Energía sostenible - Sustainable energy
El uso de la energía se considera sostenible si "satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades". Existen muchas definiciones de energía sostenible. La mayoría incluye aspectos ambientales como las emisiones de gases de efecto invernadero y aspectos sociales y económicos como la pobreza energética . Las fuentes de energía renovable como la energía eólica , hidroeléctrica , solar y geotérmica son generalmente mucho más sostenibles que las fuentes de combustibles fósiles. Sin embargo, algunos proyectos de energía renovable, como la tala de bosques para producir biocombustibles , pueden causar graves daños ambientales. El papel de las fuentes de energía no renovables ha sido controvertido. La energía nuclear es una fuente de bajas emisiones de carbono cuyas tasas históricas de mortalidad son comparables a las de la energía eólica y solar, pero su sostenibilidad se ha debatido debido a las preocupaciones sobre los desechos radiactivos , la proliferación nuclear y los accidentes . El cambio del carbón al gas natural tiene beneficios ambientales, incluido un menor impacto climático, pero puede retrasar el cambio a opciones más sostenibles. La captura y el almacenamiento de carbono se pueden incorporar a las centrales eléctricas para eliminar su CO
2 emisiones, pero es costoso y rara vez se ha implementado.
El ochenta y cinco por ciento de la energía mundial se deriva de los combustibles fósiles y el sistema energético global es responsable del 76% de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre que causan el cambio climático . Alrededor de 790 millones de personas en los países en desarrollo carecen de acceso a la electricidad y 2.600 millones dependen de combustibles contaminantes como la madera o el carbón vegetal para cocinar. Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a niveles consistentes con el Acuerdo de París de 2015 requerirá una transformación en todo el sistema de la forma en que se produce, distribuye, almacena y consume la energía. La quema de combustibles fósiles y biomasa es uno de los principales contribuyentes a la contaminación del aire , que causa aproximadamente 7 millones de muertes cada año. Por lo tanto, la transición a un sistema energético con bajas emisiones de carbono tendría importantes beneficios colaterales para la salud humana. Existen vías para proporcionar acceso universal a la electricidad y la cocina limpia de formas que sean compatibles con los objetivos climáticos, al tiempo que aportan importantes beneficios económicos y de salud a los países en desarrollo.
Los escenarios de mitigación del cambio climático describen vías en las que el mundo cambiaría a métodos de generación de electricidad de bajas emisiones, dependería menos de la quema de combustibles para obtener energía y dependería más de la electricidad . Para algunas tecnologías y procesos que consumen mucha energía y que son difíciles de electrificar, muchos escenarios describen un papel cada vez más importante para el combustible de hidrógeno producido a partir de fuentes de energía de bajas emisiones. Para dar cabida a una mayor proporción de energía renovable variable , las redes eléctricas requieren flexibilidad a través de la infraestructura, como el almacenamiento de energía . Para lograr reducciones profundas en las emisiones, la infraestructura y las tecnologías que usan energía, como los edificios y los sistemas de transporte, deberían cambiarse para usar formas limpias de energía y también para conservar energía . Algunas tecnologías críticas para eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con la energía aún no están maduras.
La energía eólica y solar generó el 8,5% de la electricidad mundial en 2019. Esta proporción ha crecido rápidamente, mientras que los costos han caído y se prevé que continúen cayendo. El IPCC estima que el 2,5% del PIB mundial debería invertirse en el sistema energético cada año entre 2016 y 2035 para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C (2,7 ° F). Las políticas gubernamentales bien diseñadas que promueven la transformación del sistema energético pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aire. En muchos casos también aumentan la seguridad energética . Los enfoques de políticas incluyen la fijación de precios del carbono , los estándares de la cartera de energías renovables , la eliminación gradual de los subsidios a los combustibles fósiles y el desarrollo de infraestructura para respaldar la electrificación y el transporte sostenible. También es importante financiar la investigación, el desarrollo y la demostración de nuevas tecnologías de energía limpia.
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Definiciones y antecedentes
"La energía es el hilo de oro que conecta el crecimiento económico, una mayor equidad social y un medio ambiente que permite que el mundo prospere. El desarrollo no es posible sin energía, y el desarrollo sostenible no es posible sin energía sostenible".
Secretario General de la ONU, Ban Ki-moon
Definiciones
La Comisión Brundtland de las Naciones Unidas describió el concepto de desarrollo sostenible , para el cual la energía es un componente clave, en su informe de 1987 Nuestro futuro común . Definió el desarrollo sostenible como la satisfacción de "las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades". Desde entonces, esta descripción del desarrollo sostenible ha sido referenciada en muchas definiciones y explicaciones de energía sostenible.
Ninguna interpretación única de cómo se aplica el concepto de sostenibilidad a la energía ha ganado aceptación mundial. Las definiciones prácticas de energía sostenible abarcan múltiples dimensiones de la sostenibilidad, como las ambientales, económicas y sociales. Históricamente, el concepto de desarrollo energético sostenible se ha centrado en las emisiones y en la seguridad energética . Desde principios de la década de 1990, el concepto se ha ampliado para abarcar cuestiones sociales y económicas más amplias.
La dimensión ambiental de la sostenibilidad incluye las emisiones de gases de efecto invernadero , los impactos en la biodiversidad y los ecosistemas, los desechos peligrosos y las emisiones tóxicas, el consumo de agua y el agotamiento de los recursos no renovables. Las fuentes de energía con bajo impacto ambiental a veces se denominan energía verde o energía limpia . La dimensión económica de la sostenibilidad abarca el desarrollo económico, el uso eficiente de la energía y la seguridad energética para garantizar que cada país tenga acceso constante a suficiente energía. Los problemas sociales incluyen el acceso a energía asequible y confiable para todas las personas, los derechos de los trabajadores y los derechos a la tierra.
