Energía sostenible - Sustainable energy
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La energía sostenible es la energía producida y utilizada de tal manera que "satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades".
La transición energética para satisfacer las necesidades mundiales de electricidad, calefacción, refrigeración y energía para el transporte de manera sostenible se considera ampliamente como uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad en el siglo XXI. En todo el mundo, casi mil millones de personas carecen de acceso a la electricidad y alrededor de 3 mil millones de personas dependen de combustibles humeantes como la madera, el carbón vegetal o el estiércol de animales para cocinar. Estos y los combustibles fósiles son uno de los principales contribuyentes a la contaminación del aire , que causa aproximadamente 7 millones de muertes por año. La producción y el consumo de energía emite más del 70% de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre .
Las vías propuestas para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C describen la rápida implementación de métodos de producción de electricidad con bajas emisiones y un cambio hacia un mayor uso de la electricidad en sectores como el transporte. Las vías también incluyen medidas para reducir el consumo de energía; y el uso de combustibles neutros en carbono , como el hidrógeno producido por electricidad renovable o con captura y almacenamiento de carbono . Alcanzar estos objetivos requerirá políticas gubernamentales que incluyan precios del carbono , políticas específicas de energía y eliminación gradual de los subsidios a los combustibles fósiles .
Cuando se hace referencia a métodos de producción de energía, el término "energía sostenible" se utiliza a menudo de manera intercambiable con el término " energía renovable ". En general, las fuentes de energía renovable como la energía solar , eólica e hidroeléctrica se consideran sostenibles. Sin embargo, proyectos particulares de energía renovable, como la tala de bosques para la producción de biocombustibles , pueden provocar daños ambientales similares o incluso peores en comparación con el uso de energía de combustibles fósiles. La energía nuclear es una fuente segura de emisión cero , pero su sostenibilidad se debate debido a la producción de desechos nucleares y los recursos finitos de uranio.
Cantidades moderadas de energía eólica y solar, que son fuentes de energía intermitentes , pueden integrarse en la red eléctrica sin infraestructura adicional, como el almacenamiento de energía de la red . Estas fuentes generaron el 8,5% de la electricidad mundial en 2019, una proporción que ha crecido rápidamente. A partir de 2019, se prevé que los costos de la energía eólica, solar y de baterías continúen cayendo.
Definiciones
El concepto de desarrollo sostenible fue descrito por la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo en su libro de 1987 Our Common Future . Su definición de "sostenibilidad", que ahora se usa ampliamente, era: "El desarrollo sostenible debe satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades". En su libro, la Comisión describió cuatro elementos clave de la sostenibilidad con respecto a la energía: la capacidad de aumentar el suministro de energía para satisfacer las crecientes necesidades humanas, la eficiencia y la conservación de la energía, la salud y la seguridad públicas y la "protección de la biosfera y la prevención de formas más localizadas de contaminación ".
Desde entonces se han ofrecido varias definiciones de energía sostenible que también se basan en los tres pilares del desarrollo sostenible, a saber, medio ambiente, economía y sociedad.
- Los criterios ambientales incluyen las emisiones de gases de efecto invernadero , el impacto en la biodiversidad y la producción de desechos peligrosos y emisiones tóxicas.
- Los criterios económicos incluyen el costo de la energía, si la energía se entrega a los usuarios con alta confiabilidad y los efectos en los trabajos asociados con la producción de energía.
- Los criterios socioculturales incluyen la prevención de guerras por el suministro de energía ( seguridad energética ) y la disponibilidad de energía a largo plazo.
El principio organizador de la sostenibilidad es el desarrollo sostenible , que incluye los cuatro dominios interconectados: ecología, economía, política y cultura.
La Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas define la energía sostenible basándose en tres pilares: medio ambiente, seguridad energética y calidad de vida.
Antecedentes
El suministro de energía sostenible se considera ampliamente como uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad en el siglo XXI, tanto en términos de satisfacer las necesidades del presente como en términos de efectos en las generaciones futuras. Bill Gates dijo en 2011:
Si me dieran a elegir entre elegir a los próximos 10 presidentes o garantizar que la energía sea respetuosa con el medio ambiente y una cuarta parte más costosa, elegiría el tema de la energía.
En todo el mundo, 940 millones (13% del mundo) de personas no tienen acceso a la electricidad y 3.000 millones de personas dependen de combustibles sucios para cocinar. La contaminación del aire , causada en gran parte por la quema de combustible, mata aproximadamente a 7 millones de personas cada año. El Objetivo de Desarrollo Sostenible 7 de las Naciones Unidas exige "acceso a energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todos" para 2030.
