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Energía sostenible

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Energía sostenible
Turbinas eólicas cerca de Vendsyssel, Dinamarca (2004)
Visión general
  • Energía sostenible
  • Combustible neutral en carbono
  • Eliminación de combustible fósil
Conservación de energía
  • Cogeneración
  • Uso eficiente de la energía
  • Almacen de energia
  • Edificio verde
  • Bomba de calor
  • Energía baja en carbono
  • Microgeneración
  • Diseño de edificio solar pasivo
Energía renovable
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  • Solar
  • De marea
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Transporte sostenible
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  • Vehículo verde
  • Híbrido enchufable
  • Wind-turbine-icon.svg Portal de energías renovables
  • Aegopodium podagraria1 ies.jpg Portal de medio ambiente

La energía sostenible es la práctica de usar la energía de una manera que "satisfaga las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades". [1] [2]

Satisfacer las necesidades mundiales de electricidad, calefacción, refrigeración y energía para el transporte de manera sostenible es ampliamente considerado como uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad en el siglo XXI. En todo el mundo, casi mil millones de personas carecen de acceso a la electricidad , y alrededor de 3 mil millones de personas dependen de combustibles ahumados como madera, carbón o estiércol animal para cocinar. Estos y los combustibles fósiles son los principales contribuyentes a la contaminación del aire , que causa un estimado de 7 millones de muertes por año. La producción y el consumo de energía emite más del 70% de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre .

Las vías propuestas para limitar el calentamiento global a 1.5 ° C describen la implementación rápida de métodos de baja emisión para producir electricidad y un cambio hacia un mayor uso de la electricidad en sectores como el transporte. Las vías también incluyen medidas para reducir el consumo de energía; y el uso de combustibles neutros en carbono , como el hidrógeno producido por electricidad renovable o con captura y almacenamiento de carbono . [3] El logro de estos objetivos requerirá políticas gubernamentales que incluyan precios de carbono , políticas específicas de energía y eliminación gradual de los subsidios a los combustibles fósiles .

Cuando se hace referencia a los métodos de producción de energía, el término "energía sostenible" a menudo se usa indistintamente con el término " energía renovable ". En general, las fuentes de energía renovables como la energía solar , eólica e hidroeléctrica se consideran ampliamente sostenibles. Sin embargo, proyectos particulares de energía renovable, como la tala de bosques para la producción de biocombustibles , pueden provocar daños ambientales similares o incluso peores en comparación con el uso de energía de combustibles fósiles. La energía nuclear es una fuente de cero emisiones y, aunque se debate su sostenibilidad, [4] [5] la Unión Europealo ha elegido para ser parte de una columna vertebral de energía baja en carbono para 2050. [6]

Cantidades moderadas de energía eólica y solar, que son fuentes de energía intermitentes , pueden integrarse en la red eléctrica sin infraestructura adicional, como el almacenamiento de energía de la red . Estas fuentes generaron el 7,5% de la electricidad mundial en 2018, [7] una parte que ha crecido rápidamente. A partir de 2019, se proyecta que los costos de energía eólica, solar y baterías continúen cayendo.

Definiciones

Los edificios en el asentamiento solar en Schlierberg incorporan paneles solares en la azotea y están construidos para la máxima eficiencia energética. Como resultado, producen más energía de la que consumen.

El concepto de desarrollo sostenible fue descrito por la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo en su libro de 1987 Nuestro futuro común . [1] Su definición de "sostenibilidad", que ahora se usa ampliamente, era: "El desarrollo sostenible debe satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades". [1]

En su libro, la Comisión describió cuatro elementos clave de sostenibilidad con respecto a la energía: la capacidad de aumentar el suministro de energía para satisfacer las crecientes necesidades humanas, la eficiencia y conservación de la energía, la salud y la seguridad públicas y la "protección de la biosfera y la prevención de formas más localizadas de contaminación ". [8] Desde entonces se han ofrecido varias definiciones de energía sostenible que también se basan en los tres pilares del desarrollo sostenible, a saber, el medio ambiente, la economía y la sociedad.

  • Los criterios ambientales incluyen las emisiones de gases de efecto invernadero , el impacto en la biodiversidad y la producción de residuos peligrosos y emisiones tóxicas.
  • Los criterios económicos incluyen el costo de la energía, si la energía se entrega a los usuarios con alta confiabilidad y los efectos en los trabajos asociados con la producción de energía.
  • Los criterios socioculturales incluyen la prevención de guerras por el suministro de energía ( seguridad energética ) y la disponibilidad de energía a largo plazo.