Cuestiones ambientales
El sistema energético actual contribuye a muchos problemas ambientales, incluido el cambio climático , la contaminación del aire , la pérdida de biodiversidad , la liberación de toxinas al medio ambiente y la escasez de agua. A partir de 2019, el 85% de las necesidades energéticas del mundo se satisfacen mediante la quema de combustibles fósiles. La producción y el consumo de energía son responsables del 76% de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero causadas por el hombre a partir de 2018. El Acuerdo internacional de París de 2015 sobre el cambio climático tiene como objetivo limitar el calentamiento global a muy por debajo de 2 ° C (3,6 ° F) y preferiblemente a 1,5 ° C (2,7 ° F); Lograr este objetivo requerirá que las emisiones se reduzcan lo antes posible y alcancen el cero neto para mediados de siglo.
La quema de combustibles fósiles y biomasa es una fuente importante de contaminación del aire, que causa aproximadamente 7 millones de muertes cada año. La quema de combustibles fósiles en plantas de energía, vehículos y fábricas es la principal fuente de emisiones que se combinan con el oxígeno en la atmósfera para causar lluvia ácida . La contaminación del aire es la segunda causa principal de muerte por enfermedades no infecciosas. Alrededor del 91% de la población mundial vive con niveles de contaminación del aire que superan los límites recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Cocinar con combustibles contaminantes como leña, estiércol de animales, carbón o queroseno es responsable de casi toda la contaminación del aire en interiores, que causa aproximadamente entre 1,6 y 3,8 millones de muertes al año y también contribuye significativamente a la contaminación del aire en exteriores. Los efectos sobre la salud se concentran entre las mujeres, que probablemente sean responsables de cocinar, y los niños pequeños.
Los impactos ambientales se extienden más allá de los subproductos de la combustión. Los derrames de petróleo en el mar dañan la vida marina y pueden provocar incendios que liberan emisiones tóxicas. Alrededor del 10% del uso mundial de agua se destina a la producción de energía, principalmente para refrigeración en plantas de energía térmica. En las regiones secas, esto contribuye a la escasez de agua . La producción de bioenergía, la minería y el procesamiento del carbón y la extracción de petróleo también requieren grandes cantidades de agua. La recolección excesiva de madera y otros materiales combustibles para quemarlos puede causar graves daños ambientales locales, incluida la desertificación .
Metas de desarrollo sostenible
Satisfacer las demandas energéticas actuales y futuras de manera sostenible es un desafío crítico para el objetivo global de limitar el cambio climático al tiempo que se mantiene el crecimiento económico y se permite que mejoren los niveles de vida. La energía confiable y asequible, en particular la electricidad, es esencial para la atención médica, la educación y el desarrollo económico. A partir de 2020, 790 millones de personas en los países en desarrollo no tienen acceso a la electricidad y alrededor de 2.600 millones dependen de la quema de combustibles contaminantes para cocinar.
Mejorar el acceso a la energía en los países menos desarrollados y hacer que la energía sea más limpia son fundamentales para lograr la mayoría de los Objetivos de Desarrollo Sostenible 2030 de las Naciones Unidas , que abarcan temas que van desde la acción climática hasta la igualdad de género . El Objetivo de Desarrollo Sostenible 7 pide "acceso a energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todos", incluido el acceso universal a la electricidad y a instalaciones de cocina limpias para 2030.
Conservación de energía
La eficiencia energética (usar menos energía para entregar los mismos bienes o servicios) es una piedra angular de muchas estrategias de energía sostenible. La Agencia Internacional de Energía (AIE) ha estimado que el aumento de la eficiencia energética podría lograr el 40% de las reducciones de emisiones de gases de efecto invernadero necesarias para cumplir con los objetivos del Acuerdo de París.
La energía se puede conservar aumentando la eficiencia técnica de electrodomésticos, vehículos, procesos industriales y edificios. Otro enfoque es utilizar menos materiales cuya producción requiere mucha energía, por ejemplo, mediante un mejor diseño de edificios y reciclaje. Los cambios de comportamiento, como el uso de videoconferencias en lugar de vuelos de negocios, o realizar viajes urbanos en bicicleta, a pie o en transporte público en lugar de en automóvil, son otra forma de conservar energía. Las políticas gubernamentales para mejorar la eficiencia pueden incluir códigos de construcción , estándares de desempeño , precios del carbono y el desarrollo de infraestructura energéticamente eficiente para fomentar cambios en los modos de transporte .
La intensidad energética de la economía global (la cantidad de energía consumida por unidad de PIB ) es un indicador aproximado de la eficiencia energética de la producción económica. En 2010, la intensidad energética global fue de 5,6 megajulios (1,6 kWh ) por dólar estadounidense de PIB. Los objetivos de las Naciones Unidas exigen que la intensidad energética disminuya en un 2,6% cada año entre 2010 y 2030. En los últimos años, este objetivo no se ha cumplido. Por ejemplo, entre 2017 y 2018, la intensidad energética disminuyó solo un 1,1%. Las mejoras en la eficiencia a menudo conducen a un efecto rebote en el que los consumidores utilizan el dinero que ahorran para comprar bienes y servicios que consumen más energía. Por ejemplo, las recientes mejoras en la eficiencia técnica en el transporte y los edificios se han visto compensadas en gran medida por las tendencias en el comportamiento de los consumidores, como la compra de vehículos y viviendas más grandes.
Fuentes energéticas sostenibles
Fuentes de energía renovable
Las fuentes de energía renovables son esenciales para la energía sostenible, ya que generalmente refuerzan la seguridad energética y emiten muchos menos gases de efecto invernadero que los combustibles fósiles . Los proyectos de energía renovable a veces plantean problemas de sostenibilidad importantes, como riesgos para la biodiversidad cuando áreas de alto valor ecológico se convierten en producción de bioenergía o en parques eólicos o solares.
