Tiempo de Lectura: 15 minutos.
El 27 por ciento de 51,000 millones de toneladas al año.
No siempre he sido consciente de que hasta qué punto dependemos de la electricidad, pero a lo largo de los años he ido abriendo los ojos a lo esencial qué es. Y valoro de verdad lo que cuesta lograr éste milagro. De hecho, es justo decir que me maravilla la infraestructura física que permite que la electricidad llegué a todas partes y resulte tan barata y fiable. Es magia pura que uno pueda pulsar un interruptor casi en cualquier rincón de un país desarrollado y obtenerla por el precio de una fracción de centavo. Literalmente en Estados Unidos, mantener encendida una bombilla de 40 watts durante una hora cuesta cerca de medio centavo.
Descubrir una manera de obtener todas las ventajas de la electricidad barata y fiable sin emitir gases de efecto invernadero es el paso más importante que deberemos dar para evitar un desastre climático. Esto obedece en parte a que la producción de electricidad contribuye en gran medida al cambio climático y en parte a que si logramos generar electricidad neutra en carbono, podríamos utilizarla para descarbonizar muchas otras actividades como desplazarnos o fabricar cosas. Tendremos que sustituir el carbón, el gas natural o el petróleo por otras fuentes de energía, que en su mayor parte serán de electricidad limpia. Pero eso hablare primero sobre la electricidad, a pesar de que las industrias son responsables de más emisiones.
Hasta 2021, 1,526 millones de habitantes a nivel mundial no contaban con luz eléctrica y se ven obligados a pagar 100 veces más y recorrer largas distancias para obtener una fuente de energía. De esos son 600 millones en África subsahariana, en la India con 740 millonesy en el resto del mundo con 186 millones.
Sean cuales cuáles sean los métodos qué utilizamos para producir electricidad neutra en el futuro, tendrán que ser fiables y casi tan asequibles como los que usamos en la actualidad.
En este capítulo quiero explicar lo que haga falta para seguir obteniendo todo lo que nos gusta de la electricidad, una fuente de energía barata y siempre disponible, y hacerla llegar a más personas, pero sin emisiones de carbono. Para empezar hay que conocer la historia que nos ha traído aquí y saber hacia dónde nos dirigimos.
Creo que sí la gente se parara a pensar todo lo que implica prestar este servicio, que ahora damos por sentado, lo apreciaría más. Y caería en la cuenta de que nadie quiere renunciar a él. Seas cuáles sean los métodos que utilicemos para producir electricidad neutra en carbóno en el futuro tendrán que ser fiables y casi tan asequibles como los que usamos en la actualidad.
En este capítulo quiero explicar lo que hará falta para seguir obteniendo todo lo que nos gusta de la electricidad, una fuente de energía barata y siempre disponible, y hacerla llegar a más personas pero sin emisiones de carbono. Para empezar hay que conocer la historia que nos ha traído aquí y saber hacia dónde nos dirigimos.
La energía hidráulica fue la primera fuente de energía para producir electricidad. La Energía hidráulica tiene mucho a su favor, es relativamente barata, pero también tiene grandes inconvenientes, la construcción de un embalse implica el desalojo de comunidades y de la fauna local. Cuándo un terreno se cubre de agua y el suelo contiene mucho carbono este acaba por convertirse en metano y escapar a la atmósfera, por eso hay estudios que demuestran que una presa en función de donde se hallé construida puede convertirse en un emisor peor que el carbón durante un período de entre 50 y 100 años antes de compenzar todo el metano que ha liberado.
Los combustibles fósiles no tienen esa limitación es posible extraer el carbón, petróleo o gas natural del suelo, trasladarlo hasta una central eléctrica y una vez ahí quemarlo y aprovechar el calor para llevar agua a ebullición de modo que el vapor resultante haga girar una turbina que, por su parte, genere electricidad.
Debido a todas estas ventajas cuando la demanda de electricidad en Estados Unidos aumento mucho después de la segunda Guerra mundial se recurrió a los combustibles fósiles para satisfacerla. Proporcionaron gran parte de la capacidad generadora que se consiguió en la segunda mitad del siglo XX, unos 700 gigawatts, 70 veces superior, a la que existía antes de la guerra.