La producción y el consumo de energía son los principales contribuyentes al cambio climático , siendo responsables del 72% de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero causadas por el hombre a partir de 2014. La generación de electricidad y calor contribuye con el 31% de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre, el uso de energía en el transporte contribuye 15%, y el uso de energía en manufactura y construcción contribuye con 12%. Un 5% adicional se libera a través de procesos asociados con la producción de combustibles fósiles y un 8% a través de varias otras formas de combustión de combustibles. A partir de 2015, el 80% de la energía primaria del mundo se produce a partir de combustibles fósiles.
En los países en desarrollo, más de 2.500 millones de personas dependen de las estufas tradicionales y las chimeneas para quemar biomasa o carbón para calentar y cocinar. Esta práctica causa una contaminación del aire local dañina y aumenta el peligro de incendios, lo que resulta en aproximadamente 4,3 millones de muertes al año. Además, la recolección excesiva de madera y otros materiales combustibles puede causar graves daños ambientales locales, incluida la desertificación . Promover el uso de combustibles más limpios y tecnologías más eficientes para cocinar es, por lo tanto, una de las principales prioridades de la iniciativa Energía Sostenible para Todos de las Naciones Unidas . A partir de 2015, los esfuerzos para diseñar estufas limpias que sean económicas, impulsadas por fuentes de energía sostenibles y aceptables para los usuarios han sido en su mayoría decepcionantes.
En 2020, la Agencia Internacional de Energía advirtió que la agitación económica causada por el brote de coronavirus puede impedir o retrasar la inversión de las empresas en energía verde. El brote podría potencialmente significar una desaceleración en la transición de energía limpia del mundo si no se toman medidas.
Rutas propuestas para la mitigación del cambio climático
El trabajo de análisis de costo-beneficio ha sido realizado por una variedad dispar de especialistas y agencias para determinar el mejor camino para descarbonizar el suministro de energía del mundo. El Informe especial de 2018 del IPCC sobre el calentamiento global de 1,5 ° C dice que para limitar el calentamiento a 1,5 ° C y evitar los peores efectos del cambio climático, "las emisiones globales netas de CO causadas por el hombre
2tendría que caer en aproximadamente un 45% desde los niveles de 2010 para 2030, llegando a cero neto alrededor de 2050. "Como parte de este informe, el grupo de trabajo del IPCC sobre mitigación del cambio climático revisó una variedad de documentos publicados anteriormente que describen rutas (es decir, escenarios y carteras de opciones de mitigación) para estabilizar el sistema climático a través de cambios en la energía, el uso de la tierra, la agricultura y otras áreas.
Las vías que son consistentes con limitar la advertencia a aproximadamente 1,5 ° C describen una rápida transición hacia la producción de electricidad a través de métodos de menor emisión y un uso creciente de la electricidad en lugar de otros combustibles en sectores como el transporte. Estas vías tienen las siguientes características (a menos que se indique lo contrario, los siguientes valores son la mediana de todas las vías):
- Energía renovable: La proporción de energía primaria suministrada por energías renovables aumenta del 15% en 2020 al 60% en 2050. La proporción de energía primaria suministrada por biomasa aumenta del 10% al 27%, con controles efectivos sobre si el uso de la tierra cambia en el cultivo de biomasa. La proporción de energía eólica y solar aumenta del 1,8% al 21%.
- Energía nuclear: la proporción de energía primaria suministrada por la energía nuclear aumenta del 2,1% en 2020 al 4% en 2050. La mayoría de las vías describen un aumento en el uso de la energía nuclear, pero algunas describen una disminución. La razón de la amplia gama de posibilidades es que el despliegue de la energía nuclear "puede verse limitado por las preferencias de la sociedad".
- Carbón y petróleo: entre 2020 y 2050, la proporción de energía primaria del carbón disminuye del 26% al 5% y la proporción del petróleo disminuye del 35% al 13%.
- Gas natural: en la mayoría de las vías, la proporción de energía primaria suministrada por el gas natural disminuye, pero en algunas, aumenta. Utilizando los valores de la mediana en todas las vías, la proporción de energía primaria procedente del gas natural se reduce del 23% en 2020 al 13% en 2050.
- Captura y almacenamiento de carbono: las vías describen un mayor uso de la captura y almacenamiento de carbono para la bioenergía y la energía de combustibles fósiles.
- Electrificación: en 2020, alrededor del 20% del uso final de energía lo proporcionará la electricidad. Para el 2050, esta proporción se duplicará en la mayoría de las vías.
- Conservación de energía: las vías describen métodos para aumentar la eficiencia energética y reducir la demanda de energía en todos los sectores (industria, edificios y transporte). Con estas medidas, las rutas muestran que el uso de energía se mantendrá aproximadamente igual entre 2010 y 2030, y aumentará ligeramente para 2050.