La energía hidroeléctrica es la mayor fuente de electricidad renovable, mientras que la energía solar y eólica están creciendo rápidamente. La energía solar fotovoltaica y la eólica terrestre son las formas más baratas de nueva capacidad de generación de energía en la mayoría de los países. Para más de la mitad de los 770 millones de personas que actualmente carecen de acceso a la electricidad, es probable que las soluciones descentralizadas de energía renovable , como las minirredes alimentadas con energía solar, sean el método más barato para proporcionarla para 2030. Los objetivos de las Naciones Unidas para 2030 incluyen aumentar sustancialmente la proporción de energía renovable en el suministro energético mundial.
Solar
El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra, un recurso limpio y disponible en abundancia en muchas regiones. En 2019, la energía solar proporcionó alrededor del 3% de la electricidad mundial, principalmente a través de paneles solares basados en células fotovoltaicas (PV). Los paneles se montan en la parte superior de los edificios o se instalan en parques solares a gran escala . Los costos de las células solares fotovoltaicas se han reducido rápidamente, impulsando un fuerte crecimiento en la capacidad mundial. El costo de la electricidad de las nuevas granjas solares es competitivo o, en muchos lugares, más barato que la electricidad de las plantas de carbón existentes. Varias proyecciones del uso futuro de la energía identifican a la energía solar fotovoltaica como una de las principales fuentes de generación de energía en una combinación sostenible.
La mayoría de los componentes de los paneles solares se pueden reciclar fácilmente, pero esto no siempre se hace sin una regulación. Los paneles suelen contener metales pesados , por lo que plantean riesgos medioambientales si se depositan en vertederos . Se necesitan menos de dos años para que un panel solar produzca tanta energía como se utilizó para su producción. Se necesita menos energía si los materiales se reciclan en lugar de extraerlos.
En la energía solar concentrada , los rayos solares se concentran mediante un campo de espejos, calentando un fluido. La electricidad se produce a partir del vapor resultante con una máquina térmica . La energía solar concentrada puede respaldar la generación de energía despachable , ya que parte del calor generalmente se almacena para permitir que se genere electricidad cuando sea necesario. Además de la producción de electricidad, la energía solar se utiliza de forma más directa; Los sistemas de calefacción solar térmica se utilizan para la producción de agua caliente, calefacción de edificios, secado y desalinización.
Energía eólica
El viento ha sido un importante impulsor del desarrollo durante milenios, proporcionando energía mecánica para procesos industriales, bombas de agua y barcos de vela. Las turbinas eólicas modernas se utilizan para generar electricidad y proporcionaron aproximadamente el 6% de la electricidad mundial en 2019. La electricidad de los parques eólicos terrestres suele ser más barata que las plantas de carbón existentes y competitiva con el gas natural y la energía nuclear. Las turbinas eólicas también se pueden colocar en alta mar, donde los vientos son más estables y más fuertes que en tierra, pero los costos de construcción y mantenimiento son más altos.
Los parques eólicos terrestres, a menudo construidos en áreas silvestres o rurales, tienen un impacto visual en el paisaje. Si bien las colisiones con turbinas eólicas matan tanto a los murciélagos como a las aves, estos impactos son menores que los de otras infraestructuras como ventanas y líneas de transmisión . El ruido y la luz parpadeante creados por las turbinas pueden causar molestias y restringir la construcción cerca de áreas densamente pobladas. La energía eólica, a diferencia de las centrales nucleares y de combustibles fósiles, no consume agua. Se necesita poca energía para la construcción de turbinas eólicas en comparación con la energía producida por la propia planta de energía eólica. Las palas de las turbinas no son totalmente reciclables y se está investigando sobre métodos de fabricación de palas más fáciles de reciclar.
Energía hidroeléctrica
Las plantas hidroeléctricas convierten la energía del agua en movimiento en electricidad. En 2020, la energía hidroeléctrica suministró el 17% de la electricidad mundial, en comparación con un máximo de casi el 20% a mediados y finales del siglo XX.
En la energía hidroeléctrica convencional, se crea un embalse detrás de una presa. Las centrales hidroeléctricas convencionales proporcionan un suministro de electricidad distribuible y muy flexible . Se pueden combinar con energía eólica y solar para satisfacer los picos de demanda y para compensar cuando el viento y el sol están menos disponibles.
En comparación con las instalaciones basadas en embalses, la hidroelectricidad de pasada por lo general tiene menos impacto ambiental. Sin embargo, su capacidad para generar energía depende del caudal del río, que puede variar con el clima diario y estacional. Los embalses proporcionan controles de la cantidad de agua que se utilizan para el control de inundaciones y la producción flexible de electricidad, al mismo tiempo que brindan seguridad durante la sequía para el suministro de agua potable y el riego.
La energía hidroeléctrica se encuentra entre las fuentes de energía con los niveles más bajos de emisiones de gases de efecto invernadero por unidad de energía producida, pero los niveles de emisiones varían enormemente entre proyectos. Las mayores emisiones tienden a ocurrir con grandes represas en regiones tropicales. Estas emisiones se producen cuando la materia biológica que se sumerge en la inundación del embalse se descompone y libera dióxido de carbono y metano. La deforestación y el cambio climático pueden reducir la generación de energía de las represas hidroeléctricas. Dependiendo de la ubicación, las grandes represas pueden desplazar a los residentes y causar un daño ambiental local significativo; la falla potencial de la presa podría poner en riesgo a la población circundante.
Geotermia
La energía geotérmica se produce aprovechando el calor subterráneo profundo y aprovechándolo para generar electricidad o calentar agua y edificios. El uso de energía geotérmica se concentra en regiones donde la extracción de calor es económica: se necesita una combinación de altas temperaturas, flujo de calor y permeabilidad (la capacidad de la roca para permitir el paso de fluidos). La energía se produce a partir del vapor creado en depósitos subterráneos. La energía geotérmica proporcionó menos del 1% del consumo mundial de energía en 2020.