El principio organizador para la sostenibilidad es el desarrollo sostenible , que incluye los cuatro dominios interconectados: ecología, economía, política y cultura. [9]

Estado actual

Proporcionar energía sostenible es ampliamente visto como uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad en el siglo XXI, tanto en términos de satisfacer las necesidades del presente como en términos de los efectos sobre las generaciones futuras. [10] [11] Bill Gates dijo en 2011:

Si me dieras la opción de elegir entre los siguientes 10 presidentes o asegurarte de que la energía sea respetuosa con el medio ambiente y una cuarta parte del costo, elegiría la energía. [12]

En todo el mundo, casi mil millones de personas no tienen acceso a la electricidad, y más de 2.5 mil millones de personas dependen de combustibles sucios para cocinar. [13] La contaminación del aire , causada en gran parte por la quema de combustible, mata a aproximadamente 7 millones de personas cada año. [14] Los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas exigen "el acceso a energía asequible, confiable, sostenible y moderna para todos" para 2030. [15]

La producción y el consumo de energía son los principales contribuyentes al cambio climático , siendo responsables del 72% de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero causadas por el hombre a partir de 2014. La generación de electricidad y calor contribuye con el 31% de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre, el uso de energía en el transporte contribuye 15%, y el uso de energía en manufactura y construcción contribuye con 12%. Se libera un 5% adicional a través de procesos asociados con la producción de combustibles fósiles, y un 8% a través de varias otras formas de combustión de combustible. [16] [17] A partir de 2015, el 80% de la energía primaria del mundo se produce a partir de combustibles fósiles. [18]

En los países en desarrollo, más de 2.500 millones de personas dependen de las estufas tradicionales [13] y de los fuegos abiertos para quemar biomasa o carbón para calefacción y cocina. Esta práctica causa contaminación atmosférica local dañina y aumenta el peligro de incendios, lo que resulta en un estimado de 4.3 millones de muertes al año. [19] Además, los daños ambientales locales graves, incluida la desertificación , pueden ser causados ​​por la extracción excesiva de madera y otros materiales combustibles. [20] Promover el uso de combustibles más limpios y tecnologías más eficientes para cocinar es, por lo tanto, una de las principales prioridades de la iniciativa de Energía Sostenible para Todos de las Naciones Unidas . A partir de 2019 , esfuerzos para diseñarLas estufas limpias que son económicas, alimentadas por fuentes de energía sostenibles y aceptables para los usuarios han sido decepcionantes. [19]

Vías propuestas para la mitigación del cambio climático

Parque eólico de Bangui en Filipinas .
Los trabajadores construyen una estructura de paneles solares en Malawi

El análisis de costo-beneficio ha sido realizado por una amplia gama de especialistas y agencias para determinar el mejor camino para descarbonizar el suministro de energía del mundo. [21] [22] El Informe especial de 2018 del IPCC sobre el calentamiento global de 1.5 ° C dice que para limitar el calentamiento a 1.5 ° C y evitar los peores efectos del cambio climático, "emisiones globales netas de CO causadas por los humanos
2tendría que caer alrededor de un 45% de los niveles de 2010 para 2030, llegando a cero neto alrededor de 2050. "Como parte de este informe, el grupo de trabajo del IPCC sobre mitigación del cambio climático revisó una variedad de documentos publicados anteriormente que describen vías (es decir, escenarios y carteras de opciones de mitigación) para estabilizar el sistema climático a través de cambios en la energía, el uso de la tierra, la agricultura y otras áreas.

Las vías que son consistentes con limitar la advertencia a aproximadamente 1.5 ° C describen una transición rápida hacia la producción de electricidad a través de métodos de bajas emisiones y el aumento del uso de electricidad en lugar de otros combustibles en sectores como el transporte. [23] Estas rutas tienen las siguientes características (a menos que se indique lo contrario, los siguientes valores son la mediana en todas las rutas):

  • Energía renovable: la proporción de energía primaria suministrada por las energías renovables aumenta del 15% en 2020 al 60% en 2050. [24] La proporción de energía primaria suministrada por la biomasa aumenta del 10% al 27%, [25] con controles efectivos sobre si El uso de la tierra cambia en el crecimiento de la biomasa. [26] La proporción de energía eólica y solar aumenta de 1.8% a 21%. [25]
  • Energía nuclear: la proporción de energía primaria suministrada por la energía nuclear aumenta del 2,1% en 2020 al 4% en 2050. La mayoría de las vías describen un aumento en el uso de la energía nuclear, pero algunas describen una disminución. La razón de la amplia gama de posibilidades es que el despliegue de la energía nuclear "puede verse limitado por las preferencias sociales". [27]
  • Carbón y petróleo: entre 2020 y 2050, la proporción de energía primaria del carbón disminuye del 26% al 5%, y la proporción del petróleo disminuye del 35% al ​​13%. [25]
  • Gas natural: en la mayoría de las vías, la proporción de energía primaria suministrada por el gas natural disminuye, pero en algunas vías, aumenta. Utilizando los valores medios en todas las vías, la proporción de energía primaria del gas natural disminuye del 23% en 2020 al 13% en 2050. [25]
  • Captura y almacenamiento de carbono: las vías describen un mayor uso de la captura y almacenamiento de carbono para la bioenergía y la energía de los combustibles fósiles. [27]
  • Electrificación: en 2020, alrededor del 20% del uso final de energía es proporcionado por la electricidad. Para 2050, esta proporción se duplicará en la mayoría de las vías. [28]
  • Conservación de energía: las rutas describen métodos para aumentar la eficiencia energética y reducir la demanda de energía en todos los sectores (industria, edificios y transporte). Con estas medidas, las rutas muestran que el uso de energía se mantendrá más o menos igual entre 2010 y 2030, y aumentará ligeramente para 2050. [29]

Fuentes de energía renovables

Aumento del consumo de energía renovable de 1965 a 2016.