Eficiencia energética
Avanzar hacia la sostenibilidad energética requerirá cambios no solo en la forma en que se suministra la energía, sino en la forma en que se utiliza, y muchos dicen que es esencial reducir la cantidad de energía necesaria para entregar diversos bienes o servicios. Otros están de acuerdo en que la eficiencia energética es deseable, pero dicen que la electrificación y sus ganancias automáticas de eficiencia (al menos en los EE. UU. A partir de 2020) serían suficientes para cumplir con los objetivos del Acuerdo de París si se persiguieran con suficiente vigor. Las oportunidades de mejora en el lado de la demanda de la ecuación energética son tan ricas y diversas como las del lado de la oferta y, a menudo, ofrecen importantes beneficios económicos.
La eficiencia ralentiza el crecimiento de la demanda de energía, de modo que el aumento de los suministros de energía limpia puede provocar grandes recortes en el uso de combustibles fósiles. Un análisis histórico de 2011 demostró que la tasa de mejoras en la eficiencia energética fue generalmente superada por la tasa de crecimiento de la demanda de energía, debido al continuo crecimiento económico y demográfico . Debido a que las emisiones de carbono durante el período estudiado se combinaron con el uso total de energía, a pesar de las ganancias en eficiencia energética, las emisiones totales de carbono continuaron aumentando. Por lo tanto, dados los límites termodinámicos y prácticos de las mejoras en la eficiencia energética, se ha dicho que es esencial frenar el crecimiento de la demanda de energía. Sin embargo, a menos que los suministros de energía limpia se conecten rápidamente, la desaceleración del crecimiento de la demanda solo comenzará a reducir las emisiones totales; También es necesario reducir el contenido de carbono de las fuentes de energía. Cualquier visión seria de una economía energética sostenible requiere, por tanto, compromisos tanto con las energías renovables como con la eficiencia.
Fuentes de energía renovable
Cuando se hace referencia a las fuentes de energía, los términos "energía sostenible" y "energía renovable" a menudo se usan indistintamente, sin embargo, los proyectos particulares de energía renovable a veces plantean preocupaciones importantes sobre la sostenibilidad. Las tecnologías de energía renovable contribuyen de forma esencial a la energía sostenible, ya que generalmente contribuyen a la seguridad energética mundial y reducen la dependencia de los recursos de combustibles fósiles , mitigando así las emisiones de gases de efecto invernadero.
Energía solar
En 2019, la energía solar proporcionó alrededor del 3% de la electricidad mundial. La producción de electricidad solar utiliza células fotovoltaicas (PV) para convertir la luz en corriente eléctrica. Los módulos fotovoltaicos pueden integrarse en edificios o utilizarse en centrales fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica. Son especialmente útiles para proporcionar electricidad a áreas remotas . Aunque generalmente tiene una garantía de 25 años, se afirma que un panel solar promedio durará 40 años y casi todo se puede reciclar.
Actualmente, los paneles fotovoltaicos (PV) solo tienen la capacidad de convertir alrededor del 24% de la luz solar que los golpea en electricidad. A este ritmo, la energía solar todavía presenta muchos desafíos para una implementación generalizada, pero se ha logrado un progreso constante en la reducción de los costos de fabricación y el aumento de la eficiencia fotovoltaica. En 2008, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrollaron un método para almacenar energía solar utilizándola para producir combustible de hidrógeno a partir del agua. Dicha investigación tiene como objetivo abordar el obstáculo que enfrenta el desarrollo solar al almacenar energía para su uso durante las horas nocturnas cuando el sol no brilla.
Se está investigando la energía solar basada en el espacio , un concepto en el que los paneles solares se lanzan al espacio exterior y la energía que capturan se transmite a la Tierra en forma de microondas. Se está construyendo una instalación de prueba para la tecnología en China.
Calefacción solar
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El calentamiento solar de agua (SWH) es la conversión de la luz solar en calor para calentar el agua mediante un colector solar térmico . Hay una variedad de configuraciones disponibles a diferentes costos para brindar soluciones en diferentes climas y latitudes. Los CSA se utilizan ampliamente para aplicaciones residenciales y algunas industriales.
Un colector orientado al sol calienta un fluido de trabajo que pasa a un sistema de almacenamiento para su uso posterior. Los SWH son activos (bombeados) y pasivos ( impulsados por convección ). Usan solo agua, o tanto agua como un fluido de trabajo. Se calientan directamente o mediante espejos concentradores de luz. Funcionan de forma independiente o como híbridos con calentadores eléctricos o de gas. En instalaciones a gran escala, los espejos pueden concentrar la luz solar en un colector más pequeño.
A partir de 2017, la capacidad térmica mundial de agua caliente solar es de 472 GW y el mercado está dominado por China , Estados Unidos y Turquía . Barbados , Austria , Chipre , Israel y Grecia son los países líderes en capacidad por persona.