La energía geotérmica es un recurso renovable porque la energía térmica se repone constantemente de las regiones vecinas más cálidas y la desintegración radiactiva de los isótopos naturales . En promedio, las emisiones de gases de efecto invernadero de la electricidad geotérmica son menos del 5% que las de la electricidad a base de carbón. La energía geotérmica conlleva el riesgo de provocar terremotos, necesita una protección eficaz para evitar la contaminación del agua y libera emisiones tóxicas que pueden capturarse.
Bioenergía
La biomasa es material orgánico renovable que proviene de plantas y animales. Puede quemarse para producir calor y electricidad o convertirse en biocombustibles como biodiésel y etanol, que se pueden utilizar para impulsar vehículos.
El impacto climático de la bioenergía varía considerablemente dependiendo de dónde provienen las materias primas de biomasa y cómo se cultivan. Por ejemplo, quemar madera para obtener energía libera dióxido de carbono; esas emisiones pueden compensarse significativamente si los árboles que fueron cosechados se reemplazan por árboles nuevos en un bosque bien administrado, ya que los árboles nuevos absorberán dióxido de carbono del aire a medida que crecen. Sin embargo, el establecimiento y cultivo de cultivos bioenergéticos puede desplazar ecosistemas naturales , degradar suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. Aproximadamente un tercio de toda la madera utilizada como combustible se cosecha de manera insostenible. Las materias primas para bioenergía normalmente requieren cantidades importantes de energía para cosechar, secar y transportar; el uso de energía para estos procesos puede emitir gases de efecto invernadero. En algunos casos, los impactos del cambio de uso de la tierra , el cultivo y el procesamiento pueden resultar en mayores emisiones totales de carbono para la bioenergía en comparación con el uso de combustibles fósiles.
El uso de tierras de cultivo para el cultivo de biomasa puede resultar en que haya menos tierra disponible para cultivar alimentos . En Estados Unidos, alrededor del 10% de la gasolina de motor ha sido reemplazada por etanol a base de maíz , que requiere una proporción significativa de la cosecha. 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 diversas especies. Dado que la fotosíntesis captura solo una pequeña fracción de la energía de la luz solar, producir una determinada cantidad de bioenergía requiere una gran cantidad de tierra en comparación con otras fuentes de energía renovable.
Los biocombustibles de segunda generación que se producen a partir de plantas no alimentarias o residuos reducen la competencia con la producción de alimentos, pero pueden tener otros efectos negativos, como compensaciones con las áreas de conservación y la contaminación del aire local. Las fuentes de biomasa relativamente sostenibles incluyen algas , desechos y cultivos que crecen en suelos no aptos para la producción de alimentos. Si la fuente de biomasa son residuos agrícolas o municipales, quemarlos o convertirlos en biogás proporciona una forma de eliminar estos residuos.
La tecnología de captura y almacenamiento de carbono se puede utilizar para capturar las emisiones de las plantas de energía bioenergética. Este proceso se conoce como bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) y puede resultar en la eliminación neta de dióxido de carbono de la atmósfera. Sin embargo, BECCS también puede resultar en emisiones netas positivas dependiendo de cómo se cultive, recolecte y transporte el material de biomasa. El despliegue de BECCS a las escalas descritas en algunas vías de mitigación del cambio climático requeriría convertir grandes cantidades de tierras de cultivo.
Energía marina
La energía marina tiene la participación más pequeña del mercado energético. Abarca la energía de las mareas , que se acerca a la madurez, y la energía de las olas , que se encuentra en una etapa más temprana de su desarrollo. Dos sistemas de barrera de mareas en Francia y Corea del Sur representan el 90% de la producción mundial. Si bien los dispositivos de energía marina individuales representan un riesgo mínimo para el medio ambiente, los impactos de los dispositivos más grandes son menos conocidos.
Fuentes de energía no renovables
Cambio y mitigación de combustibles fósiles
El cambio del carbón al gas natural tiene ventajas en términos de sostenibilidad. Para una determinada unidad de energía producida, 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 o nuclear, pero son mucho menores que las del carbón. El gas natural produce alrededor de la mitad de las emisiones de carbón cuando se usa para generar electricidad y alrededor de dos tercios de las emisiones de carbón cuando se usa para producir calor. La reducción de las fugas de metano en el proceso de extracción y transporte de gas natural podría disminuir aún más su impacto climático. El gas natural produce menos contaminación del aire que el carbón.
El cambio de carbón a gas natural reduce las emisiones a corto plazo, sin embargo, a largo plazo, no proporciona un camino hacia cero emisiones netas . El desarrollo de la infraestructura de gas natural pone en riesgo el bloqueo de carbono y los activos varados , donde la nueva infraestructura fósil se compromete con décadas de emisiones de carbono o debe cancelarse antes de obtener ganancias.
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 (CAC). La mayoría de los estudios utilizan la suposición de trabajo de que la CCS puede capturar entre el 85 y el 90% del CO
2emisiones de una planta de energía. Si el 90% del CO emitido
2se captura de una central eléctrica de carbón, sus emisiones no capturadas aún serían muchas veces mayores que las emisiones de energía nuclear, solar o eólica por unidad de electricidad producida. Dado que las plantas de carbón que utilizan CCS serían menos eficientes, requerirían más carbón y, por lo tanto, aumentarían la contaminación asociada con la minería y el transporte de carbón. El proceso de CCS es caro, y los costes dependen considerablemente de la proximidad de la ubicación a la geología adecuada para el almacenamiento de dióxido de carbono . El despliegue de esta tecnología todavía es muy limitado, con solo 21 plantas de CCS a gran escala en funcionamiento en todo el mundo a partir de 2020.
La energía nuclear
Las plantas de energía nuclear se han utilizado desde la década de 1950 como una fuente de electricidad de base con bajas emisiones de carbono . Las plantas de energía nuclear en más de 30 países generan alrededor del 10% de la electricidad mundial. A partir de 2019, la energía nuclear generó más de una cuarta parte de toda la energía baja en carbono, lo que la convierte en la segunda fuente más grande después de la energía hidroeléctrica.