Con el tiempo, el costo de la electricidad ha sufrido un descenso espectacular. Según un estudio era al menos 200 veces más económica en el año 2000 que en el año 1900. En la actualidad Estados Unidos gasta solo un 2% de su producto interno bruto en electricidad una cifra extraordinariamente baja teniendo en cuenta nuestro grado de dependencia de ella.
La razón principal de que sea tan barata reside en que los combustibles fósiles también lo son. Se encuentran al alcance de todo el mundo, y hemos desarrollado métodos mejores y más eficientes para extraerlos, y transformarlos en electricidad. Además los gobiernos dedican esfuerzos considerables a mantener los precios bajos y fomentar su producción.
El porcentaje de la producción eléctrica mundial que procede de la quema de carbón (el 40% aproximadamente) no ha cambiado en 30 años, la suma de petróleo y gas natural ha rondado el 26% durante tres décadas. En total los combustibles fósiles proporcionan dos tercios de la electricidad que se consume en el mundo. Las energías solar y eólica por su lado aportan el 7%.
A mediados de 2019 se estaban construyendo en diversos países centrales de carbón con una potencia total de cerca de 236 gigawatts; el carbón y el gas natural se han convertido en los combustibles preferidos en los países en desarrollo, donde la demanda se había disparado en las últimas décadas. Entre 2000 y 2018 China triplicó la cantidad de carbón que utiliza !eso representa más capacidad que la de Estados Unidos, México y Canadá juntos!
Podamos dar la vuelta a esta situación y obtener toda la electricidad que necesitamos con cero emisiones de gases de efecto invernadero?
Depende de aquien nos estamos refiriendo. Estados Unidos puede aproximarse bastante si establece políticas adecuadas para ampliar la energía eólica y solar y da un impulso fuerte a acciones concretas. Pero conseguirá el mundo abastecerse en electricidad neutra en carbono?> Esto será mucho más difícil.
En lo que se refiere a la electricidad, la prima verde es el costo adicional de obtener toda nuestra energía de fuentes no emisoras de carbono, como el viento, el sol, la energía nuclear y las centrales de gas natural equipadas con dispositivos que capturan en carbono que producen. (No hay que olvidar que el objetivo no es utilizar solo energías renovables como la solar o la eólica si no llegar a las cero emisiones. Esto incluye otras opciones neutras en carbono).
A cuánto ascendería la prima? Adaptar todo el sistema eléctrico de Estados Unidos a fuentes neutras en carbono elevaría las tarifas al consumidor entre 1.3 y 1.7 centavos por kilowatt-hora cerca de un 15% más de lo que paga ahora esto significa que la prima verde sería de $18 al mes para el hogar promedio. Una cifra más accesiblr para la mayoría de la gente, aunque quizá no para los estadounidenses de rentas bajas, que ya gastan una décima parte de su ingreso en energía.
Si se consume un kilowatt durante una hora esto equivale un kilowatt hora el típico hogar estadounidense gasta 29 kilowatts hora al día. En promedio teniendo en cuenta todos los tipos de contratos en todos los estados del país un kilowatt-hora de electricidad cuesta alrededor de 10 centavos de dolar aunque en algunos lugares supera en más de 3 veces esa cantidad. Es genial que la prima verde pueda llegar a ser tan baja en Estados Unidos, la situación en Europa también es bastante buena un estudio de la asociación sectorial europea concluye que la descarbonización de entre el 90 y el 95% de la red eléctrica ocasionaría un incremento de cerca del 20% en las tarifas promedio. (el estudio emplea una metodología distinta de la que yo aplique para calcular la prima verde estadounidense)
Por desgracia pocos países son tan afortunados. Estados Unidos cuenta con numerosas fuentes de renovables como energía hidráulica en el noreste del Pacífico, vientos intensos en el medio oeste y energía solar durante todo el año en el suroeste y California. Hay países con abundante sol pero poco viento y viceversa otros carecen de ambas cosas además algunos tienen calificaciones crediticias bajas que dificultan las grandes inversiones en centrales eléctricas nuevas.
África y Asia se encuentran en la posición más desfavorable. En las últimas décadas China ha realizado uno de los mayores logros de la historia, sacar a millones de personas de la pobreza, y lo ha conseguido en parte construyendo centrales eléctricas de carbón por muy poco dinero. Las empresas Chinas redujeron los costos de esas centrales en nada menos que en un 75%. Y ahora que, comprensiblemente, quieren más clientes, están haciendo lo posible para atraer a la siguiente oleada de países en desarrollo como Indonesia, Vietnam, Pakistán, India y varios estados de África.
