La transición energética hacia las renovables y la mobilidad eléctrica es inevitable y necesaria

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De nuevo entrando por aquí me vuelvo a encontrar otro post criticando de soslayo a las energías renovables. Ya no digamos al "documental" de Planet of The Humans al que también se hace referencia. Recurrentemente se esgrime el argumento de que la transición energética no es viable, de que necesitaremos otras fuentes más "convencionales". Pero es un argumento falaz.

La transición no solo no es una entelequia sino que está empezando ahora y ya no se va a detener, de hecho se va a acelerar, como ocurre en todas las disrupciones tecnológicas. Porque las energías renovables y el almacenamiento no son fuentes primarias de energía sino tecnologías que explotan fuentes renovables. Y como tales tecnologías tienen sus propias curvas de aprendizaje que hace que mejoren sus prestaciones y reduzcan sus costes constantemente. Es por eso que no tengo muchas dudas en afirmar que no solo los coches EV alcanzaran a los ICE en precio y prestaciones sino que al final les superarán en todo, también en alcance. De la misma forma que los televisores LCD o las cámaras digitales terminaron por rebasar a los CRT o a las analógicas en todas sus características técnicas.

Por complementar este artículo comparto mi anterior aportación sobre el tema también a colación de otro artículo la pueden ver aquí: A vueltas con la emergencia climática, el petróleo y las energías renovables

Creo que el cambio que se avecina va a ser brutal y aun muy pocos son realmente conscientes de ello precisamente en parte debido a los años de mala prensa y falsedades que se han vertido sobre unas tecnologías que van a revolucionar el mundo dejándolo irreconocible en pocas décadas. Ciertamente hubo grandes intereses en retrasar la transición todo lo posible para facilitar las cosas a ciertos grandes players del sector energético. Pero ahora mismo el esfuerzo financiero que tanto estados como empresas van a volcar en los sectores de las tecnologías limpias va a ser simplemente ingente. Pero vayamos al tema, rebatir algún argumento anti-transición y resumir un poco el state of the art del tema. Mi propósito es solo mostrar también las enormes implicaciones del cambio que viene.

 

1. Con el COVID la gente ya sabe lo que es una crisis de verdad nada que ver con la falsa crísis climática.

Pues precisamente al contrario, si algo nos ha demostrado el COVID es que minimizar los problemas no lineales puede traer gravísimas consecuencias cuando ya es demasiado tarde para reaccionar ante ellos. Nos pasamos semanas diciendo que solo era una gripe, convenciéndonos de que los chinos sobreactuaban o de que nosotros sí teníamos un sistema sanitario a la altura. Despreciamos todas las advertencias y finalmente nos cogió el toro y de qué manera. Obviamente los rangos temporales de la expansión del virus y los del cambio climático son muy distintos el primero operaba en meses y el segundo opera en décadas. En definitiva que ha servido como un ejemplo a pequeña escala tremendamente educativo para la sociedad, toda una cura de humildad. Nos conviene escuchar a la ciencia lo que en modo alguno desmerece a la problemática climática sino que al contrario, el COVID ha provocado una aceleración de todas las megatendencias que ya antes del virus se venían dando, digitalización, teletrabajo, mobilidad eléctrica y transición energética. Sigamos.

 

2. Conseguir un 100% de energías renovables requeriría aumentar la tierra utilizada para uso energético del 0.5% actual al 50%. Deberíamos tratar que las plantas de energía tengan densidades más altas y no más bajas.

Aquí me voy a detener un poco más porque me parece uno de los mitos más importantes a desmontar. Se parte de una afirmación cierta de que es mejor ocupar menos espacio que mucho. Eso es obvio para cualquiera, si puedes hacer lo mismo en una hectárea que en 100 mejor hacerlo en una. Ahora bien, la trampa en esta argumentación es que estamos comparando tecnologías que son radicalmente distintas en casi todo, así que cada tecnología tiene ventajas y desventajas distintas. No cabe duda de que las renovables van a ocupar una mayor superficie pero también es cierto que no tienen muchos de los problemas de los que adolecen las fósiles y la nuclear. Así que a lo que nos enfrentamos es a un trade-off en el que debemos evaluar qué compensa más, contaminar más o usar más tierra. Luego está la falsedad de afirmar que deberíamos usar el 50% de las tierras para uso humano. Eso es una barbaridad muy alejada de los datos que se tienen sobre las tecnologías disponibles pero sirve siempre para descalificar a las renovables sin haber hecho los números.