Cuando se hace referencia a las fuentes de energía, los términos "energía sostenible" y "energía renovable" a menudo se usan indistintamente, sin embargo, los proyectos particulares de energía renovable a veces plantean importantes preocupaciones de sostenibilidad. Las tecnologías de energía renovable son contribuyentes esenciales para la energía sostenible, ya que generalmente contribuyen a la seguridad energética mundial y reducen la dependencia de los recursos de combustibles fósiles , mitigando así las emisiones de gases de efecto invernadero. [30]

Energía solar

Planta de energía solar de 11 MW cerca de Serpa, Portugal

En 2018, la energía solar proporcionó alrededor del 3% de la electricidad global. [7] La producción de electricidad solar utiliza células fotovoltaicas (PV) para convertir la luz en corriente eléctrica. Los módulos fotovoltaicos pueden integrarse en edificios o usarse en estaciones de energía fotovoltaica conectadas a la red eléctrica. Son especialmente útiles para suministrar electricidad a zonas remotas . Aunque generalmente tiene una garantía de 25 años, se afirma que un panel solar promedio durará 40 años [31] y casi todo se puede reciclar. [32]

Actualmente, los paneles fotovoltaicos (PV) solo tienen la capacidad de convertir alrededor del 24% de la luz solar que los golpea en electricidad. [33] A este ritmo, la energía solar aún presenta muchos desafíos para una implementación generalizada, pero se ha logrado un progreso constante en la reducción del costo de fabricación y el aumento de la eficiencia fotovoltaica. En 2008, los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrollaron un método para almacenar energía solar usándola para producir combustible de hidrógeno a partir del agua. [34] Dicha investigación tiene como objetivo abordar el obstáculo que enfrenta el desarrollo solar para almacenar energía para su uso durante las horas nocturnas cuando el sol no brilla.

Grandes proyectos de investigación nacionales y regionales sobre fotosíntesis artificial están diseñando sistemas basados ​​en nanotecnología que usan energía solar para dividir el agua en combustible de hidrógeno [35] y se ha hecho una propuesta para un proyecto de fotosíntesis artificial global. [36]

La investigación está en curso en la energía solar basada en el espacio , un concepto en el que los paneles solares se lanzan al espacio exterior y la energía que capturan se transmite a la Tierra en forma de microondas. Se está construyendo una instalación de prueba para la tecnología en China. [37]

La casa solar n. ° 1 del MIT, construida en 1939, utilizaba el almacenamiento de energía térmica estacional (STES) para la calefacción durante todo el año.

Calefacción solar

Bosquejo de un colector cilindro parabólico

Los sistemas de calefacción solar generalmente consisten en colectores solares térmicos, un sistema de fluido para mover el calor del colector a su punto de uso, y un depósito o tanque para el almacenamiento de calor y el uso posterior. Los sistemas se pueden usar para calentar agua caliente sanitaria, agua de piscinas o para calefacción de espacios. [38] El calor también se puede utilizar para aplicaciones industriales o como un aporte de energía para otros usos, como equipos de refrigeración. [39] En muchos climas, un sistema de calefacción solar puede proporcionar un porcentaje muy alto (20 a 80%) de energía de agua caliente sanitaria. El calor puede almacenarse a través de tecnologías de almacenamiento de energía térmica . Por ejemplo, el calor del verano se puede almacenar para calentar en invierno. Principios similares se utilizan para almacenar el frío del invierno para el aire acondicionado de verano.

Energía eólica

Energía eólica: capacidad instalada mundial [40]

En 2018, la energía eólica proporcionó aproximadamente el 6% del suministro mundial de electricidad. [7] Sin embargo, puede ser difícil ubicar turbinas eólicas en algunas áreas por razones estéticas o ambientales. [30] Un gran parque eólico puede consistir en varios cientos de turbinas eólicas individuales y cubrir un área extendida de cientos de millas cuadradas, pero la tierra entre las turbinas puede usarse para fines agrícolas u otros. Un parque eólico también puede ubicarse en alta mar.

Después de aproximadamente 20 años, las palas de las turbinas eólicas necesitan ser reemplazadas por palas más grandes, y la investigación continúa sobre cómo reciclarlas mejor y cómo fabricar palas que sean más fáciles de reciclar. [41]

Hidroelectricidad

Las represas hidroeléctricas son una de las fuentes de energía sostenible más utilizadas.