Si estos estados se inclinan por construir centrales de carbón cómo han hecho China y todos los países ricos, será un desastre para el clima, pero lo cierto es que ahora mismo esa es la opción más económica.
La razón de ser de las primas verdes no resulta tan evidente a primera vista. Las centrales de gas natural tienen que continuar comprando combustible mientras permanezcan en funcionamiento. En cambio ni los parques solares y eólicos, ni las hidroeléctricas necesitan combustible. Además según el tópico cuando una tecnología se generaliza se abarata. Entonces cómo es que las energías verdes llevan un costo adicional?.
Uno de los problemas radica en lo barato que son los combustibles fósiles. Dado que sus precios no tienen en cuenta el coste real del cambio climático, el daño económico que ocasionan al calentar el planeta, las fuentes de energía limpia lo tienen más difícil para competir con ellos. Por añadidura hemos dedicado muchas décadas a perfeccionar el sistema para extraerlos del suelo, obtener energía de ellos y distribuirla, todo de manera muy barata.
De hecho la transmisión y la distribución son responsables de más de una tercera parte del precio final de la luz*.
Muchos países no quieren depender de otros para el suministro eléctrico.
*La transmisión puede compararse con una autopista y la distribución con una carretera local. Utilizamos las líneas de transmisión de alto voltaje para conducir electricidad desde la central hasta la ciudad, de ahí la corriente pasa al sistema de distribución de menor voltaje que es el tendido eléctrico que vemos en nuestros vecindarios.
Las líneas de transmisión no son el principal factor que encarece la prima verde de la electricidad. Los mayores culpables son nuestra exigencia de fiabilidad y la maldición de la intermitencia.
El sol y el viento son fuentes intermitentes, lo qué significa que no generan electricidad las 24 horas del día 365 días al año. En cambio nuestra necesidad de energía no es intermitente queremos disponer de ella en todo momento. Así pues, sí la solar y la eolica constituyen una parte considerable de nuestro cóctel eléctrico y queremos evitar apagones importantes necesitaremos otras opciones para cuando el sol no brille y el viento no sople. La economía no es favorable a ninguna de las dos opciones. A medida que nos acercamos a la una electricidad cien por cien limpia la intermitencia se convertirá en un problema más grave y caro.
El ejemplo más claro la intermitencia es cuando se pone el sol y se interrumpe el suministro de electricidad generada por energía solar. Supongamos que para solucionar este problema almacenamos un kilowatt-hora sobrante de electricidad producida durante el día para utilizarlo durante la noche (haría falta mucho más que eso pero he elegido un kilowatt-hora para simplificar las cuentas) Cuánto inflaria la factura de la luz?.
Depende de dos factores el costo de la batería y el tiempo que esta dure antes de que le tengamos que cambiarla. Por lo que respecta al costo imaginemos que podemos comprar una batería de un kilowatt-hora por 100 dolares (qué es un cálculo conservador y por el número dejó de lado la posibilidad de que hay que pedir un préstamo para adquirirla). En cuanto a la vida útil de la batería supongamos que soportan hasta mil ciclos de carga y descarga.
Así pues el costo de capital de esta batería de un kilowatt hora es de 100 dolares repartidos entre mil lo que se traduce en 10 de centavos de dólar por kilowatt hora. Esto hay que sumar lo que conlleva generar la corriente, que, en el caso de la energía solar es de algo así como 5 centavos por kilowatt hora. En otras palabras tendríamos que pagar por la electricidad almacenada para su uso nocturno el triple de lo que pagamos por lo que utilizamos durante el día: los 5 centavos que cuesta generarla más diez de almacenamiento lo que da un total de 15 centavos de dólar.
Parece ser qué hay investigadores qué creen que pueden desarrollar una batería que dure 5 veces más que la que he descrito. Aún no lo han conseguido,pero, si están en lo cierto reduciría el sobrecosto de 10 a 2 centavos lo que supondría un incremento mucho más modesto. En cualquier caso el problema nocturno ya tiene solución en la actualidad, para quién está dispuesto a pagar un sobrecosto elevado y confío en que lograremos reducirlo con un poco de innovación.