Las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de la energía nuclear, incluida la extracción y el procesamiento de uranio, son similares a las emisiones de las fuentes de energía renovable. La energía nuclear utiliza poca tierra por unidad de energía producida, en comparación con las principales energías renovables, y no genera contaminación atmosférica local. 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 o miles de años. Las vías de mitigación del cambio climático consistentes con objetivos ambiciosos suelen ver un aumento en el suministro de energía nuclear.
Existe controversia sobre si la energía nuclear es sostenible, en parte debido a las preocupaciones sobre los desechos nucleares , la proliferación de armas nucleares y los accidentes . Los desechos nucleares radiactivos deben gestionarse en escalas de tiempo de varias generaciones y las plantas de energía nuclear crean material fisionable que se puede utilizar como armamento. Por cada unidad de energía producida, la energía nuclear ha causado muchas menos muertes accidentales y relacionadas con la contaminación que los combustibles fósiles, y la tasa histórica de mortalidad de la energía nuclear es comparable a la de las fuentes renovables. La oposición pública a la energía nuclear a menudo hace que las plantas nucleares sean políticamente difíciles de implementar.
Reducir el tiempo y el costo de construir nuevas plantas nucleares ha sido un objetivo durante décadas, pero los costos siguen siendo altos y los plazos prolongados. Se están desarrollando varias formas nuevas de energía nuclear, con la esperanza de abordar los inconvenientes de las plantas convencionales. Los reactores reproductores rápidos son capaces de reciclar desechos nucleares y, por lo tanto, pueden reducir significativamente la cantidad de desechos que requieren eliminación geológica , pero aún no se han implementado a gran escala comercial. La energía nuclear basada en torio (en lugar de uranio) puede proporcionar una mayor seguridad energética para los países que no tienen un gran suministro de uranio. Los reactores modulares pequeños pueden tener varias ventajas sobre los reactores grandes actuales: debería ser posible construirlos más rápido y su modularización permitiría reducir los costos mediante el aprendizaje práctico . Varios países están intentando desarrollar reactores de fusión nuclear, los cuales generarían pequeñas cantidades de desechos y sin riesgo de explosiones.
Transformación del sistema energético
Las reducciones de emisiones necesarias para mantener el calentamiento global por debajo de 2 ° C requerirán una transformación en todo el sistema de la forma en que se produce, distribuye, almacena y consume la energía. Para que una sociedad reemplace una forma de energía por otra, deben cambiar múltiples tecnologías y comportamientos en el sistema energético. Por ejemplo, la transición del petróleo a la energía solar como fuente de energía para los automóviles requiere la generación de electricidad solar, modificaciones en la red eléctrica para adaptarse a las fluctuaciones en la producción de paneles solares y una mayor demanda general, adopción de automóviles eléctricos y redes de carga de vehículos eléctricos. instalaciones y talleres de reparación.
Muchos escenarios de mitigación del cambio climático prevén tres aspectos principales de un sistema energético con bajas emisiones de carbono:
- El uso de fuentes de energía de bajas emisiones para producir electricidad.
- Electrificación : es un mayor uso de electricidad en lugar de quemar directamente combustibles fósiles.
- Adopción acelerada de medidas de eficiencia energética
Algunas tecnologías y procesos que consumen mucha energía son difíciles de electrificar, como la aviación, el transporte marítimo y la fabricación de acero. Hay varias opciones para reducir las emisiones de estos sectores: los biocombustibles y los combustibles sintéticos neutros en carbono pueden impulsar muchos vehículos diseñados para quemar combustibles fósiles; sin embargo, los biocombustibles no se pueden producir de manera sostenible en las cantidades necesarias y los combustibles sintéticos son actualmente muy costosos. Para algunas aplicaciones, la alternativa más destacada a la electrificación es desarrollar un sistema basado en combustible de hidrógeno producido de forma sostenible .
Se espera que la descarbonización total del sistema energético global lleve varias décadas y, en su mayoría, se puede lograr con las tecnologías existentes. La IEA afirma que se necesita más innovación en el sector energético, como en tecnologías de baterías y combustibles neutros en carbono, para alcanzar emisiones netas cero para 2050. El desarrollo de nuevas tecnologías requiere investigación y desarrollo, demostración y reducción de costos mediante el despliegue . La transición a un sistema de energía sin carbono traerá consigo importantes beneficios para la salud humana: la OMS estima que los esfuerzos para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C podrían salvar millones de vidas cada año solo por la contaminación del aire. Con una buena planificación y gestión, existen vías para proporcionar acceso universal a la electricidad y la cocina limpia para el 2030 de forma coherente con los objetivos climáticos. Históricamente, varios países han obtenido rápidos beneficios económicos gracias al uso del carbón. Sin embargo, sigue habiendo una ventana de oportunidad para que muchos países y regiones pobres " salten " la dependencia de los combustibles fósiles desarrollando sus sistemas energéticos basados en energías renovables, dada la inversión internacional adecuada y la transferencia de conocimientos.
Integrando fuentes de energía variables
Para suministrar electricidad confiable a partir de fuentes variables de energía renovable, como la eólica y la solar, los sistemas de energía eléctrica requieren flexibilidad. La mayoría de las redes eléctricas se construyeron para fuentes de energía no intermitentes, como las centrales eléctricas de carbón. A medida que se integran mayores cantidades de energía solar y eólica en la red, se deben realizar cambios en el sistema energético para garantizar que el suministro de electricidad se adapte a la demanda. En 2019, estas fuentes generaron el 8,5% de la electricidad mundial, una proporción que ha crecido rápidamente.
Hay varias formas de flexibilizar el sistema eléctrico. En muchos lugares, la generación eólica y solar son complementarias a escala diaria y estacional: hay más viento durante la noche y en invierno cuando la producción de energía solar es baja. La vinculación de diferentes regiones geográficas a través de líneas de transmisión de larga distancia permite cancelar aún más la variabilidad. La demanda de energía se puede cambiar en el tiempo a través de la gestión de la demanda de energía y el uso de redes inteligentes , coincidiendo con los momentos en que la producción de energía variable es más alta. Con el almacenamiento de energía de la red , la energía producida en exceso puede liberarse cuando sea necesario. Se podría proporcionar más flexibilidad a partir del acoplamiento sectorial , es decir, acoplar el sector eléctrico al sector de la calefacción y la movilidad a través de sistemas de generación de calor y vehículos eléctricos.