Entre las fuentes de energía renovable, las plantas hidroeléctricas tienen la ventaja de ser de larga duración: muchas plantas existentes han operado durante más de 100 años. Además, las plantas hidroeléctricas son limpias, tienen pocas emisiones y pueden compensar las variaciones en la energía eólica y solar. [42] Las críticas dirigidas a las plantas hidroeléctricas a gran escala incluyen: la dislocación de las personas que viven donde se planifican los embalses y la liberación de gases de efecto invernadero durante la construcción e inundación del embalse. [43]

Sin embargo, se ha encontrado que las altas emisiones se asocian solo con depósitos poco profundos en lugares cálidos (tropicales), y las recientes innovaciones en la tecnología de turbinas hidroeléctricas están permitiendo el desarrollo eficiente de proyectos hidroeléctricos de bajo impacto en la corriente del río . [44] En términos generales, las plantas hidroeléctricas producen emisiones de ciclo de vida mucho más bajas que otros tipos de generación.

En 2015, la energía hidroeléctrica suministró el 16% de la electricidad del mundo, por debajo de un máximo de casi el 20% a mediados y finales del siglo XX. [45] Producía el 60% de la electricidad en Canadá y casi el 80% en Brasil. [45] A partir de 2017, la construcción de nuevas centrales hidroeléctricas se ha detenido o ralentizado desde 1980 en la mayoría de los países, excepto China. [45]

Biomasa

Plantación de caña de azúcar para producir etanol en Brasil
Una central eléctrica de cogeneración que utiliza madera para proporcionar electricidad a más de 30,000 hogares en Francia

La biomasa es material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. Como fuente de energía, la biomasa puede quemarse para producir calor y generar electricidad o convertirse en biocombustibles modernos como el biodiesel y el etanol .

La biomasa es extremadamente versátil y una de las fuentes más utilizadas de energía renovable. Está disponible en muchos países, lo que lo hace atractivo para reducir la dependencia de los combustibles fósiles importados. Si la producción de biomasa está bien gestionada, las emisiones de carbono pueden compensarse significativamente con la absorción de dióxido de carbono por parte de las plantas durante su vida útil. Sin embargo, esta "deuda de carbono" puede pagarse demasiado tarde o (especialmente en los Estados Unidos) no contabilizarse adecuadamente. [46] Si la fuente de biomasa es un residuo agrícola o municipal, quemarlo o convertirlo en biogás también proporciona una forma de eliminar estos residuos. [47] La producción de bioenergía se puede combinar con la captura y el almacenamiento de carbono.para crear un sistema de carbono cero o carbono negativo, pero es dudoso que esto pueda ampliarse lo suficientemente rápido. [48]

Si la biomasa se cosecha de los cultivos, como las plantaciones de árboles, el cultivo de estos cultivos puede desplazar los ecosistemas naturales , degradar los suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [47] [49] En algunos casos, estos impactos en realidad pueden resultar en mayores emisiones de carbono en general en comparación con el uso de combustibles derivados del petróleo. [49] [50]

Biocombustibles

Los biocombustibles son combustibles, como el etanol , fabricados a partir de diversos tipos de biomasa , como el maíz o la remolacha azucarera. Los biocombustibles generalmente son líquidos y se utilizan para el transporte de energía, a menudo mezclados con combustibles fósiles líquidos como la gasolina, el diesel o el queroseno. A partir de 2020 , los biocombustibles sostenibles se están debatiendo .

El etanol celulósico tiene muchos beneficios sobre el etanol tradicional a base de maíz. No quita ni entra directamente en conflicto con el suministro de alimentos porque se produce a partir de madera, pastos o partes no comestibles de plantas. [51] Además, algunos estudios han demostrado que el etanol celulósico es potencialmente más rentable y económicamente sostenible que el etanol a base de maíz. [52] A partir de 2018, los esfuerzos para comercializar la producción de etanol celulósico han sido decepcionantes, pero continúan los nuevos esfuerzos comerciales. [53] [54]

El uso de tierras de cultivo para producir combustible puede dar como resultado que haya menos tierra disponible para cultivar alimentos . Dado que la fotosíntesis es inherentemente ineficiente, y los cultivos también requieren cantidades significativas de energía para cosechar, secar y transportar, la cantidad de energía producida por unidad de área de tierra es muy pequeña, en el rango de 0.25 W / m 2 a 1.2 W / m 2 . [55] En los Estados Unidos, el etanol a base de maíz ha reemplazado menos del 10% del uso de gasolina para motores desde 2011, pero ha consumido alrededor del 40% de la cosecha anual de maíz en el país. [49] En Malasia e Indonesia, la tala de bosques para producir aceite de palma para biodiesel ha llevado agraves efectos sociales y ambientales , ya que estos bosques son sumideros críticos de carbono y hábitats para especies en peligro de extinción. [56] En 2015, la producción mundial anual de biocombustibles líquidos fue equivalente al 1,8% de la energía extraída del petróleo crudo. [45] Se ha sugerido que, debido a las cantidades limitadas que se pueden producir de manera sostenible, todo debería ser biocombustible de aviación : porque a diferencia de otras formas de transporte, la aviación de larga distancia no puede ser alimentada por baterías, hidrógeno, amoníaco o pilas de combustible. [57]

Geotérmica

Una de las muchas plantas de energía en The Geysers , un campo de energía geotérmica en el norte de California, con una producción total de más de 750 MW.