Energía eólica
La energía eólica utiliza el viento para proporcionar energía mecánica a través de turbinas eólicas para hacer girar generadores eléctricos . En 2019, la energía eólica proporcionó aproximadamente el 6% del suministro eléctrico mundial.La energía eólica es una energía sostenible y renovable , y tiene un impacto mucho menor en el medio ambiente en comparación con la quema de combustibles fósiles . Los parques eólicos consisten en muchas turbinas eólicas individuales, que están conectadas a la red de transmisión de energía eléctrica . La energía eólica terrestre es una fuente de energía eléctrica económica, competitiva o en muchos lugares más barata que las plantas de carbón o gas.
Los parques eólicos terrestres también tienen un impacto en el paisaje, ya que normalmente necesitan extenderse por más tierra que otras centrales eléctricas y deben construirse en áreas silvestres y rurales, lo que puede conducir a la "industrialización del campo" y la pérdida de hábitat . La energía eólica marina es más estable y más fuerte que la tierra y las granjas marinas tienen menos impacto visual, pero los costos de construcción y mantenimiento son más altos. Después de unos 20 años, las palas de las turbinas eólicas necesitan ser reemplazadas por palas más grandes, y la investigación continúa sobre la mejor forma de reciclarlas y cómo fabricar palas que sean más fáciles de reciclar.
Energía hidroeléctrica
Entre las fuentes de energía renovable, las plantas hidroeléctricas tienen la ventaja de ser de larga duración: muchas plantas existentes han funcionado durante más de 100 años. Además, las plantas hidroeléctricas son limpias, tienen pocas emisiones y pueden compensar las variaciones en la energía eólica y solar. Las críticas dirigidas a las centrales hidroeléctricas a gran escala incluyen: el desplazamiento de las personas que viven donde se planifican los embalses y la liberación de gases de efecto invernadero durante la construcción e inundación del embalse.
Sin embargo, se ha encontrado que las altas emisiones están asociadas solo con reservorios poco profundos en lugares cálidos (tropicales), y las innovaciones recientes en la tecnología de turbinas hidroeléctricas están permitiendo el desarrollo eficiente de proyectos hidroeléctricos de pasada de bajo impacto . En términos generales, las plantas hidroeléctricas producen emisiones de ciclo de vida mucho más bajas que otros tipos de generación.
En 2015, la energía hidroeléctrica suministró el 16% de la electricidad mundial, en comparación con un máximo de casi el 20% a mediados y finales del siglo XX. Produjo el 60% de la electricidad en Canadá y casi el 80% en Brasil. A partir de 2017, la construcción de nuevas centrales hidroeléctricas se ha detenido o se ha ralentizado desde 1980 en la mayoría de los países, excepto China.
Biomasa
La biomasa es material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. Como fuente de energía, la biomasa puede quemarse para producir calor y generar electricidad o convertirse en biocombustibles modernos como el biodiésel y el etanol .
La biomasa es extremadamente versátil y una de las fuentes de energía renovable más utilizadas. Está disponible en muchos países, lo que lo hace atractivo para reducir la dependencia de los combustibles fósiles importados. Si la producción de biomasa está bien gestionada, las emisiones de carbono pueden compensarse significativamente mediante la absorción de dióxido de carbono por las plantas durante su vida útil. Sin embargo, esta "deuda de carbono" puede devolverse demasiado tarde o (especialmente en los Estados Unidos) no contabilizarse adecuadamente. Si la fuente de biomasa son residuos agrícolas o municipales, quemarlos o convertirlos en biogás también proporciona una forma de eliminar estos residuos. La producción de bioenergía se puede combinar con la captura y almacenamiento de carbono para crear un sistema de carbono cero o carbono negativo, pero es dudoso que esto pueda ampliarse lo suficientemente rápido.
Si se extrae biomasa de cultivos, como plantaciones de árboles, el cultivo de estos cultivos puede desplazar ecosistemas naturales , degradar suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. En algunos casos, estos impactos pueden resultar en emisiones de carbono en general más altas en comparación con el uso de combustibles a base de petróleo.
Biocombustibles
Los biocombustibles son combustibles, como el etanol , fabricados a partir de diversos tipos de biomasa , como el maíz o la remolacha azucarera. Los biocombustibles suelen ser líquidos y se utilizan para impulsar el transporte, a menudo mezclados con combustibles fósiles líquidos como gasolina, diesel o queroseno. A partir de 2020 se está debatiendo cuáles son los biocombustibles sostenibles .
El etanol celulósico tiene muchos beneficios sobre el etanol tradicional a base de maíz. No quita ni entra en conflicto directamente con el suministro de alimentos porque se produce a partir de madera, pastos o partes no comestibles de plantas. Además, algunos estudios han demostrado que el etanol celulósico es potencialmente más rentable y económicamente sostenible que el etanol a base de maíz. A partir de 2018, los esfuerzos para comercializar la producción de etanol celulósico han sido en su mayoría decepcionantes, pero continúan los nuevos esfuerzos comerciales.
