que se pueda garantizar la seguridad del suministro no han sido incluidos en este trabajo.

El informe lo comencé a escribir en español y al final lo realicé en inglés, con la esperanza de poder inicialmente publicarlo en alguna revista científica, las cuales suelen exigir la revisión por pares. Después, habida cuenta de la avalancha de supervisores científicos favorables a las llamadas energías renovables y de los tiempos y dificultades que a veces suponen este tipo de revisiones, opté por dejarlo en cuarentena.

Posteriormente, a medida que el hidrógeno ganaba posiciones en las revistas científicas como vector de futuro (o incluso como fuente de energía, como de forma incorrecta algunos todavía lo consideran) para una economía mundial descarbonizada, varios conocidos académicos y científicos me pidieron opinión, les envié el documento y no he recibido de ellos comentario sobre graves errores o que hubiese usado procedimientos y metodología equivocada.

Me consta que algunos ya han utilizado —con mi permiso— algunos datos incluidos en el informe que les han podido parecer de utilidad. Finalmente, un académico me ha solicitado su publicación en algún medio para poder hacer referencia al mismo y esto me ha movido a su publicación en esta revista, a la que estoy agradecido por su hospitalidad. Sin embargo, advierto y anticipo que no está formalmente revisado por pares.

Es una provocación calculada para pedir a las y los lectores con conocimientos científicos que me ayuden a corregir (a la baja o al alza) las cantidades calculadas para conseguir la descarbonización 100%. Se admiten errores y se agradecerá toda comunicación basada en datos que sirva para mejorar las conclusiones. Tampoco el inglés, que no es mi lengua materna, ha sido revisado, aunque confío en que resulte lo suficientemente legible.

Curiosamente, en estos dos últimos años es cuando los grandes medios y los grandes poderes industriales y gubernamentales han empezado a potenciar la llamada economía del hidrógeno, que sería, según la información dominante, el vector energético que vendría a solucionar el problema de mover las cosas que ahora se mueven, se producen o hacen con energía fósil y que no se pueden electrificar, y que este vector vendría a reemplazar con electricidad en origen y combustión final.

De hecho, tanto los programas estadounidenses vinculados con el Green New Deal, potenciados con la llegada del demócrata Joe Biden a la presidencia de EEUU, como los esfuerzos de la Unión Europea por fomentar inversiones de todo tipo con el programa llamado Next Generation EU y similares programas nacionales, aunque se ponen en marcha en un intento de volver a revitalizar los sectores productivos muy golpeados con la pandemia surgida en el año 2020 y todavía no superada hablan ya sin cesar casi tanto de la economía del hidrógeno o del hidrógeno verde (el que sale de hacer electrólisis con una electricidad que sea 100% de origen llamado renovable) como de los propios sistemas de generación eólica o fotovoltaica. Incluso cobran fuerza programas para la potenciación de los sistemas de acumulación de electricidad, fundamentalmente en baterías.

Este documento ha incluido un apartado dedicado a la obtención de gas natural sintético. La razón es que los más avezados de entre los partidarios de volcarse en la descarbonización 100% con más renovables y con hidrógeno se han percatado de que el hidrógeno, que se conoce desde hace más de dos siglos y se lleva utilizando desde hace más de un siglo, aunque tiene usos y aplicaciones de interés —si bien limitados—, muestra bajos rendimientos en su producción y sobre todo graves problemas para almacenarse de forma segura y viable (especialmente en los grandes almacenajes logísticos que requiere, por su carácter altamente inflamable, su bajísima densidad energética en peso y, sobre todo, en volumen, así como por su gran reactividad, especialmente con los metales que deben contenerlo a altas presiones o bajísimas temperaturas y a los que vuelve quebradizos en muy poco tiempo).

Además, han iniciado otra senda que es la de convencernos de generar hidrógeno y convertirlo inmediatamente en otro líquido o gas combustible más estable mediante procesos químicos conocidos, como por ejemplo el etanol o el metano —llamado también gas natural (CH4)— sintético, añadiendo al hidrógeno el carbono proveniente del CO2 de la atmósfera mediante el proceso de Sabatier (y de paso apuntarse el tanto de que se está contribuyendo, al mismo tiempo, a secuestrar el CO2 o al menos a hacer un metano neutro en carbono para los muchos usos energéticos donde la electricidad no llega). Y, de paso, esto les permitiría utilizar las actuales infraestructuras gasísticas mundiales ya existentes para el almacenamiento de esta energía.

Por eso se analiza este proceso, que no hace otra cosa que aumentar el grado de complejidad, en el capítulo 7 del informe.

Admito que el capítulo 8, dedicado a la necesidad de materiales para lograr esa economía descarbonizada con 100% de energías renovables, es manifiestamente mejorable, por su brevedad, pero permite hacernos una idea del grado de dificultad y de la falta de neutralidad de emisiones que su minería y procesos extractivos de refino y de transporte exigen. Con seguridad los trabajos sobre exergía del capital mineral de la Tierra de la académica Alicia Valero, doctora en ingeniería química de la Universidad de Zaragoza, ayudarán a proporcionar una mejor idea del grado de complejidad y dificultad al que nos enfrentamos.