Así, para justificar el uso de los fósiles y de la nuclear se afirma a la ligera que el cambio climático no es tan malo o que los residuos nucleares no es difícil tratarlos. La realidad sin embargo es tozuda, ¿estamos dispuestos a arriesgarnos a seguir emitiendo CO2 como si no hubiese un mañana? ¿a generar diez o veinte veces más residuos nucleares si no sabemos ya ni donde colocar los que generamos ahora? A seguir pagando una factura abultada de la luz para poder costear todas las externalidades de gestionar las consecuencias de dicha contaminación? ¿a depender de combustibles (fósiles o nucleares) que no producimos nosotros, quedando al capricho de los países productores? Porque ese es justamente el precio de no decantarnos por las renovables.

Ahora pensemos en el coste de destinar un terreno extra para renovables. Se han hecho bastantes estudios sobre la tierra ocupada necesaria para mover nuestra sociedad puramente a base de renovables. Y se ha concluido que no más de un 1% de la tierra sería necesaria, actualmente usamos un 34% para usos agrícolas o un 2.5% para nuestras ciudades y pueblos. Del trabajo de Mark Z. Jacobson et al. saco el siguiente gráfico:

 

Lo primero que vemos es que las fuentes que van a dominar el mix renovable son principalmente de cuatro tipos:

  • Fotovoltaica de autoconsumo
  • Granjas solares (a fotovoltaica o de concentración solar)
  • Eólica terrestre
  • Eólica marina

El resto de tecnologías renovables, geotérmica, mareas y oleaje se van a llevar muy poca parte del pastel a corto plazo. Por lo que respecta a la hidroeléctrica, esta es una tecnología ya madura y de fuerte impacto ambiental que además ya tiene ocupados los principales emplazamientos favorables con lo que por lo general no es esperable que se instale mucha más.

Las necesidades de tierra siendo muy importantes tampoco vemos que sean inabordables. Por diversos motivos.

  • Cálculos conservadores debido a la continua mejora tecnológica: estos cálculos estan hechos sobre tecnología actual, a cada revisión se reduce la superficie necesaria porque los paneles mejoran en eficiencia (energía producida por unidad de superficie) y porque los molinos son más grandes y mejoran su factor de capacidad (horas de aprovechamiento del viento).
  • Utilización de superficies ya urbanizadas: la fotovoltaica de autoconsumo se instalará en tejados de naves industriales, comercios y viviendas, por lo que no utilizará superficie nueva. La mejora tecnológica y la reducción de costes puede llevar a que en el futuro no solo se utilicen los tejados sino también paredes y ventanas (paneles verticales y transparentes).
  • Utilización de superficies inhábiles: las granjas fotovoltaicas pueden desplegarse en terrenos yermos y en desiertos, zonas que por su aridez extrema no son útiles para el uso agrícola y en las que apenas hay vegetación. Es posible pues aprovechar tierras sobre las que ahora no encontramos uso práctico.
  • Eólica compatible con múltiples usos del suelo: el espacio ocupado por la eólica viene sobretodo del hecho de que los molinos deben situarse a una distancia mínima entre ellos para que no se interfieran mutuamente. Esta distancia es mayor cuanto mayor sea el aerogenerador con lo que los modernos campos eólicos son muy dispersos y permiten que debajo de ellos pueda haber cultivos, pastos o industrias. Por tanto, no inutilizan el uso del suelo.
  • Plantas híbridas: por las razones esgrimidas en el punto anterior es posible instalar fotovoltaica al pie de un campo eólico reduciendo así el requerimiento en superficie a si se hubiese construido eólica y solar por separado.
  • Eólica marina no usa suelo: con la llegada de las plataformas de eólica flotante esta ya no está ni siquiera restringida a la instalación en las platagormas continentales con lo que el espacio disponible para su instalación es cada vez mayor. Y al instalarse en el mar no ocupan un solo km2 de suelo. Ver: https://www.paloaltoonline.com/blogs/p/2020/06/21/is-offshore-wind-a-reliable-renewable
  • Agrivoltaica: la energía solar va a ser compatible con múltiples usos agrícolas ya que las plantas apenas aprovechan un 2% de la luz como máximo por lo que hay de sobras para ambos. Pueden instalarse en campos de invernaderos o también en campos al aire libre haciendo sombras parciales sobre cultivos bajos de secano mejorando la eficiencia del cultivo al reducir el uso de agua o incluso mejorar la productividad ya que hay especies que no requieren tanto sol directo. Además, la presencia de plantas bajo los paneles puede controbuir a una mejor refrigeración de estos. Ver: https://ovacen.com/paneles-solares-cultivos/