La creación de un exceso de capacidad para la generación eólica y solar puede ayudar a garantizar que se produzca suficiente electricidad incluso con mal tiempo. En un clima óptimo, la generación de energía puede tener que ser reducido si el exceso de electricidad no puede ser utilizado o almacenado. El desajuste final entre la oferta y la demanda puede cubrirse mediante el uso de fuentes de energía despachables como la energía hidroeléctrica, la bioenergía o el gas natural.
Almacen de energia
El almacenamiento de energía ayuda a superar las barreras a la energía renovable intermitente y es un aspecto importante de un sistema de energía sostenible. El método de almacenamiento más utilizado es la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo , que requiere ubicaciones con grandes diferencias de altura y acceso al agua. Las baterías , especialmente las de iones de litio , también se utilizan ampliamente. Las baterías suelen almacenar electricidad durante períodos cortos; Se está investigando una tecnología con capacidad suficiente para durar temporadas. Los costos de las baterías a gran escala en los EE. UU. Han caído alrededor del 70% desde 2015, sin embargo, el costo y la baja densidad energética de las baterías las hacen poco prácticas para el gran almacenamiento de energía necesario para equilibrar las variaciones entre estaciones en la producción de energía. En algunos lugares se ha implementado el almacenamiento de energía hidroeléctrica bombeada y la conversión de energía a gas (conversión de electricidad en gas y viceversa) con capacidad para uso de varios meses.
Electrificación
En comparación con el resto del sistema energético, las emisiones se pueden reducir mucho más rápido en el sector eléctrico. A partir de 2019, el 37% de la electricidad mundial se produce a partir de fuentes bajas en carbono (energías renovables y energía nuclear). Los combustibles fósiles, principalmente carbón, producen el resto del suministro eléctrico. Una de las formas más fáciles y rápidas de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero es eliminar gradualmente las centrales eléctricas de carbón y aumentar la generación de electricidad renovable.
Los escenarios de mitigación del cambio climático prevén una electrificación extensa: el uso de electricidad como sustituto de la quema directa de combustibles fósiles para calentar edificios y para el transporte. Una política climática ambiciosa duplicaría la proporción de energía consumida como electricidad para 2050, desde el 20% en 2020.
Uno de los desafíos para brindar acceso universal a la electricidad es la distribución de energía a las zonas rurales. Los sistemas fuera de la red y mini-red basados en energía renovable, como pequeñas instalaciones solares fotovoltaicas que generan y almacenan suficiente electricidad para una aldea, son soluciones importantes. Un acceso más amplio a electricidad confiable conduciría a un menor uso de iluminación de queroseno y generadores diesel, que actualmente son comunes en el mundo en desarrollo.
La infraestructura para generar y almacenar electricidad renovable requiere minerales y metales, como cobalto y litio para baterías y cobre para paneles solares. El reciclaje puede satisfacer parte de esta demanda si los ciclos de vida de los productos están bien diseñados; sin embargo, lograr cero emisiones netas aún requeriría aumentos importantes en la minería de 17 tipos de metales y minerales. Un pequeño grupo de países o empresas a veces domina los mercados de estos productos básicos, lo que genera preocupaciones geopolíticas. La mayor parte del cobalto del mundo, por ejemplo, se extrae en el Congo , una región políticamente inestable donde la minería a menudo se asocia con riesgos para los derechos humanos. Un abastecimiento geográfico más diverso puede garantizar la estabilidad de la cadena de suministro .
Hidrógeno
El hidrógeno es un gas que se puede quemar para producir calor o que puede alimentar las pilas de combustible para generar electricidad, con cero emisiones en el punto de uso. Las emisiones generales del ciclo de vida del hidrógeno dependen de cómo se produzca. Casi todo el suministro actual de hidrógeno del mundo se crea a partir de combustibles fósiles. El método principal es el reformado de metano con vapor , en el que el hidrógeno se produce a partir de una reacción química entre el vapor y el metano , el principal componente del gas natural. La producción de una tonelada de hidrógeno mediante este proceso emite de 6,6 a 9,3 toneladas de dióxido de carbono. Si bien la captura de carbono puede eliminar una gran fracción de estas emisiones, la huella de carbono general del hidrógeno del gas natural es difícil de evaluar a partir de 2021, en parte debido a las emisiones creadas en la producción del gas natural en sí.
La electricidad se puede utilizar para dividir moléculas de agua, produciendo hidrógeno sostenible siempre que la electricidad se genere de forma sostenible. Sin embargo, este proceso de electrólisis es actualmente más caro que la creación de hidrógeno a partir de metano y la eficiencia de la conversión de energía es intrínsecamente baja. 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. Puede transformarse aún más en combustibles sintéticos como amoníaco y metanol .
La innovación en electrolizadores de hidrógeno podría hacer que la producción a gran escala de hidrógeno a partir de electricidad sea más rentable. Existe la posibilidad de que el hidrógeno desempeñe un papel importante en la descarbonización de los sistemas energéticos porque en ciertos sectores, reemplazar los combustibles fósiles por el uso directo de electricidad sería muy difícil. El combustible de hidrógeno puede producir el calor intenso necesario para la producción industrial de acero, cemento, vidrio y productos químicos. Para la fabricación de acero, el hidrógeno puede funcionar como un portador de energía limpia y simultáneamente como un catalizador bajo en carbono que reemplaza al coque derivado del carbón . Las desventajas del hidrógeno como portador de energía incluyen los altos costos de almacenamiento y distribución debido a la explosividad del hidrógeno, su gran volumen en comparación con otros combustibles y su tendencia a hacer que las tuberías se vuelvan quebradizas.