La conclusión (que exige definir todo prefacio) es que nos enfrentamos a un reto posiblemente inalcanzable, y por tanto supone una invitación a adelantar el siguiente paso. Este no sería otro que el de repensar seriamente un drástico cambio de paradigma y de forma de vida hacia una sociedad enormemente menos consumista, especialmente y en primer lugar en los países capitalistas más desarrollados; hacia una sociedad más austera que se centre en satisfacer las necesidades mínimas para una vida humana con dignidad y deje los gastos suntuarios inmediatamente de lado. Muy fácil de decir y también enormemente difícil de llevar a cabo voluntariamente. Aunque, de no hacerlo voluntariamente, la Naturaleza se terminará encargando de colocarnos de nuevo en umbrales aceptables de lo que se puede considerar la verdadera sostenibilidad de la vida (no solo humana, sino de todos los seres) a largo plazo, sin las huidas hacia adelante a que nos tiene acostumbrada la sociedad industrial y tecnológica mundial.

Informe Descarbonización 100% con 100% renovables, de Pedro Prieto

Original en inglés:

Traducción al castellano:

Oimheidi (Pixabay).

Índice


ABSTRACT
DISCLAIMER AND COMMITMENT
CHAPTER 1. INTRODUCTION.
CHAPTER 2. METHODOLOGY.
CHAPTER 3. THE ENERGY CONSUMED IN THE WORLD.
CHAPTER 4. AN APPROACH TO THE ENERGY VECTORS REQUIRED.
4.1. The air transport/civil aviation sector.
4.2. The merchant fleets.
4.3. The mechanized agriculture and fishing sector.
4.4. The long distance heavy terrestrial transport and other mobility sectors.
4.5. The industrial sector.
4.5.1. The cement industry.
4.5.2. The iron and steel industry and civil works heavy machinery and the mining sector fossil fuel consumption.
4.7. The armies (Navy and air forces included).
4.8. The non energy uses sector.
4.9. Overall Summary of all energy requirements that would likely need and energy vector or carrier for a 100% free emissions world with 100% renewable systems.

CHAPTER 5. HYDROGEN AS ENERGY VECTOR, PRODUCED FROM RENEWABLE ENERGIES. A
COMPLETE LIFE CYCLE EFFICIENCY.
5.1. Energy equivalences between hydrogen and the most common fossil fuels and its comparison with hydrogen.
5.2. Green hydrogen production (water + electricity by electrolysis).
5.3. Conclusions of the requirements to cover non electrificable fossil fuel functions by means of hydrogen as energy vector or energy carrier.
5.4. Electric installed power required by hydrolysis as an energy vector if supplied by solar Photovoltaic (PV) systems.
5.5. Electric installed power required by hydrolysis as an energy vector if supplied by wind energy systems.

CHAPTER 6. SYNTHETIC NATURAL GAS (SNC) AS ENERGY VECTOR, OBTAINED BY METHANATION
FROM RENEWABLE ENERGIES. A COMPLETE LIFE CYCLE EFFICIENCY.
6.1. The hydrogen required for methanation of 2,000 Mtoes of fossil fuels.
6.2. The CO 2 required for methanation of 2,000 Mtoes of fossil fuels.
6.3. Electric installed power required by methanation if supplied by solar PV systems.
6.4. Electric installed power required by methanation if supplied by wind power systems.

CHAPTER 7. THE RENEWABLES NEEDED FOR ELECTRIFICATION OF ALL THE REST NON ELECTRIC PROCESSES AND FUNCTIONS.
7.1. Electrification of the electric plants generating with fossil fuels.
7.2. Electric installed power required to replace fossil fuels now producing electricity, if supplied by solar Photovoltaic (PV) systems.
37.3. Electric installed power required to replace fossil fuels now producing electricity, if supplied by wind power systems.
7.4. Electrification of the rest of the processes and functions powered by fossil fuels.
7.5. Total electric energy needed to replace fossil fuels generating electricity and in other fossil fuels directly consumed as such in the Total Final Consumption or Final Stage Energy functions.

CHAPTER 8. A BRIEF ANALYSIS OF MATERIAL’S NEEDS
8.1. Copper
8.2. Steel for wind generators
8.3. Concrete/cement for wind generators.
8.4. Blades for wind generators.
8.5. Other materials, rare earths, etc. for wind generators.
8.6. Renewables?
8.7. Recycling materials

CHAPTER 9. CONCLUSIONS
9.1. Summary of renewable energy and renewable installed power needs
9.2. Economic growth must/will end.

LIST OF ACRONYMS
TABLES OF EQ

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Creador y coeditor de CrisisEnergetica.org desde 2003. Miembro del panel de ASPO International desde 2006 y vicepresidente de AEREN (Asociación para el Estudio de los Recursos Energéticos). Algunos de sus ensayos más conocidos son: Kioto o Upsala (Club de Amigos de la UNESCO, 2005), Un cuento de terror-ismo energético (Club de Amigos de la UNESCO, 2003), El libro de la selva. AEREN, 2004. Es coautor junto al profesor Charles A. S. Hall de Spain’s Photovoltaic Revolution: The Energy Return on Investment (Springer, 2013),​ el primer estudio en profundidad de la tasa de retorno energético en sistemas fotovoltaicos de gran escala en un país desarrollado.

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