Así que si echamos cuentas veremos pues que incluso ese 1% de tierra extra necesaria puede terminar siendo bastante menor ya que en muchos casos podremos combinar usos del suelo de forma inteligente aportando mayor rentabilidad y seguridad a las inversiones que se hagan. Como vemos la cosa ya no es tan mala como la pintan algunos.

 

3. La variabilidad de la generación renovable impide llegar al 100% del mix eléctrico.

Otro mito clásico de la crítica a las renovables es que estas son intermitentes y, salvo la hidroeléctrica, tampoco son gestionables así que necesitan respaldo y dado que el almacenamiento es demasiado caro el único respaldo posible son otras centrales fósiles o nucleares. Sin embargo nuevamente esta afirmación es completamente falaz. Parte de nuevo de otro dogma, el de que la tecnología de almacenamiento de energía no será capaz de efectuar un respaldo correcto de la red a un precio asequible. Nuevamente eso es caer en el mismo error de cuando hace 10 años esos mismos nos vendían la moto de que la energía solar era demasiado cara y tenía una TRE (tasa de retorno energético muy baja). Lo que ha ocurrido es que en 10 años los costes de la fotovoltaica han caido un 90%, reduciendo los tiempos de amortización en extremo y haciendo que sea la fuente más barata ya en algunas latitudes. ¿Porqué no iba a pasar lo mismo con las baterías de litio o con otras tecnologías de almacenamiento en cuanto se masifique su producción? Se dice siempre que hay limitantes pero es que en cuanto a almacenamiento se refiere la multiplicidad de soluciones que se están desarrollando hace difícil pensar en que un limitante concreto impida su despliegue. Paso a resumir las tecnologías más importantes que están ya comercializándose o aún en desarrollo.

 

Sistemas de respaldo a corto plazo. Aquellos que sirven para acumular el exceso de energía durante el día y volcarlo en las primeras horas después del anochecer para cubrir el segundo pico de demanda diaria.

  • Baterías comerciales
    • Ión-Litio (LiCoO2 / LiFePO4): las baterías para los cochés eléctricos y los aparatos electrónicos, las primeras con cobalto, más caras pero de mayor densidad energética. Se beneficiarán de una fuerte reducción de costes fruto de la economía de escala.
    • Plomo-Ácido: materiales baratos, fácilmente reciclabes, tecnología muy madura pero que sigue experimentando avances para alargar su vida útil, no se descarta su uso en algunas instalaciones fijas de respaldo de bajo coste.
    • de Flujo (Vanadio / Boro): tecnología escalable en fase de maduración aún. Con poco deterioro en los ciclos de carga y descarga. Debido a la posibilidad de incrementar fácilmente su capacidad se ha especulado que podrían también tener un posible uso para almacenamiento estacional.
    • Na/S: batería que opera a altas temperaturas (300ºC) por lo que su uso es más conveniente en lugares muy cálidos para limitar mejor las pérdidas térmicas. Más apropiada para el backup de campos fotovoltaicos en zonas áridas y de fuerte insolación. Se siguen investigando para tratar de hacerlas operativas a temperaturas más bajas.
  • otras químicas en desarrollo: enfocadas al EV, se espera que desarrollen densidades superiores de mínimo el doble que las actuales. Li/S, Metal-Aire (Al / Li / Zn ), estado sólido
  • Supercondensadores: el desarrollo de cada vez mejores dieléctricos permite concebir condensadores con densidades cada vez más parejas a las de las baterías manteniendo todas las ventajas de un condensador, ciclos de recarga y potencias muy elevadas.
  • Sales fundidas: son sistemas instalados en las centrales termosolares (CSP) de torre central con la función de absorver el exceso de calor suministrado al heliostato. Se estudia su ampliación para que puedan absorver energía adicional procedente de otras fuentes renovables cercanas para poder prolongar el periodo de descarga durante más horas.