Tecnologías de uso de energía
Transporte
El transporte representa el 14% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero, pero existen múltiples formas de hacer que el transporte sea más sostenible. El transporte público con frecuencia emite menos gases de efecto invernadero por pasajero que los vehículos personales, especialmente con una alta ocupación. Los vuelos de corta distancia pueden ser reemplazados por viajes en tren de alta velocidad, que usan mucho menos combustible. Estimular el transporte no motorizado, como caminar y andar en bicicleta, especialmente en las ciudades, puede hacer que el transporte sea más limpio y saludable.
La eficiencia energética de los automóviles ha aumentado debido al progreso tecnológico, pero el cambio a los vehículos eléctricos es un paso importante hacia la descarbonización del transporte y la reducción de la contaminación del aire. Una gran proporción de la contaminación del aire relacionada con el tráfico consiste en partículas del polvo de la carretera y el desgaste de neumáticos y pastillas de freno. La electrificación no puede reducir sustancialmente la contaminación de estas fuentes; requiere medidas como hacer los vehículos más ligeros y conducirlos menos.
El transporte de carga de larga distancia y la aviación son sectores difíciles de electrificar con las tecnologías actuales, principalmente debido al peso de las baterías necesarias para viajes de larga distancia, los tiempos de recarga de las baterías y la vida útil limitada de las mismas. Cuando está disponible, el transporte de mercancías por barco y ferrocarril es generalmente más sostenible que por aire y por carretera. Los vehículos de hidrógeno pueden ser una opción para vehículos más grandes, como camiones. Muchas de las técnicas necesarias para reducir las emisiones del transporte marítimo y la aviación se encuentran todavía en las primeras etapas de su desarrollo, y el amoníaco (producido a partir del hidrógeno) es un candidato prometedor para el transporte de combustible. El biocombustible de aviación puede ser uno de los mejores usos de la bioenergía si las emisiones se capturan y almacenan durante la fabricación del combustible.
Edificios y cocina
Más de un tercio del uso de energía se realiza en edificios y su construcción. Para calentar edificios, las alternativas a la quema de combustibles fósiles y biomasa incluyen la electrificación a través de bombas de calor o calentadores eléctricos , energía geotérmica , calefacción solar central , calor residual y almacenamiento de energía térmica estacional . Las bombas de calor proporcionan tanto calor como aire acondicionado a través de un solo aparato. La IEA estima que las bombas de calor podrían proporcionar más del 90% de los requisitos de calefacción de agua y espacio a nivel mundial.
Una forma altamente eficiente de calentar edificios es a través de la calefacción urbana , en la que el calor se genera en una ubicación centralizada y luego se distribuye a varios edificios a través de tuberías aisladas . Tradicionalmente, la mayoría de los sistemas de calefacción de distrito han utilizado combustibles fósiles, pero los sistemas de calefacción de distrito modernos y fríos están diseñados para utilizar una gran cantidad de energía renovable.
El enfriamiento de los edificios se puede hacer más eficiente mediante el diseño de edificios pasivos , la planificación que minimiza el efecto de isla de calor urbano y los sistemas de enfriamiento de distrito que enfrían varios edificios con agua fría entubada. El aire acondicionado requiere grandes cantidades de electricidad y no siempre es asequible para los hogares más pobres. Algunas unidades de aire acondicionado todavía están hechas para usar refrigerantes que son gases de efecto invernadero, ya que algunos países no han ratificado la Enmienda de Kigali para usar solo refrigerantes amigables con el clima.
En los países en desarrollo donde las poblaciones sufren de pobreza energética , a menudo se utilizan para cocinar combustibles contaminantes como la madera o el estiércol de animales. Cocinar con estos combustibles es generalmente insostenible, porque liberan humo nocivo y porque la recolección de leña puede provocar la degradación de los bosques. La adopción universal de instalaciones para cocinar limpias, que ya son omnipresentes en los países ricos, mejoraría drásticamente la salud y tendría efectos negativos mínimos en el clima. Las instalaciones de cocina limpias suelen utilizar gas natural, gas licuado de petróleo o electricidad como fuente de energía; Los sistemas de biogás son una alternativa prometedora en algunos contextos. Las estufas mejoradas que queman biomasa de manera más eficiente que las estufas tradicionales son una solución provisional donde la transición a sistemas de cocción limpios es difícil.
Industria
Más de un tercio del uso de energía corresponde a la industria. La mayor parte de esa energía se utiliza en procesos térmicos: generación de calor, secado y refrigeración . La proporción de energía renovable en la industria fue del 14,5% en 2017, principalmente calor de baja temperatura suministrado por bioenergía y electricidad. Las actividades más intensivas en energía en la industria tienen las proporciones más bajas de energía renovable, ya que enfrentan limitaciones para generar calor a temperaturas superiores a 200 ° C (390 ° F).
Para algunos procesos industriales, será necesaria la comercialización de tecnologías que aún no se han construido u operado a gran escala para eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero. La fabricación de acero , por ejemplo, es difícil de electrificar porque tradicionalmente usa coque , que se deriva del carbón, tanto para crear calor a muy alta temperatura como un ingrediente en el acero mismo. La producción de plástico, cemento y fertilizantes también requiere cantidades importantes de energía, con posibilidades limitadas disponibles para descarbonizar. Un cambio a una economía circular haría que la industria sea más sostenible, ya que implica reciclar más y, por lo tanto, utilizar menos energía en comparación con la extracción de nuevas materias primas .
Políticas gubernamentales
"Llevar nuevas tecnologías energéticas al mercado a menudo puede llevar varias décadas, pero el imperativo de alcanzar emisiones netas cero a nivel mundial para 2050 significa que el progreso debe ser mucho más rápido. La experiencia ha demostrado que el papel del gobierno es crucial para acortar el tiempo necesario para traer nueva tecnología al mercado y difundirla ampliamente ".
