¿Es posible un escenario energético 100% renovable? (I): Planteamiento del problema

Ignacio Mártil

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

(El contenido de este artículo está recogido de forma más amplia y detallada en el Prólogo y en el Capítulo 1 de mi libro: “Energía Solar. De la utopía a la esperanza”; 2020, Guillermo Escolar Editor)

No parece haber muchas dudas de que el mundo está en una verdadera encrucijada energética, motivada por un sin fin de causas, que el autor de este artículo (al que tengo el privilegio de conocer personalmente) describe con gran detalle y claridad. Desde muchos ámbitos, tanto científicos como políticos, a partir de los comienzos de este siglo se viene incentivando la necesidad de hacer una transición hacia fuentes de energía renovable. Para tratar de situar las posibilidades y las dificultades que presenta un hipotético mix energético 100% renovable a escala global, es preciso entender previamente las razones de esta urgencia.

1. Urgencias ¿coyunturales?: el precio del gas

Está en boca de todos, en todos los periódicos, en todos los noticiarios: el precio del gas está disparado. Puesto que el gas es la tecnología que marca el precio de la electricidad, parece obvia la necesidad urgente que tiene nuestro mundo de reducir e incluso mejor, eliminar al gas como tecnología de obtención de energía eléctrica. La guerra de Ucrania ha sido el último sobresalto, pero no es el único, llevamos más de un año con precios en records históricos y el futuro no augura que esta tendencia se vaya a revertir:

Evolución del precio del MWh producido con gas desde 2018 al momento presente

2. Urgencias estructurales: el calentamiento global

Más allá del actual problema del precio de la energía, que asfixia a nuestras economías y que afecta severamente a nuestra vida diaria, hay otro factor que se viene agudizando un año tras otro desde hace décadas: el calentamiento del clima de la Tierra es inequívoco, tal y como vuelve a recordarnos el último informe del IPCC (Panel Intergubernamental del Cambio Climático), que se acaba de publicar. Durante los últimos 25 años, la concentración atmosférica de dióxido de carbono ha aumentado desde 360 ppm en 1995 a más de 419.3 ppm en febrero del presente año 2022:

Evolución durante los últimos cinco años del contenido, en promedio mensual, de CO2 medido en el Observatorio de Mauna Loa, Hawái, expresado en ppm (partes por millón). Los datos de dióxido de carbono en ese observatorio constituyen el registro más largo de mediciones directas de CO2 en la atmósfera

La quema de combustibles fósiles está detrás del aumento mostrado en la figura anterior. En efecto, las emisiones de CO2 no han hecho más que crecer ininiterrumpidamente, desde 23 Gt en 1995 (1 Gt = 1.000 millones de toneladas) a 35 Gt en 2021:

Evolución de las emisiones de CO2 durante los dos últimos siglos

El incremento de emisiones reseñado lleva consigo el efecto más peligroso para la salud del planeta: el aumento de la temperatura media de la Tierra, que ha continuado a escala global. De hecho, los últimos 5 años se han confirmado como el lustro más cálido nunca registrado. El consenso científico actual considera que ese aumento está motivado por la quema de los combustibles fósiles. Las consecuencias que estas emisiones tienen sobre el aumento de la temperatura media del planeta están bien contrastadas:

Evolución de la temperatura promedio de la superficie de la Tierra en grados centígrados desde 1850 hasta el momento presente

Los hábitos de consumo energético que están detrás de los datos señalados en las dos primeras gráficas de este artículo son física y socialmente insostenibles. Si bien el mundo industrializado se enfrenta a transiciones energéticas radicales impuestas por un inminente declive de la producción de petróleo, gran parte del mundo no industrializado ya se enfrenta a una importante escasez de energía. Y aunque hay una discusión considerable sobre el momento en el que ha llegado/llegará el conocido como "pico del petróleo", hay poca discusión sobre la necesidad imperiosa de efectuar una transición general a sistemas de energía más sostenibles. Parece poco probable que una sola fuente logre obtener una participación en el mercado comparable a la que posee actualmente el petróleo y las dificultades a las que se enfrenta una transición de esta naturaleza son enormes, tan grandes como el objetivo que persigue. Y parece obvio también que dicho cambio no se va a producir de manera uniforme en las diferentes regiones del planeta.

