Ignacio Mártil

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

La humanidad es una devoradora insaciable de energía. La mayor parte proviene de combustibles no renovables: petróleo, gas, carbón, uranio… Pero desde hace pocos años también se extrae de las denominadas fuentes renovables: el agua, el viento y el sol, principalmente.

Un primer problema que surge a la hora de medir el consumo de energía es expresarlo en unidades que permitan una comparación directa y sencilla de las aportaciones de los diferentes tipos de combustible (barriles de petróleo, metros cúbicos de gas, toneladas de carbón o uranio, etc.). Para facilitar al lector la comprensión del problema utilizaré como unidades generales aquellas que encuentra mensualmente en el recibo de la luz: el vatio para la potencia (W) y el vatio por hora para la energía (W.h) y sus diversos múltiplos. Como los consumos de energía se suelen expresar para un año natural, la relación entre potencia y energía se obtiene sin más que multiplicar la primera por el número de horas de un año (8.760), aunque el número de horas aprovechadas al cabo del año debe modificarse para las energías renovables, al ser por naturaleza intermitentes y no funcionar ininterrumpidamente todo el año.

El consumo de energía no ha dejado de crecer y ni siquiera las sucesivas crisis político-energéticas del siglo pasado (1973, guerra del Yom Kipur; 1979, revolución de los ayatollahs en Irán; 1990, guerra del golfo; 2003, guerra de Irak) y la gran crisis económica de 2008 han frenado esa tendencia. La siguiente figura recoge, en números redondos, y en billones de vatios por hora (o Teravatios.hora, un uno seguido de doce ceros) los consumos a lo largo de las tres últimas décadas de las principales categorías de combustibles:

Energía consumida en el planeta (TWh) en las tres últimas décadas. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de la International Energy Statistics.

En 2013 el consumo fue de 160.400 TWh (18.3 TW en potencia promedio). Y esa tendencia no se va a frenar en el futuro próximo: las previsiones para 2020 son de 20 TW y para 2030 de 23 TW.

Hoy por hoy, con ligeras variaciones de un año a otro, los combustibles fósiles dominan completamente las fuentes de energía de las que se sirven la mayoría de los países, mientras que la energía nuclear es la que menos importancia tiene; además, se ha estancado en los últimos años tras los desastres de Chernobil y más recientemente de Fukushima. La gráfica siguiente ilustra el reparto habido entre los diversos combustibles en el año 2013:

Energía primaria consumida en el mundo en 2013 expresada en TWh, así como el porcentaje sobre el total que representa cada una de ellas según el combustible de procedencia. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de la referencia [1]

Es interesante indicar que la distribución entre los diversos combustibles no ha cambiado significativamente en los últimos años y es previsible que no lo haga en el futuro inmediato. Así por ejemplo, hace una década, en el año 2003, la distribución porcentual de consumo fue como sigue: petróleo, el 37%; carbón, el 25%; gas, el 24%; nuclear, el 6% y energías renovables, el 7%. Lógicamente, estos porcentajes varían de unos países a otros.

De manera que nos encontramos con que, en 2013, los combustibles fósiles han representado el 86% del consumo total de energía, porcentaje que no ha variado significativamente en los últimos 40-50 años. Es decir, más de cuarenta años después de la primera gran crisis del petróleo de 1973, la humanidad sigue teniendo una enorme dependencia del petróleo, del gas y del carbón, con aportación creciente de éste último, a pesar de ser el combustible más contaminante de los tres. En el caso concreto del petróleo, esa dependencia seguirá siendo inevitable mientras los automóviles y los aviones se muevan con gasolinas y kerosenos. Ese escenario no cambiará significativamente mientras otros sistemas de propulsión alternativos (hidrógeno, electricidad…) no se desarrollen para competir en condiciones de igualdad con los primeros.

Aunque no están contempladas en la figura anterior, llama la atención la enorme cantidad que representan las pérdidas que se producen en el proceso de transformación de la energía primaria en energía final, ya que suponen el 29% de toda la energía primaria consumida. La mayor parte de estas pérdidas se deben al proceso de obtención de energía eléctrica. En efecto, las pérdidas que se producen en la transformación de energía primaria en eléctrica son del 55%, de forma que sólo el 45% se transforma en electricidad. Volveré sobre este asunto más adelante.

Una vez descontadas las pérdidas, ¿para qué se usa la descomunal cantidad de energía resultante? Sustancialmente, para cubrir las principales necesidades de las sociedades modernas: transporte, industria (incluyendo la construcción), servicios (hoteles, comercios, oficinas…), sector residencial (calefacción, aire acondicionado). Aunque las proporciones destinadas a cada una de ellas varían apreciablemente de un país a otro, el reparto en los 27 países que conforman la UE, y en España, presentan similitudes y diferencias muy llamativas [2]. La figura ilustra el reparto de energía final (en %) en ambos casos:

Reparto de la energía final en la UE-27 y en España. Fuente: elaboración propia a partir de los datos de la referencia [1] y de los datos publicados por el I.D.A.E.

Como puede apreciarse, el principal destino de la energía en nuestro país es el transporte, que representa cerca de la mitad del total de energía consumida. Además, algo más del 80% de la energía destinada al transporte se consume en el transporte por carretera. Tanto en la UE-27 como en España los sectores industriales, residencial y de servicios hacen uso de la práctica totalidad de la producción de electricidad, que representa el 20-25% del total de energía consumida.