El uso de tierras agrícolas para cultivar combustible puede resultar en menos tierra disponible para cultivar alimentos . Dado que la fotosíntesis es inherentemente ineficiente, y los cultivos también requieren cantidades significativas de energía para cosechar, secar y transportar, la cantidad de energía producida por unidad de superficie terrestre es muy pequeña, en el rango de 0,25 W / m 2 a 1,2 W / m 2 . En los Estados Unidos, el etanol a base de maíz ha reemplazado menos del 10% del uso de gasolina para motores desde 2011, pero ha consumido alrededor del 40% de la cosecha anual de maíz en el país. En Malasia e Indonesia, la tala de bosques para producir aceite de palma para biodiesel ha tenido serios efectos sociales y ambientales , ya que estos bosques son sumideros de carbono críticos y hábitats para especies en peligro de extinción. En 2015, la producción mundial anual de biocombustibles líquidos equivalía al 1,8% de la energía extraída del petróleo crudo. Se ha sugerido que, debido a las cantidades limitadas que se pueden producir de manera sostenible, todo debería ser biocombustible de aviación : porque a diferencia de otras formas de transporte, la aviación de larga distancia no puede funcionar con baterías, hidrógeno, amoníaco o pilas de combustible.
Geotermia
La energía geotérmica se produce aprovechando la energía térmica creada y almacenada dentro de la tierra. Surge de la desintegración radiactiva de un isótopo de potasio y otros elementos que se encuentran en la corteza terrestre. La energía geotérmica se puede obtener perforando el suelo, muy similar a la exploración petrolera, y luego es transportada por un fluido caloportador (por ejemplo, agua, salmuera o vapor). Dentro de estos sistemas dominados por líquidos, existen posibles preocupaciones de hundimiento y contaminación de los recursos de agua subterránea. Por lo tanto, la protección de los recursos hídricos subterráneos es necesaria en estos sistemas. Esto significa que es necesaria una cuidadosa producción e ingeniería de yacimientos en los sistemas de yacimientos geotérmicos dominados por líquidos. La energía geotérmica se considera sostenible porque la energía térmica se repone constantemente.
La energía geotérmica se puede aprovechar para generar electricidad y para calefacción. Las tecnologías en uso incluyen centrales eléctricas de vapor seco, centrales eléctricas de vapor flash y centrales eléctricas de ciclo binario. A partir de 2010, la generación de electricidad geotérmica se utiliza en 24 países, mientras que la calefacción geotérmica se utiliza en 70 países. Los mercados internacionales crecieron a una tasa promedio anual del 5 por ciento durante los tres años hasta 2015.
La energía geotérmica se considera una fuente de energía sostenible y renovable porque la extracción de calor es pequeña en comparación con el contenido de calor de la Tierra . Las emisiones de gases de efecto invernadero de las estaciones eléctricas geotérmicas son en promedio de 45 gramos de dióxido de carbono por kilovatio-hora de electricidad, o menos del 5 por ciento de las de las plantas convencionales de carbón.
Energía marina
La energía marina es principalmente energía de las mareas y de las olas . A partir de 2020, algunas pequeñas plantas de energía mareomotriz están operando en Francia y China, y los ingenieros continúan intentando hacer que los equipos de energía undimotriz sean más robustos contra las tormentas.
Fuentes de energía no renovables
La energía nuclear
Las plantas de energía nuclear se han utilizado desde la década de 1950 para producir un suministro constante de electricidad sin emisiones , sin generar contaminación atmosférica local . En 2012, las plantas de energía nuclear en 30 países generaron el 11% de la electricidad mundial. El IPCC considera que la energía nuclear es una fuente de energía baja en carbono, con emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida (incluida la extracción y procesamiento de uranio ), similares a las emisiones de fuentes de energía renovables. A partir de 2020, la energía nuclear proporciona el 50% de la electricidad baja en carbono de la Unión Europea y el 26% de la producción total de energía en Europa.
Existe una controversia considerable sobre si la energía nuclear puede considerarse sostenible, con debates que giran en torno al riesgo de accidentes nucleares , el costo y el tiempo de construcción necesarios para construir nuevas plantas, la generación de desechos nucleares radiactivos y el potencial de la energía nuclear para contribuir a proliferación nuclear . Estas preocupaciones han estimulado el movimiento antinuclear y han provocado una disminución en la contribución de la energía nuclear al suministro eléctrico mundial desde 1993. A nivel mundial, la oposición a la energía nuclear se situó en el 62 por ciento en 2011. El apoyo público a la energía nuclear es a menudo baja como resultado de problemas de seguridad, sin embargo, por cada unidad de energía producida, la energía nuclear es mucho más segura que la energía de combustibles fósiles. El mineral de uranio que se utiliza para alimentar las plantas de fisión nuclear es un recurso no renovable, pero existen cantidades suficientes para proporcionar un suministro durante cientos de años.