 

Sistemas de almacenamiento estacional. Aquellos que permiten además cubrir las diferencias de generación a largo plazo. Permiten acumular la energía en los meses con excesos para verterla durante los meses de déficit. Este sin duda supone un mayor reto tecnológico que el respaldo diario.

  • Bombeo hidráulico: útil para aquellos países con abundantes recursos hídricos ya instalados ya que resulta más barato adaptar un sistema de embalses para incorporar el sistema.
  • Hidrógeno: sistemas electrolíticos fijos con hidrógeno/agua según si están cargados o descargados. Tiene como virtud su potencial de escalabilidad e instalación prácticamente ubicuos. https://pv-magazine-usa.com/2020/07/03/nrel-study-backs-hydrogen-for-long-duration-storage/
  • Calor: el calor no solo puede almacenarse mediante sales fundidas, existen otros métodos para contenerlo y aislarlo de forma que dure más tiempo. El calor puede verterse en invierno, reconvirtiéndose a electricidad o aprovechándose directamente para calefacción o usos industriales como en las centrales de cogeneración a gas. https://www.pv-magazine.com/2020/07/03/whats-going-on-in-the-world-of-thermal-energy-storage/
  • Aire comprimido: instalaciones usualmente construidas en montañas y cabidades salinas para contener gas a alta presión. Por lo general dependiente del emplazamiento.
  • Aire líquido: instalaciones en este caso al aire libre que contienen el gas licuado, solo requieren aislamiento térmico pero debido a su baja temperatura (-190ºC) el aire puede almacenarse a presión ambiente. Como el hidrógeno tiene un potencial de instalación importante siendo los lugares fríos tal vez más óptimos. https://www.energynews.es/construccion-de-la-mayor-bateria-de-aire-liquido-del-mundo/
  • Bloques suspendidos: almacenamiento por energía potencial, similar al bombeo pero con bloques de hormigón pesado. La instalación puede estar construida en alto o bajo tierra aprovechando pozos de minas. También se pueden usar pendientes empinadas y usarse un sistema a railes para mover las cargas de arriba abajo de la colina. Como el bombeo, es una tecnología fuertemente dependiente del emplazamiento.

Se me hace díficil pensar que ninguna combinación de esas tecnologías logre ser escalable y tener buenos costes para dentro de unos 5 a 10 años que es cuando empezarán a ser necesarias. Más cuando en el caso de las baterías de litio, las previsiones de reducción de costes se han ido reduciendo últimamente siempre por encima de las expectativas más optimistas.

 

4. El nuevo régimen energético y los green new deals

Jacobson también nos ofrece una imagen de cómo podría ser una transición a un mundo 100% renovables, tal vez en su escenario global más optimista. Lo que es seguro es que el share renovable crecerá muy rápido al principio pudéndose alcanzar el 80% si se siguiera el plan propuesto para el año 2030 (yo creo que se tardará 10 años más a nivel global) y el 100% para el 2050 (eso sí lo ve más factible). Algunos países como España lo tendrán más fácil ya que dada su gran capacidad de bombeo hidráulico ya tienen una base de almacenamiento estacional instalada para respaldar a su enorme potencial solar y eólico. Actualmente ya se alcanza el 40% de energía generada en renovables así que con solo doblar las cifras actuales ya llegaríamos al 80%. Dado que en los próximos 10 años se va a instalar más renovable que en todos los años precedentes es fácil prever que lo más probable es que para 2030 España haya superado esa cota del 80% fácilmente.