Por desgracia la intermitencia nocturna no es el problema más espinoso al que nos enfrentamos. La variación estacional entre verano e invierno constituye un obstáculo a un mayor. Hay varias maneras de intentar lidiar con ella, como incorporar energía procedente de una central nuclear o de una térmica de gas con un dispositivo de captura de emisiones, opciones que cualquier hipótesis realista deberá contemplar. Profundizaremos en ellas mas adelante en este capítulo; por el momento me limitaré a hablar de baterías para ilustrar el problema de la variación estacional.
Debido a la inclinación el eje de la Tierra la cantidad de luz del sol que incide en cualquier parte del planeta varía a lo largo de las cuatro estaciones, al igual que intensidad de dicha luz. La magnitud de la variación depende la distancia respecto al ecuador. En Ecuador prácticamente no hay cambios. En la zona de Seattle, donde vivo recibimos el doble de luz solar el día más largo del año que el día más corto. En regiones de Canadá y Rusia esa diferencia es de 12 veces.
También existe una variación estacional del viento. En Estados Unidos la energía eólica tiende a alcanzar su punto de mayor producción en primavera, y el de menor, al mediados o finales de verano (aunque en California ocurre lo contrario). La diferencia puede ser un múltiplo de un número comprendido entre 2 y el 4.
En Alemania a través del ambicioso programa Energiewende se fijó el objetivo de abastecer en un 60% de energías renovables antes de 2050. El país ha gastado miles de millones de dólares en la última década para ampliar el uso de estas energías e incremento su capacidad solar casi en un 650% entre 2008 y 2010. No obstante Alemania produjo 10 veces más energía solar en junio de 2018 que en diciembre del mismo año. De hecho en el transcurso del verano hay momentos en que los parques solares y eólicos alemanes generan tanta electricidad qué el país no puede aprovecharla toda. Cuando esto ocurre, parte de la energía sobrante se transmite a las vecinas Polonia y República Checa, cuyos líderes se han quejado de que esto lleva a sus redes eléctricas al límite y ocasiona fluctuaciones imprevisibles en el precio de la luz.
Hay otro problema causado por la intermitencia. La solución aún más difícil qué los de índole diaria o estacional. Qué sucede cuando un acontecimiento extremo obliga a una ciudad a sobrevivir durante días sin un watt de energía renovable?.
Vamos a necesitar mucha más electricidad limpia en el futuro cercano. La mayoría de los expertos coinciden en que, a medida que se electrifiquen otros procesos generadores de emisiones, como la fabricación de acero y la circulación de vehículos, el suministro eléctrico mundial habrá de duplicarse o incluso triplicarse antes de 2050. Ya esto ni siquiera tiene en cuenta el crecimiento de la población y el hecho de que la calidad de vida de la gente mejorará, lo que traerá consigo un mayor consumo de electricidad. En consecuencia el mundo necesitará mucho más que el triple de electricidad de la que generamos en la actualidad.
Debido a la intermitencia del Sol y el viento, nuestra capacidad de generar electricidad deberá incrementarse aún más. (la capacidad mide la cantidad de electricidad que en teoría somos capaces de producir cuando brilla el sol o el viento sopla con su la máxima intensidad; la generación es la cantidad que obtenemos en realidad, una vez contemplado factores como la intermitencia o el cierre por mantenimiento de las centrales entre otros. La generación siempre es inferior a la capacidad, y en el caso de las fuentes variables como el sol o el viento la diferencia puede ser muy grande.)
Considerando la electricidad adicional que consumiremos, y asumiendo que las energías solar eólica desempeñarán un papel fundamental, la descarbonización total de la red eléctrica estadounidense antes de 2050 requerirá un incremento anual de 75 gigawatts durante los próximos 30 años.
Es esto mucho? A lo largo de la última década estados Unidos ha añadido un promedio de 22 gigawatts al año. Ahora se necesitará instalar más del triple cada año y mantener el ritmo durante las próximas tres décadas.
La intermitencia será el principal factor de encarecimiento de la electricidad neutra en carbono a medida que se vaya generalizando. De ahí que las ciudades que intentan adoptar las energías verdes sigan complementando la solar y la eólica con electricidad procedente de otras fuentes, como centrales de gas que pueden aumentar o reducir la producción en función de la demanda, y esas termoeléctricas conocidas como peackers no son ni mucho menos neutras en carbono.