2emisiones en Alemania a 27 de mayo de 2020 con CO
2intensidad de 257 gCO2eq / kWh. Fuente: electricmap.org
Los grupos ecologistas tradicionales como Greenpeace y el Sierra Club se oponen a todo uso de la energía nuclear. Las personas que han descrito la energía nuclear como una fuente de energía verde incluyen al filántropo Bill Gates y al ambientalista James Lovelock .
Continúa la evaluación de la seguridad de las plantas de energía nuclear que ya están en funcionamiento para extender su vida útil, quizás hasta 80 años. Independientemente de los accidentes pasados, la energía nuclear sigue siendo la fuente de energía más segura disponible por unidad de energía en comparación con otras fuentes.
Algunos diseños de reactores nucleares más nuevos son capaces de extraer energía de los desechos nucleares hasta que ya no sean (o significativamente menos) peligrosos, y tienen características de diseño que minimizan en gran medida la posibilidad de un accidente nuclear. Estos diseños (por ejemplo, el reactor de sales fundidas ) aún no se han comercializado. El torio es un material fisionable utilizado en la energía nuclear a base de torio . El ciclo del combustible del torio presenta varias ventajas potenciales sobre un ciclo del combustible del uranio , entre las que se incluyen una mayor abundancia , propiedades físicas y nucleares superiores, una mejor resistencia a la proliferación de armas nucleares y una producción reducida de plutonio . Por lo tanto, a veces se lo denomina sostenible.
Fusión
Una posible fuente de energía es la fusión nuclear (a diferencia de la fisión nuclear que se usa en la actualidad). Es la reacción que existe en las estrellas, incluido el Sol. Se espera que los reactores de fusión actualmente en construcción ( ITER ) sean intrínsecamente seguros debido a la falta de reacción en cadena y no produzcan desechos nucleares de larga duración. El combustible para los reactores de fusión nuclear son el deuterio , el litio y el tritio , que se encuentran ampliamente disponibles .
Sistema de energía sostenible
Captura y almacenamiento de carbono
En teoría, las emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales eléctricas de biomasa y combustibles fósiles pueden reducirse significativamente mediante la captura y almacenamiento de carbono , aunque este proceso es caro. Según el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático , la ruta de menor costo para alcanzar el objetivo de 2 ° C incluye el despliegue masivo de un tipo específico de tecnología de emisiones negativas llamada bioenergía con captura y secuestro de carbono , o BECCS. Sin embargo, lograr este objetivo a través de BECCS requiere más recursos de los que están disponibles actualmente en todo el mundo. Por ejemplo, para capturar 10 mil millones de toneladas de CO 2 por año (GtCO 2 / año) se requeriría biomasa del 40 por ciento de las tierras de cultivo actuales del mundo.
Manejo de fuentes de energía intermitentes
La energía solar y eólica son fuentes de energía renovable variable (ERV) que suministran electricidad de forma intermitente según el clima y la hora del día. La intermitencia general se puede reducir combinando estas fuentes y, en algunos lugares, las baterías también se pueden combinar para eliminar la intermitencia por completo, de modo que toda la instalación produzca energía distribuible.
La mayoría de las redes eléctricas se construyeron para fuentes de energía no intermitentes, como las centrales eléctricas de carbón. La mitad de la electricidad del mundo deberá ser eólica y solar para 2030, para limitar el aumento global de la temperatura por debajo de los 2 ° C para 2050. A medida que se integran mayores cantidades de energía solar y eólica en la red, es necesario realizar cambios al sistema general para garantizar que el suministro de electricidad se corresponda con la demanda. Estos cambios pueden incluir lo siguiente:
- Utilización de centrales hidroeléctricas, de gas natural o nucleares para producir energía de respaldo
- Usar el almacenamiento de energía de la red para almacenar el exceso de energía solar y eólica y liberarlo según sea necesario. El método de almacenamiento más comúnmente utilizado es la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo , que solo es factible en lugares próximos a una gran colina o una mina subterránea profunda. Las baterías se están utilizando ampliamente. Otras tecnologías de almacenamiento, como power-to-gas, se han utilizado en situaciones limitadas.
- Intercambiar electricidad con otras ubicaciones en una red regional o mediante líneas de transmisión de larga distancia.
- Reducir la demanda de electricidad en determinados momentos mediante la gestión de la demanda energética y el uso de redes inteligentes .