 

Una de las cosas más interesantes de una transición hacia un mundo 100% eléctrico es la enorme ganancia en eficiencia del uso de la energía. Y es que actualmente una buena parte del consumo de energía primaria simplemente se desperdicia por pérdidas térmicas cosa que no ocurre con las tecnologías renovables. Es decir no solo usaríamos fuentes libres de emisiones sino que también reduciríamos nuestras necesidades energéticas al electrificarlo todo con lo que ganaríamos por partida doble. Los vehículos eléctricos gastan menos energía para moverse que los de combustión, y cuanto más mejoren las baterías menos energía gastarán. La calefacción por bombas de calor es también más eficiente que el uso de gas, más aún si viene soportado por una instalación de aerotermia. Luego hay que considerar todo el ahorro al no tener que sostener la extracción, procesamiento y transporte de los combustibles fósiles producidos muy lejos de su lugar de consumo. Producir la electricidad con fuentes de energía locales implica, por fuerza, menores pérdidas por transporte.

Lo cierto es que los green new deals garantizan que abundante capital inversor, tanto público como privado fluirá de forma consistente hacia estos sectores y lo va a hacer por muchas razones. Los estados necesitan crear empleos nuevos ante la abundante destrucción debida a la automatización, necesitan también bajar las facturas eléctricas y es que en un mundo más automatizado sin apenas costes laborales, serán los costes energéticos los que determinen la competitividad de las empresas. Por tanto aquellos países que usen fuentes de energía más caras simplemente serán menos competitivos. También es una forma eficaz de aumentar el poder adquisitivo a los ciudadanos simplemente rebajando los costes en electricidad y gas residencial. Olvídense de la calefacción, las cocinas y los calentadores de agua a gas. En unos años nada de esto tendrá sentido y todas las casas tendrán que ser 100% eléctricas. Simplemente porque eso será lo más barato.

 

En conclusión

Existen aún más innovaciones que van a ir asociadas a esta doble transición hacia las renovables y la mobilidad eléctrica. Tras un primer boom de fabricación de baterías se derivará en una economía circular en la que las baterías usadas de los EV pasarán a reutilizarse en sistemas de respaldo y finalmente irán a parar a los centros de reciclaje donde se recuperan los metales clave para rehacer nuevas y más avanzadas baterías y vuelta a empezar el ciclo solo que con tecnologías cada vez mejores. Esto hará los países menos dependientes energéticamente del exterior ya que podrán tener todos los elementos necesarios para mantener sus niveles de generación e incluso incrementarlos paulatinamente. Podrán plantearse empresas como la desalinización asistida por fotovoltaica lo que posibilitaría el reverdecimiento de grandes áreas desérticas, o la electrolización asistida por eólica marina lo que permitiría una transición de la navegación hacia el hidrógeno verde. La agricultura automatizada con maquinaria eléctrica y autónoma, incluso multinivel y con explotación fotovoltaica incorporada, la biofabricación de carne en bioreactores. Con tantos sistemas de respaldo las redes serán mucho más robustas ante los apagones

Y es que una de las características de un mundo electrificado es la enorme flexibilidad que ganaremos como sociedad. Atados a los combustibles fósiles estamos en un callejón sin salida, la nuclear por más que la pinten tampoco es escalable al nivel y plazos temporales necesarios para substituir las tecnologías fósiles sin incurrir en riesgos y costes innecesariamente altos. Así que todo indica que ya se ha dictado sentencia y se va hacia el mundo eléctrico movido por renovables, solo que muchos aún no lo saben. Una cuestión que como he dicho, no va solo de la crisis climática, esa es una razón más pero solo acelera lo inevitable. Porque la verdadera razón para el cambio es que el mundo eléctrico es más eficiente y más sostenible a largo plazo. Las empresas buscan lo primero para ser las más competitivas y los estados lo segundo para no tener dependencia ni escasez energética a futuro. Es por tanto estratégico a la vez que rentable. Con tanta disrupción a la vuelta de la esquina, parece claro que las carteras de inversión que más van a triunfar en los próximos años serán aquellas que esten sectorialmente bien posicionadas en los campos ganadores.

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