3. Posibilidades y dificultades de un escenario 100% renovable

La energía abundante y barata sigue siendo fundamental para el desarrollo económico; la relación entre el consumo de energía per cápita y el Índice de Desarrollo Humano es innegable. Pero parece que hay pocas perspectivas de reducir el consumo de energía a nivel mundial este siglo, especialmente con un porcentaje de la población mundial superior al 10% en situación de pobreza extrema. Una acción eficaz contra el Calentamiento Global exige planes creíbles para los sistemas energéticos que cumplan al menos con dos requisitos:

(i) Evitar casi por completo la explotación de fuentes fósiles.

(ii) Ser escalables para satisfacer la demanda energética de una población mundial de aproximadamente 9.000-10.000 millones de personas a mediados de siglo y quizás más de 12.000 millones a finales de siglo.

Este proceso comienza lógicamente con la eliminación del carbón, el gas y el petróleo en la generación de energía eléctrica, pero debe expandirse más allá, para eliminar la práctica totalidad de los hidrocarburos fósiles utilizados hoy en día en la calefacción industrial y residencial, en el transporte personal y comercial y en la mayoría de los demás servicios relacionados con la energía. El primer objetivo, relacionado con la producción de energía eléctrica, parece factible en un plazo de tiempo no superior a una década (aunque también lleno de dificultades, como veremos en el próximo artículo), pero la eliminación de los vehículos de combustión interna por eléctricos no parece factible en un plazo tan breve.

Hasta la fecha, gran parte de los esfuerzos académicos, gubernamentales y no gubernamentales se han centrado en el desarrollo de escenarios energéticos dedicados exclusivamente a las tecnologías energéticas clasificadas como renovables (hidroeléctrica, biomasa, eólica, solar y geotérmica), a menudo con la exclusión explícita de la energía nuclear, por dos razones esenciales: gestión de los residuos y costes de instalación y mantenimiento. Pero nos encontramos ante una situación para la que existe una falta casi total de evidencia histórica sobre la viabilidad técnica de sistemas de electricidad 100% renovable que operen a escalas regionales o mayores. La única nación desarrollada hoy en día con electricidad proveniente de fuentes 100% renovables es Islandia, gracias a un cúmulo de circunstancias únicas que concurren en este pequeño país: acuíferos geotérmicos poco profundos, abundante energía hidroeléctrica y una población de solo 366.000 personas (hay otros países con una producción de energía eléctrica 100% renovable, como Paraguay). Los mix energéticos de otras naciones europeas, como Alemania y Dinamarca, alabadas por sus esfuerzos en el despliegue de energías renovables, producen emisiones de gases de efecto invernadero similares al promedio de la UE-27, lo cual da idea de la dificultad del objetivo señalado.

Cuando se analizan las previsiones realizadas en numerosos países dedicados a este objetivo 100% renovable, se olvidan elementos clave para que tal objetivo sea viable, por ejemplo, hay una muy llamativa falta de atención prestada a las redes de transmisión/distribución necesarias y la prestación de los servicios auxiliares que tal sistema necesitaría para su correcto funcionamiento. En general, los escenarios propuestos no plantean las que a mi juicio, son las preguntas básicas:

(i) ¿Puede funcionar un sistema de este tipo?

(ii) ¿Qué evidencia se requiere para describir tal sistema con suficiente detalle como para que elementos como el tiempo, el coste y las implicaciones ambientales se puedan estimar con precisión?

Por lo tanto, hoy por hoy no hay una base empírica suficiente como para comprender la evidencia detrás de las propuestas de obtención de energía 100% renovable, para escenarios de escala global, regional o nacional. En consecuencia, existe el riesgo de que la formulación de políticas para la mitigación del cambio climático se base más en consideraciones de publicidad y oportunismo político, bien visto en general por la opinión pública, que en evidencias de efectividad, impactos o viabilidad.

Dado lo complejo y extenso del problema, en esta artículo me limito a plantear dudas e interrogantes en busca de pruebas de que los requisitos de producción de electricidad de las economías modernas se pueden satisfacer a través de fuentes de energía 100% renovables. Quienes me conocen por mis escritos, saben de mi absoluta incondicionalidad por las energías renovables como única solución a los desafíos planteados, pero no por ello olvido las enormes dificultades a las que se enfrenta un escenario 100% renovable.

En el siguiente artículo describiré una metodología que pretende identificar los problemas relevantes y describir y justificar la elección de criterios de evaluación adecuados. Discutiré la viabilidad técnica de posibles sistemas de electricidad 100% renovable y analizaré algunas de las principales implicaciones ambientales y de desarrollo humano de esos sistemas. En definitiva, analizaré los requisitos que debe reunir un sistema energético 100% renovable para resultar viable a una escala más allá de lo local.