Quiero dejar clara una cosa: las fuentes de energía variable como la solar y la eólica pueden contribuir en gran medida a reducir las emisiones a cero. De hecho necesitamos que así sea. Deberíamos estar instalando renovables a toda prisa ahí donde resulten económicamente viables. Estas energías se han abaratado de forma espectacular en la última década: el precio de las células fotovoltaicas, entre otros, se redujo a una décima parte entre 2010 y 2020 y el de un sistema solar completo se redujo en un 11% en 2019. El merito de esa bajada del costo corresponde en gran parte al aprendizaje a través de la práctica, es decir a la sencilla razón de que cuántas más veces fabricamos un producto mejor se nos da fabricarlo.
En los próximos años a medida que la electricidad se convierta en un ingrediente cada vez más importante de nuestra dieta energética, necesitaremos modelos similares para las redes del resto del mundo. Nos ayudarán a responder a preguntas como: qué combinación de fuentes de energía sería la más inteligente para cada lugar? A dónde hay que llevar líneas de transmisión? Qué normas constituyen un obstáculo y qué incentivos debemos idear? Espero que nazcan multitud de proyectos como este.
Existe otra complicación: a medida que los hogares dependen menos de los combustibles fósiles y más de la electricidad (para alimentar los coches eléctricos o la calefacción, por ejemplo,) tendremos que multiplicar el amperaje de las instalaciones domésticas como mínimo por dos, y en numerosos casos incluso más. Habrá que abrir zanjas en muchas calles y trepar por muchos postes de luz para instalar cables más gruesos, transformadores y otros elementos. Esto tendrá un efecto en casi todas las comunidades y un impacto político a nivel local.
La tecnología quizá ayude a superar algunas de las barreras políticas que dificultan estás reformas. Las líneas eléctricas por ejemplo molestan menos a la vista sí se encuentran bajo tierra. Sin embargo en la actualidad enterrarlas multiplica el costo por un factor de entre 5 y diez. (El inconveniente radica en el calor: los cables eléctricos se calientan cuando una corriente circula a través de ellos. Esto no representa un problema cuando se trata de líneas aéreas pues el calor se disipa en el aire, sin más, pero bajo tierra simplemente no tiene a dónde ir. Si la temperatura se eleva demasiado los cables se funden.) Hay empresas trabajando en una transmisión de nueva generación que eliminaría la dificultad del sobrecalentamiento y reduciría de manera significativa el costo de las líneas subterráneas.
Es imposible exagerar la importancia de implementar las energías renovables que ya existen y mejorar la transmisión. Si no emprendemos una renovación radical de la red eléctrica y en cambio obligamos a cada región a encargarse de la suya, la tasa verde podría ser de entre 15 y 30% sino de 100 por 100 o más. A menos que utilizamos grandes cantidades de energía nuclear (tema que hablaré en el apartado siguiente) todos los caminos que conducen al cero en Estados Unidos requerirán que construyamos el máximo de instalaciones de energía eólica y solar que nos permite el espacio de que disponemos. Cuesta predecir qué proporción de la electricidad procederá a la larga de las renovables en Estados Unidos, pero lo que si sabemos es que entre ahora y el 2050 tenemos que conseguir que el ritmo de construcción de los parques sea del orden de 5 a 10 veces más rápido que el actual.
Y no olvidemos que la mayor parte de los países no son tan afortunados como Estados Unidos en los que respecta a los recursos solares y eólicos. El hecho de que aún tengamos la esperanza de generar un porcentaje elevado de nuestra energía a partir de fuentes renovables no constituye la norma, sino más bien una excepción. Por eso incluso aunque implementamos las tecnologías solares y eólicas a marchas forzadas, el mundo necesitará nuevos inventos para producir electricidad limpia.
Si hay algo que me encanta de mi trabajo es que me brinda la oportunidad de reunirme con científicos y emprendedores de primer nivel y aprender de ellos. A lo largo de los años a través de mis inversiones en Breakthrough Energy y de otras vías, me he enterado de grandes avances potenciales que podrían traernos la revolución que necesitamos para generar electricidad con cero emisiones. Éstas ideas se encuentran en distintos grados de desarrollo, algunas están en una fase relativamente madura y se han puesto a prueba de forma rigurosa, mientras que otras, para ser sincero parecen de lo más disparatadas, sin embargo no debemos tener miedo a apostar por ideas estrambóticas. Es la única manera de garantizar que se produzcan al menos algunos avances reales.