La energía geotérmica se produce al aprovechar la energía térmica creada y almacenada en la tierra. Surge de la descomposición radiactiva de un isótopo de potasio y otros elementos que se encuentran en la corteza terrestre. [58] La energía geotérmica se puede obtener perforando en el suelo, muy similar a la exploración de petróleo, y luego es transportada por un fluido de transferencia de calor (por ejemplo, agua, salmuera o vapor). [58] Los sistemas geotérmicos que están dominados principalmente por el agua tienen el potencial de proporcionar mayores beneficios al sistema y generarán más energía. [59]Dentro de estos sistemas dominados por líquidos, existen posibles preocupaciones de hundimiento y contaminación de los recursos de aguas subterráneas. Por lo tanto, la protección de los recursos de agua subterránea es necesaria en estos sistemas. Esto significa que es necesaria una cuidadosa producción e ingeniería de yacimientos en los sistemas de yacimientos geotérmicos dominados por líquidos. [59] La energía geotérmica se considera sostenible porque esa energía térmica se repone constantemente. [60]

La energía geotérmica se puede aprovechar para generar electricidad y para calefacción. Las tecnologías en uso incluyen centrales de vapor seco, centrales de vapor flash y centrales de ciclo binario. A partir de 2010, la generación de electricidad geotérmica se utiliza en 24 países, [61] mientras que la calefacción geotérmica se utiliza en 70 países. [62] Los mercados internacionales crecieron a una tasa anual promedio del 5 por ciento durante los tres años hasta 2015. [63]

La energía geotérmica se considera una fuente de energía sostenible y renovable porque la extracción de calor es pequeña en comparación con el contenido de calor de la Tierra . [64] Las emisiones de gases de efecto invernadero de las estaciones eléctricas geotérmicas son en promedio 45 gramos de dióxido de carbono por kilovatio-hora de electricidad, o menos del 5 por ciento de las plantas convencionales de carbón. [62]

Energía marina

La energía marina es principalmente la energía de las mareas y la energía de las olas . A partir de 2020 , algunas pequeñas plantas de energía de las mareas están operando en Francia y China, [65] y los ingenieros continúan tratando de hacer que los equipos de energía de las olas sean más robustos contra las tormentas. [66]

Fuentes de energía no renovables

Energía nuclear

Emisiones de CO 2 relacionadas con la generación de electricidad en Francia a partir del 27 de mayo de 2020 con una intensidad total de CO 2 de 52 gCO2eq / kWh.
Emisiones de CO 2 relacionadas con la generación de electricidad en Francia a partir del 27 de mayo de 2020 con una intensidad total de CO 2 de 52 gCO 2 eq / kWh. Fuente: electricidadmap.org

La sostenibilidad de la energía nuclear basada en la fisión nuclear se debate ya que la tecnología ampliamente utilizada hoy en día consume mineral de uranio extraído , que es un recurso no renovable. Sin embargo, dado que la cantidad de energía nuclear por unidad de combustible es un millón de veces mayor que la energía química de cualquier otro combustible, las cantidades de combustible utilizadas en la fisión nuclear son proporcionalmente menores. Debido al uso relativamente pequeño de combustible, la alta tasa de reciclaje de combustible gastado (hasta 96%) y las vastas reservas, la energía nuclear puede considerarse prácticamente sostenible en una escala de cientos de años. [67]

Las plantas de energía nuclear se han utilizado desde la década de 1950 para producir un suministro constante de electricidad con cero emisiones , sin crear contaminación atmosférica local . En 2012, las centrales nucleares en 30 países generaron el 11% de la electricidad global. [68] El IPCC considera que la energía nuclear es una fuente de energía baja en carbono, con emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida (incluida la extracción y el procesamiento de uranio ), similar a las emisiones de fuentes de energía renovables. [69] A partir de 2020, la energía nuclear proporciona el 50% de la electricidad baja en carbono de la Unión Europea y el 26% de la producción total de energía en Europa. [70]

Emisiones de CO 2 relacionadas con la generación de electricidad en Alemania a partir del 27 de mayo de 2020 con una intensidad total de CO2 de 257 gCO2eq / kWh.
Generación de electricidad relacionada con CO
2emisiones en Alemania a partir del 27 de mayo de 2020 con CO global
2intensidad de 257 gCO2eq / kWh. Fuente: electricidadmap.org