El problema de la eficiencia del proceso de producción/transformación de la energía es absolutamente crucial, ya que toda energía que se pierde en ese proceso no se aprovecha, pero si se obtiene con combustibles no renovables, además contaminaVoy a analizar este problema para la producción de electricidad, que es donde más pérdidas se producen. La electricidad representa, aproximadamente, el 25% del consumo total de energía en el planeta.

La energía eléctrica se puede obtener a partir de diferentes fuentes de energía primaria, (carbón, gas, uranio, viento, sol…). Sea cual sea el combustible utilizado, no toda la energía contenida en él se transforma en energía eléctrica, ya que una gran parte se pierde como calor disipado en el propio proceso de producción de la electricidad. En el caso de los combustibles no renovables (los fósiles y el uranio), la fracción de energía que se transforma en energía eléctrica varía según el combustible que sea y la tecnología que se aplique, pero por término medio, alrededor del 35% de la energía presente en el combustible primario se transforma en energía eléctrica, así que la eficiencia energética es del 35%, lo que significa que para producir una unidad de energía eléctrica se necesitan unas 3 unidades de energía de combustible no renovable. Es decir, dos de cada tres unidades de energía consumida lo hacen en forma de calor, sin utilidad para el usuario final. Con las energías renovables sucede algo parecido, es decir, no todas las fuentes primarias (viento, sol) se transforman en energía útil; la eficiencia para la energía eólica es del 20-25% y para la energía solar, del 14-18%. A estas pérdidas habidas en el proceso de generación hay que sumarles las que se producen tanto en la distribución como en el uso final que se le dé.

Por lo tanto, la energía producida, que es la que realmente se consume, es diferente de la energía aprovechada o útil. De manera que podemos establecer una ecuación bien sencilla que lo resume:

Energía producida (consumida) = Pérdidas en la generación + Pérdidas en el transporte + Pérdidas en el uso final + Energía útil

Ilustraré con un ejemplo lo que significa la ecuación anterior, analizando el proceso de producción de energía eléctrica y su uso final en una bombilla de filamento. Como es sabido, estas bombillas tienen una eficiencia de conversión de energía eléctrica en luz muy bajo, de sólo el 5%.

Supongamos que la central que alimenta la bombilla se alimenta con 100 unidades de energía de combustible no renovable –carbón, gas, uranio…–. De esas 100 unidades, 65 se pierden en la propia central debido a los procesos de refrigeración. De las 35 unidades de energía restantes, en el proceso de transporte y distribución se pierde cerca del 10% de la energía, es decir, otras 3,5 unidades de energía. Una vez que esa energía eléctrica llega a la bombilla (31.5) únicamente el 5% se convierte en luz, por lo que sólo se obtendrá luz de 1,5 unidades de energía. El resto se disipa en forma de calor en la propia bombilla. Es decir, en este caso, solo el 1,5% de la energía primaria inicial se transforma en energía útil.

El ejemplo anterior es similar para cualquier destino final que se quiera dar a la energía eléctrica, variando el valor final de la energía útil en función de la poca o mucha eficiencia energética que tenga el dispositivo en el que se va a utilizar (lavadora, televisor, etc.). La siguiente figura ilustra el proceso:

Pérdidas de energía eléctrica en la generación, transporte y uso final para una bombilla de filamento. Fuente: Elaboración propia a partir de los datos publicados en European Consortium for the Development of Fusion Energy.

Cualquier proceso de generación, transformación, transporte y consumo de energía lleva asociadas pérdidas. El problema surge cuando estas son excesivas y/o cuando los procesos de generación son especialmente nocivos para el medio ambiente. Los procesos que utilizan combustibles fósiles emiten gases de efecto invernadero, principalmente CO2, un producto de la combustión del carbono presente tanto en el petróleo como en el gas o el carbón.

Una consecuencia devastadora del descomunal consumo de energía proveniente de combustibles fósiles descrito en este artículo es el calentamiento global del planeta. La figura muestra cómo ha ido aumentando la temperatura de la tierra desde mediados del siglo XIX:

Fuente: Quinto informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático 2013

Aún hoy en día hay personajes públicos que cuestionan esta realidad, entre otros el actual presidente del gobierno, confundiendo la dificultad inherente a la previsión del clima de un día para otro con las tendencias observadas en el clima a lo largo de grandes períodos de tiempo.

¿Hay forma de revertir esta situación? ¿Estamos condenados a seguir consumiendo energía hasta destrozar el planeta? No.

Hay alternativas limpias para la producción de electricidad. Los procesos de generación de esta mediante fuentes renovables no emiten ni gases de efecto invernadero ni productos de ninguna índole, al no haber combustión de ningún tipo en el proceso de obtención de la energía. Tampoco generan residuos de ninguna clase. Y aunque también presentan pérdidas en la generación de energía, éstas no provocan ningún tipo de contaminación de la atmósfera. Analizare estas alternativas en detalle en próximos artículos.

[1] “BP Statistical review of world energy 2014” (En inglés https://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/Energy-economics/statistical-review-2014/BP-statistical-review-of-world-energy-2014-full-report.pdf)

[2] “La Energía en España”. Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Secretaría de Estado de Energía. Publicaciones oficiales. Madrid, 2011 (https://www.minetur.gob.es/energia/balances/balances/librosenergia/energia_espana_2010_2ed.pdf)