Las políticas gubernamentales bien diseñadas que promueven la transformación del sistema energético pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aire simultáneamente y, en muchos casos, también pueden aumentar la seguridad energética.
Las regulaciones ambientales se han utilizado desde la década de 1970 para promover un uso más sostenible de la energía. Algunos gobiernos se han comprometido a establecer fechas para eliminar gradualmente las centrales eléctricas de carbón y poner fin a la exploración de nuevos combustibles fósiles . Los gobiernos pueden exigir que los automóviles nuevos produzcan cero emisiones o que los edificios nuevos se calienten con electricidad en lugar de gas. Los estándares de la cartera de energías renovables en varios países requieren que las empresas de servicios públicos aumenten el porcentaje de electricidad que generan a partir de fuentes renovables.
Los gobiernos pueden acelerar la transformación del sistema energético liderando el desarrollo de infraestructura como líneas de transmisión eléctrica de larga distancia, redes inteligentes y tuberías de hidrógeno. En el transporte, la infraestructura y los incentivos adecuados pueden hacer que los viajes sean más eficientes y menos dependientes del automóvil. La planificación urbana que desalienta la expansión puede reducir el uso de energía en el transporte local y los edificios al tiempo que mejora la calidad de vida. Las políticas de investigación, adquisiciones e incentivos financiadas por el gobierno han sido históricamente fundamentales para el desarrollo y la maduración de tecnologías de energía limpia, como las baterías solares y de litio. En el escenario de la AIE para un sistema de energía neta de cero emisiones para 2050, la financiación pública se moviliza rápidamente para llevar una gama de tecnologías más nuevas a la fase de demostración y fomentar el despliegue.
Fijación de precios del carbono (como un impuesto sobre el CO
2emisiones) ofrece a las industrias y los consumidores un incentivo para reducir las emisiones al tiempo que les permite elegir cómo hacerlo. Por ejemplo, pueden cambiar a fuentes de energía de bajas emisiones, mejorar la eficiencia energética o reducir el uso de productos y servicios que consumen mucha energía. La fijación de precios del carbono se ha enfrentado a un fuerte retroceso político en algunas jurisdicciones, mientras que las políticas energéticas específicas tienden a ser políticamente más seguras. La mayoría de los estudios indican que para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C, la fijación de precios del carbono debería complementarse con estrictas políticas energéticas específicas. A partir de 2019, el precio del carbono en la mayoría de las regiones es demasiado bajo para lograr los objetivos del Acuerdo de París. Los impuestos al carbono proporcionan una fuente de ingresos que puede utilizarse para reducir otros impuestos o ayudar a los hogares de bajos ingresos a afrontar mayores costos de energía. Algunos gobiernos, como la UE y el Reino Unido, están explorando el uso de ajustes en las fronteras de carbono . Estos imponen aranceles a las importaciones de países con políticas climáticas menos estrictas, para garantizar que las industrias sujetas a precios internos del carbono sigan siendo competitivas.
La escala y el ritmo de las reformas políticas que se han iniciado a partir de 2020 son mucho menores de lo necesario para cumplir los objetivos climáticos del Acuerdo de París. Además de las políticas nacionales, se requerirá una mayor cooperación internacional para acelerar la innovación y ayudar a los países más pobres a establecer un camino sostenible hacia el pleno acceso a la energía.
Los países pueden apoyar las energías renovables para crear puestos de trabajo. La Organización Internacional del Trabajo estima que los esfuerzos para limitar el calentamiento global a 2 ° C resultarían en la creación neta de empleo en la mayoría de los sectores de la economía. Predice que se crearán 24 millones de nuevos puestos de trabajo para 2030 en áreas como la generación de electricidad renovable, la mejora de la eficiencia energética en los edificios y la transición a los vehículos eléctricos. Se perderían seis millones de puestos de trabajo, en sectores como la minería y los combustibles fósiles. Los gobiernos pueden hacer que la transición a la energía sostenible sea más factible política y socialmente al garantizar una transición justa para los trabajadores y las regiones que dependen de la industria de los combustibles fósiles, para garantizar que tengan oportunidades económicas alternativas.
Finanzas
Movilizar fondos suficientes para la innovación y la inversión es un requisito previo para la transición energética. El IPCC estima que para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C, sería necesario invertir 2,4 billones de dólares estadounidenses en el sistema energético cada año entre 2016 y 2035. La mayoría de los estudios proyectan que estos costos, equivalentes al 2,5% del PIB mundial, serían pequeños en comparación con los beneficios económicos y para la salud. La inversión anual media en tecnologías energéticas bajas en carbono y eficiencia energética debería ser seis veces mayor para 2050 en comparación con 2015. La financiación insuficiente es especialmente grave en los países menos adelantados, que no son atractivos para el sector privado.
La CMNUCC estima que el financiamiento climático ascendió a $ 681 mil millones en 2016. La mayor parte es inversión del sector privado en el despliegue de energía renovable, inversión del sector público en transporte sostenible e inversión del sector privado en eficiencia energética. El Acuerdo de París incluye un compromiso de $ 100 mil millones adicionales por año de los países desarrollados a los países pobres, para mitigar y adaptarse al cambio climático. Sin embargo, este objetivo no se ha cumplido y la medición del progreso se ha visto obstaculizada por normas contables poco claras.
La financiación y los subsidios a los combustibles fósiles son una barrera importante para la transición energética. Los subsidios globales directos a los combustibles fósiles fueron de $ 319 mil millones en 2017. Esto aumenta a $ 5.2 billones cuando se incluyen los costos indirectos, como los impactos de la contaminación del aire. Poner fin a estos podría conducir a una reducción del 28% en las emisiones globales de carbono y una reducción del 46% en las muertes por contaminación del aire. La financiación de la energía limpia no se ha visto afectada en gran medida por la pandemia de COVID-19 , y los paquetes de estímulo económico relacionados con la pandemia ofrecen posibilidades para una recuperación ecológica .
Ver también
Referencias
Notas
Fuentes
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