El movimiento antinuclear ha llevado a una disminución en la contribución de la energía nuclear al suministro mundial de electricidad desde 1993. [71] El apoyo público a la energía nuclear a menudo es bajo como resultado de preocupaciones de seguridad, [72] sin embargo, para cada unidad de energía producida, la energía nuclear es mucho más segura que la energía de los combustibles fósiles. [73] Grupos ambientalistas tradicionales como Greenpeace y el Sierra Club se oponen a todo uso de la energía nuclear. [74] Las personas que han descrito la energía nuclear como una fuente de energía verde incluyen Stewart Brand , [74] George Monbiot , [75] Bill Gates ,[76] James Lovelock [77] y director de Greenpeace Reino Unido (2001-2007) Stephen Tindale . [78]

En 2018, la Unión Europea eligió la energía nuclear como parte del sistema de energía europeo bajo en carbono. [6]

Diseños futuros

Los diseños de reactores nucleares más nuevos son capaces de extraer energía de los desechos nucleares hasta que ya no es (o dramáticamente menos) peligroso, y tienen características de diseño que minimizan en gran medida la posibilidad de un accidente nuclear. Estos diseños (por ejemplo, el reactor de sal fundida ) aún no se han comercializado. Algunos otros reactores, como el Reactor rápido integral , pueden "quemar" desechos nucleares a través de un proceso conocido como transmutación nuclear . Las plantas de energía nuclear pueden eliminarse más o menos de su problema de desechos nucleares mediante el uso del reprocesamiento nuclear y las plantas más nuevas, como las plantas reproductoras rápidas .

El torio es un material fisionable utilizado en la energía nuclear a base de torio . El ciclo de combustible de torio afirma varias ventajas potenciales sobre un ciclo de combustible de uranio , incluyendo mayor abundancia , propiedades físicas y nucleares superiores, mejor resistencia a la proliferación de armas nucleares [79] [80] [81] y producción reducida de plutonio y actínidos . [81] Por lo tanto, a veces se lo denomina sostenible. [82] La evaluación de seguridad de las centrales nucleares que ya están en funcionamiento para extender su vida útil, quizás hasta 80 años, [83] continúa.[84] Independientemente de los accidentes pasados, la energía nuclear sigue siendo la fuente de energía más segura disponible por unidad de energía en comparación con otras fuentes. [85]

Fusion

Una posible fuente de energía es la fusión nuclear (a diferencia de la fisión nuclear utilizada hoy). Es la reacción que existe en las estrellas, incluido el Sol. Se espera que los reactores de fusión actualmente en construcción ( ITER ) sean inherentemente seguros debido a la falta de reacción en cadena y no produzcan desechos nucleares de larga vida. [86] El combustible para los reactores de fusión nuclear está ampliamente disponible en deuterio , litio y tritio . [87]

Captura y almacenamiento de carbono

En teoría, las emisiones de gases de efecto invernadero de las plantas de energía de biomasa y combustibles fósiles pueden reducirse significativamente mediante la captura y el almacenamiento de carbono , aunque este proceso es costoso. Según el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático , el camino de menor costo para alcanzar el objetivo de 2 ° C incluye el despliegue masivo de un tipo específico de tecnología de emisiones negativas llamada bioenergía con captura y secuestro de carbono , o BECCS. [88] Sin embargo, lograr este objetivo a través de BECCS requiere más recursos de los que están actualmente disponibles en todo el mundo. Por ejemplo, para capturar 10 mil millones de toneladas de CO 2 por año (GtCO 2/ y) requeriría biomasa del 40 por ciento de las tierras de cultivo actuales del mundo. [89]

Gestión de fuentes de energía intermitentes

En una instalación hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo , el agua se bombea cuesta arriba y la generación de electricidad excede la demanda. El agua luego se libera para generar hidroelectricidad .

La energía solar y eólica son fuentes de energía renovable variable (VRE) que suministran electricidad de forma intermitente dependiendo del clima y la hora del día. La intermitencia general se puede reducir combinando estas fuentes. [90] [91]

La mayoría de las redes eléctricas se construyeron para fuentes de energía no intermitentes, como las centrales eléctricas de carbón. Según la Agencia Internacional de Energía : "Se requiere flexibilidad del sistema de energía en una gama de escalas de tiempo, y diferentes soluciones de hardware de flexibilidad y soluciones de prácticas operativas ofrecen capacidades específicas de escala de tiempo". [92] La mitad de la electricidad del mundo tendrá que ser eólica y solar para 2030, para limitar el aumento global de temperatura a muy por debajo de 2 ° C para 2050. [93] A medida que se integran grandes cantidades de energía solar y eólica en la red, es necesario realizar cambios en el sistema general para garantizar que el suministro de electricidad se ajuste a la demanda. Estos cambios pueden incluir lo siguiente:

  • Uso de hidroelectricidad, plantas de gas natural u otros combustibles fósiles o plantas nucleares para producir energía de respaldo.
  • Usar el almacenamiento de energía de la red para almacenar el exceso de energía solar y eólica y liberarlo según sea necesario. El método de almacenamiento más utilizado es la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo , que es factible solo en ubicaciones que están al lado de una colina grande o una mina subterránea profunda. Las baterías se están desplegando ampliamente. Otras tecnologías de almacenamiento, como la alimentación de gas, se han utilizado en situaciones limitadas. [94]
  • Comercio de electricidad con otras ubicaciones en una red regional o a través de líneas de transmisión de larga distancia
  • Reducir la demanda de electricidad en ciertos momentos a través de la gestión de la demanda de energía y el uso de redes inteligentes .
  • El mercado de la energía , o más específicamente el mercado de la electricidad , cambia para que la flexibilidad del suministro de energía esté mejor pagada [95] [96]

A partir de 2019, el costo y la logística del almacenamiento de energía para grandes centros de población es un desafío importante, aunque el costo de los sistemas de baterías se ha desplomado dramáticamente. [97] Por ejemplo, un estudio de 2019 encontró que para que la energía solar y eólica reemplace toda la generación de combustibles fósiles durante una semana de frío extremo en el este y medio oeste de los Estados Unidos, la capacidad de almacenamiento de energía tendría que aumentar a partir de los 11 GW en el lugar ese tiempo a entre 230 GW y 280 GW, dependiendo de cuánta energía nuclear se retire. [97]

El almacenamiento por bombeo, así como la carga después de las plantas de carbón, gas fósil y energía nuclear son las técnicas más extendidas para equilibrar las fuentes de energía intermitentes a partir de 2020.

A partir de 2020 en la Unión Europea, esta ha convertido en el estándar de facto en los países que decidieron cerrar sus centrales nucleares de cero emisiones , como Alemania. [98] [99] [100] [101] Esta práctica ha llevado a un debate entre Alemania, que realizó importantes inversiones en las importaciones de gas fósil, pero no logró su CO
2objetivos de reducción de emisiones [102] y Francia, cuya combinación energética está compuesta en gran parte de energía nuclear y cuyas emisiones medias de CO2 del sector energético son 5 veces más pequeñas que las de Alemania. [103] [104]

Eficiencia energética

Avanzar hacia la sostenibilidad energética requerirá cambios no solo en la forma en que se suministra la energía, sino en la forma en que se utiliza, y es esencial reducir la cantidad de energía requerida para entregar diversos bienes o servicios. Las oportunidades de mejora en el lado de la demanda de la ecuación energética son tan ricas y diversas como las del lado de la oferta, y a menudo ofrecen importantes beneficios económicos. [105]

La eficiencia ralentiza el crecimiento de la demanda de energía, de modo que el aumento de los suministros de energía limpia puede hacer profundos recortes en el uso de combustibles fósiles. Un análisis histórico reciente ha demostrado que la tasa de mejoras en la eficiencia energética generalmente ha sido superada por la tasa de crecimiento de la demanda de energía, que se debe al continuo crecimiento económico y de la población . Como resultado, a pesar de las ganancias en eficiencia energética, el uso total de energía y las emisiones de carbono relacionadas han seguido aumentando. Por lo tanto, dados los límites termodinámicos y prácticos de las mejoras en la eficiencia energética, es esencial frenar el crecimiento de la demanda energética. [106]Sin embargo, a menos que los suministros de energía limpia entren en línea rápidamente, la desaceleración del crecimiento de la demanda solo comenzará a reducir las emisiones totales; También es necesario reducir el contenido de carbono de las fuentes de energía. Cualquier visión seria de una economía energética sostenible requiere compromisos tanto con las energías renovables como con la eficiencia. [107]

Tendencias

A partir de 2019, los combustibles fósiles aún suministran más del 80% del consumo mundial de energía y, aunque se espera que el consumo de energía por persona alcance su punto máximo en la década de 2020, el uso de energía sostenible no aumenta lo suficientemente rápido como para cumplir el objetivo de 2 grados del Acuerdo de París. [108]

A partir de 2019, los pronósticos para los 400 GW de capacidad de energía nuclear, que en 2018 suministraron el 10% de la electricidad mundial, varían de una disminución del 8% a un aumento del 25% en 2030. [109]

En 2020, la Agencia Internacional de Energía advirtió que la crisis económica causada por el brote de coronavirus puede impedir o retrasar a las empresas a invertir en energía verde. [110] [111] [112] El brote podría significar una desaceleración en la transición de energía limpia del mundo si no se toman medidas. [113]

Cambio de combustible del carbón al gas natural

En promedio, para una unidad dada de energía producida, las emisiones de gases de efecto invernadero del gas natural son aproximadamente la mitad de las emisiones de carbón cuando se usan para generar electricidad, y alrededor de dos tercios de las emisiones de carbón cuando se usan para producir calor: sin embargo, reducir las fugas de metano es imperativo. [114] El gas natural también produce significativamente menos contaminación del aire que el carbón. Por lo tanto, se promueve la construcción de centrales eléctricas y gasoductos a gas como una forma de reducir las emisiones y eliminar el uso del carbón, sin embargo, esta práctica es controvertida. Los opositores argumentan que el desarrollo de infraestructura de gas natural creará décadas de bloqueo de carbono y activos varados, y que las energías renovables crean muchas menos emisiones a costos comparables. [115] Las emisiones de gases de efecto invernadero en el ciclo de vida del gas natural son alrededor de 40 veces las emisiones de energía eólica y nuclear.