- El mercado de la energía , o más específicamente el mercado de la electricidad , cambia para que la flexibilidad del suministro de energía se pague mejor
A partir de 2019, el costo y la logística del almacenamiento de energía para los grandes centros de población es un desafío importante, aunque el costo de los sistemas de baterías se ha desplomado drásticamente. Por ejemplo, un estudio de 2019 encontró que para que la energía solar y eólica reemplace toda la generación de combustibles fósiles durante una semana de frío extremo en el este y medio oeste de Estados Unidos, la capacidad de almacenamiento de energía tendría que aumentar de los 11 GW existentes en ese momento a entre 230 GW y 280 GW, dependiendo de cuánta energía nuclear se retire.
El almacenamiento por bombeo, así como la carga posterior a las centrales de carbón, gas fósil y energía nuclear son las técnicas más extendidas para equilibrar las fuentes de energía intermitentes a partir de 2020.
Almacen de energia
Algunas tecnologías proporcionan almacenamiento de energía a corto plazo, mientras que otras pueden durar mucho más. El almacenamiento de energía a granel está dominado actualmente por represas hidroeléctricas, tanto convencionales como por bombeo. El almacenamiento de energía de la red es una colección de métodos utilizados para el almacenamiento de energía a gran escala dentro de una red de energía eléctrica.
Ejemplos comunes de almacenamiento de energía son la batería recargable , que almacena electricidad como energía química fácilmente reconvertible en electricidad para regresar a la red, la presa hidroeléctrica , que almacena energía en un depósito como energía potencial gravitacional , y tanques de almacenamiento de hielo , que almacenan hielo congelado. por energía más barata durante la noche para satisfacer la demanda máxima de refrigeración durante el día.
Calor sostenible
Se están debatiendo los roles relativos del calor residual, la energía solar térmica, la geotermia, la electrificación, la biomasa y el hidrógeno en la producción de calor sostenible.
Hidrógeno
El hidrógeno es un combustible de cero emisiones que se puede producir mediante electrólisis para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno puede desempeñar un papel en el almacenamiento de energía en un sistema energético sostenible si la electricidad utilizada para producirlo se genera a partir de fuentes sostenibles, como la eólica o la solar. El hidrógeno se puede producir cuando hay un excedente de electricidad renovable intermitente, luego se almacena y se utiliza para generar calor o para volver a generar electricidad. El hidrógeno se puede distribuir por barco o por tuberías. Se puede mezclar hasta un 20% en tuberías de gas natural sin cambiar las tuberías o los electrodomésticos, pero como el hidrógeno es menos denso en energía, esto solo ahorraría un 7% de las emisiones. A partir de 2020, se están realizando pruebas sobre cómo convertir una red de gas natural en hidrógeno al 100%, con el fin de reducir o eliminar las emisiones de la calefacción de gas natural residencial e industrial. Se puede utilizar para impulsar vehículos que tengan pilas de combustible de hidrógeno . Como tiene un contenido de energía bajo en volumen, es más fácil de usar en barcos impulsados por hidrógeno o vehículos pesados de carretera que en automóviles y aviones.
A partir de 2018, muy poco del suministro mundial de hidrógeno se crea a partir de fuentes sostenibles. Casi todo el hidrógeno se crea mediante reformado con vapor de metano (SMR), que genera altas emisiones de gases de efecto invernadero, pero actualmente es más barato que crear hidrógeno mediante electrólisis. Aunque se podría capturar algo de carbono de SMR, el proceso se puede hacer más sostenible mediante el uso de reformado autotérmico con tecnologías de captura y almacenamiento de carbono para eliminar la mayor parte del dióxido de carbono que se emite.
Cambio de combustible de carbón o madera a gas natural o GLP
En promedio, para una determinada unidad de energía producida, las emisiones de gases de efecto invernadero del gas natural son aproximadamente la mitad de las emisiones del carbón cuando se usa para generar electricidad, y alrededor de dos tercios de las emisiones del carbón cuando se usa para producir calor: sin embargo, reducir las fugas de metano es imperativo. El gas natural también produce una contaminación del aire significativamente menor que el carbón. Por lo tanto, se promueve la construcción de centrales eléctricas de gas y gasoductos como una forma de eliminar gradualmente la contaminación por combustión de carbón y madera (y aumentar el suministro de energía en algunos países africanos con poblaciones o economías en rápido crecimiento); sin embargo, esta práctica es controvertida. Los oponentes argumentan que el desarrollo de la infraestructura de gas natural creará décadas de bloqueo de carbono y activos varados , y que las energías renovables generan muchas menos emisiones a costos comparables. Las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida del gas natural son alrededor de 40 veces las emisiones de la energía eólica y nuclear.
Electrificación
La electrificación es una parte clave del uso de energía de manera sostenible, ya que muchas tecnologías de energía sostenible convencionales se basan en la electricidad. En 2018, se estima que 860 millones de personas no tienen electricidad, de los cuales 600 millones se encuentran en África subsahariana . Según un informe de 2019 de la AIE, en el África subsahariana "los esfuerzos actuales y planificados para proporcionar acceso a servicios energéticos modernos apenas superan el crecimiento de la población" y aún dejarían a más de 500 millones de personas sin electricidad y a más de mil millones sin una cocina limpia. 2030. Pero según el informe, esto se puede mejorar enormemente, en parte acelerando la electrificación.
Políticas energéticas gubernamentales
Según el IPCC, tanto la fijación de precios explícita del carbono como las políticas energéticas específicas complementarias son mecanismos necesarios para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C.
Históricamente, los programas y regulaciones de energía específica han sido el pilar de los esfuerzos para reducir las emisiones de combustibles fósiles. Los casos exitosos incluyen la construcción de reactores nucleares en Francia en las décadas de 1970 y 1980, y estándares de eficiencia de combustible en los Estados Unidos que conservaron miles de millones de barriles de petróleo. Otros ejemplos de políticas específicas de energía incluyen los requisitos de eficiencia energética en los códigos de construcción, la prohibición de nuevas plantas eléctricas de carbón, los estándares de rendimiento para los aparatos eléctricos y el apoyo al uso de vehículos eléctricos . Sin embargo, los subsidios a los combustibles fósiles siguen siendo una barrera clave para la transición a un sistema de energía limpia.
Los impuestos al carbono son una forma eficaz de fomentar el movimiento hacia una economía baja en carbono , al tiempo que proporcionan una fuente de ingresos que se puede utilizar para reducir otros impuestos o para ayudar a los hogares de menores ingresos a afrontar mayores costos de energía. Los impuestos al carbono han encontrado un fuerte retroceso político en algunas jurisdicciones, mientras que las políticas energéticas específicas tienden a ser políticamente más seguras. Según la OCDE, el cambio climático no se puede frenar sin impuestos al carbono sobre la energía, pero el 70% de las emisiones de CO2 relacionadas con la energía no se gravaron en absoluto en 2018. Algunos estudios estiman que combinar un impuesto al carbono con políticas específicas de energía sería más costoso. más efectivo que un impuesto al carbono solo.
Ver también
- Impacto medioambiental de la industria energética
- Desinversión de combustibles fósiles
- Emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de las fuentes de energía
- Iniciativa Energía Sostenible para Todos
Referencias
Bibliografía
- Bruckner, T .; et al. (2014). "Capítulo 7: Sistemas de energía" (PDF) . Quinto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático 2014 . págs. 511–597.
- Edenhofer, Ottmar (2014). Cambio Climático 2014: Mitigación del Cambio Climático: Contribución del Grupo de Trabajo III al Quinto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático . Nueva York, NY: Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-05821-7. OCLC 892580682 .Mantenimiento CS1: ref = harv ( enlace )
-
IPCC , 2018: Calentamiento global de 1,5 ° C. Un informe especial del IPCC sobre los impactos del calentamiento global de 1,5 ° C por encima de los niveles preindustriales y las vías de emisión de gases de efecto invernadero relacionadas, en el contexto del fortalecimiento de la respuesta global a la amenaza del cambio climático, el desarrollo sostenible y los esfuerzos para erradicar la pobreza. [V. Masson-Delmotte, P. Zhai, HO Pörtner, D. Roberts, J. Skea, PR Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, JBR Matthews, Y. Chen , X. Zhou, MI Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, T. Waterfield (eds.)].
- Sitio web del informe , capítulos I a V
- Resumen para formuladores de políticas , 32 págs.
- Declaraciones de titulares , 2 págs.
- Resumen técnico , 22 págs.
- Preguntas frecuentes , 24 págs.
- Glosario , 24 págs.
- Kutscher, CF; Milford, JB; Kreith, F. (2018). Principios de sistemas energéticos sostenibles, tercera edición . Serie de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial. Prensa CRC. ISBN 978-0-429-93916-7. Consultado el 10 de febrero de 2019 .Mantenimiento CS1: ref = harv ( enlace )
- Smil, Vaclav (2017a). Transiciones energéticas: perspectivas globales y nacionales . Santa Bárbara, California: Praeger, una editorial de ABC-CLIO, LLC. ISBN 978-1-4408-5324-1. OCLC 955778608 .Mantenimiento CS1: ref = harv ( enlace )
- Smil, Vaclav (2017b). Energía y civilización: una historia . Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. ISBN 978-0-262-03577-4. OCLC 959698256 .Mantenimiento CS1: ref = harv ( enlace )
- Tester, Jefferson (2012). Energía sostenible: elegir entre opciones . Cambridge, MA: MIT Press. ISBN 978-0-262-01747-3. OCLC 892554374 .Mantenimiento CS1: ref = harv ( enlace )