Electrificación

A pesar de la electrificación continua, los combustibles fósiles aún pueden proporcionar más de dos tercios de la energía mundial para 2040. [108]

Políticas energéticas gubernamentales

Al comparar las tendencias en el uso de energía en todo el mundo, la línea verde muestra el crecimiento de las energías renovables hasta 2015 [116]

Según el IPCC, tanto los precios explícitos del carbono como las políticas complementarias específicas de energía son mecanismos necesarios para limitar el calentamiento global a 1.5 ° C. [117]

Los programas y reglamentos específicos de la energía han sido históricamente el pilar de los esfuerzos para reducir las emisiones de combustibles fósiles. [118] Los casos exitosos incluyen la construcción de reactores nucleares en Francia en las décadas de 1970 y 1980, y los estándares de eficiencia de combustible en los Estados Unidos que conservaron miles de millones de barriles de petróleo. [118] Otros ejemplos de políticas específicas de energía incluyen los requisitos de eficiencia energética en los códigos de construcción, la prohibición de nuevas centrales eléctricas de carbón, los estándares de rendimiento para electrodomésticos y el apoyo para el uso de vehículos eléctricos . [119] [117] Sin embargo, los subsidios a los combustibles fósiles siguen siendo una barrera clave para la transición a un sistema de energía limpia. [120]

Los impuestos al carbono son una forma efectiva de alentar el movimiento hacia una economía baja en carbono , al tiempo que proporcionan una fuente de ingresos que puede usarse para reducir otros impuestos [121] o para ayudar a los hogares de bajos ingresos a pagar mayores costos de energía. [122] Los impuestos al carbono han encontrado un fuerte retroceso político en algunas jurisdicciones, mientras que las políticas específicas de energía tienden a ser políticamente más seguras. [118] Según la OCDE, el cambio climático no puede frenarse sin impuestos al carbono sobre la energía, pero el 70% de las emisiones de CO2 relacionadas con la energía no fueron gravadas en absoluto en 2018. [123] Algunos estudios estiman que combinar un impuesto al carbono con energía específica las políticas serían más rentables que un impuesto al carbono solo.[117]

Investigación sobre energía sostenible

Existen numerosas organizaciones dentro de los sectores académico, federal y comercial que realizan investigaciones avanzadas a gran escala en el campo de la energía sostenible. La producción científica hacia sistemas de energía sostenibles está aumentando exponencialmente, pasando de unos 500 artículos en revistas inglesas sobre energía renovable en 1992 a casi 9,000 en 2011 [124]

Hidrógeno

El hidrógeno es un combustible de cero emisiones que se puede producir mediante el uso de electrólisis para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno puede desempeñar un papel en un sistema energético sostenible si la electricidad utilizada para producirlo se genera a partir de fuentes sostenibles, como la eólica o la solar. El hidrógeno se puede producir cuando hay un excedente de electricidad renovable intermitente, luego se almacena y se utiliza para generar calor o para volver a generar electricidad. El hidrógeno se puede distribuir por barco [125] o por tuberías. Se puede mezclar hasta el 20% en las tuberías de gas natural sin cambiar las tuberías o los electrodomésticos, [126] pero como el hidrógeno es tan ligero, esto solo ahorraría el 7% de las emisiones. [127] A partir de 2020se están realizando ensayos sobre cómo convertir una red de gas natural a 100% de hidrógeno [128] para reducir o eliminar las emisiones del calentamiento de gas natural residencial e industrial. [129] Se puede utilizar para impulsar vehículos que tienen celdas de combustible de hidrógeno . [130] Como tiene un bajo contenido de energía en volumen, es más fácil de usar en barcos que funcionan con hidrógeno o vehículos pesados ​​de carretera [131] que en automóviles y aviones.

A partir de 2018, muy poco del suministro mundial de hidrógeno se crea a partir de fuentes sostenibles. Casi todo el hidrógeno es creado por el reformador de metano de vapor (SMR), que produce altas emisiones de gases de efecto invernadero, pero actualmente es más barato que crear hidrógeno por electrólisis. Aunque se podría capturar algo de carbono de SMR, el proceso puede hacerse más sostenible mediante el reformado autotérmico con tecnologías de captura y almacenamiento de carbono para eliminar la mayor parte del dióxido de carbono que se emite. [129]

Ver también

  • Impacto ambiental de la industria energética.
  • Desinversión de combustibles fósiles.
  • Ciclo de vida de las emisiones de gases de efecto invernadero de las fuentes de energía
  • Iniciativa de energía sostenible para todos

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