Los sistemas de energía renovable se han vuelto rápidamente más eficientes y baratos en los últimos 30 años. [3] Una gran mayoría de la capacidad eléctrica recientemente instalada en todo el mundo es ahora renovable. [4] En la mayoría de los países, la energía solar fotovoltaica o la energía eólica terrestre son la electricidad de nueva construcción más barata. [5] De 2011 a 2021, la energía renovable creció del 20% al 28% del suministro mundial de electricidad. La energía solar y eólica representó la mayor parte de este aumento, pasando de un 2% combinado a un 10%. El uso de energía fósil se redujo del 68% al 62%. [6] En 2022, las energías renovables representaron el 30 % de la generación mundial de electricidad y se prevé que alcancen más del 42 % para 2028. [7] [8] Muchos países ya tienen energías renovables que contribuyen con más del 20 % de su suministro total de energía, y algunos generan más de la mitad o incluso toda su electricidad a partir de fuentes renovables. [9] [10]
La principal motivación para reemplazar los combustibles fósiles con fuentes de energía renovables es desacelerar y eventualmente detener el cambio climático , que según se reconoce ampliamente es causado principalmente por las emisiones de gases de efecto invernadero . En general, las fuentes de energía renovables provocan emisiones mucho menores que los combustibles fósiles. [11] La Agencia Internacional de Energía estima que para lograr emisiones netas cero para 2050, el 90% de la generación mundial de electricidad deberá producirse a partir de fuentes renovables. [12] Las energías renovables también causan mucha menos contaminación del aire que los combustibles fósiles, mejoran la salud pública y son menos ruidosas . [11]
El despliegue de energía renovable todavía enfrenta obstáculos, especialmente los subsidios a los combustibles fósiles , [13] el lobby de los proveedores de energía establecidos, [14] y la oposición local al uso de terrenos para instalaciones de energías renovables. [15] [16] Como toda minería, la extracción de minerales necesarios para muchas tecnologías de energía renovable también produce daños ambientales . [17] Además, aunque la mayoría de las fuentes de energía renovables son sostenibles , algunas no lo son. Por ejemplo, algunas fuentes de biomasa son insostenibles al ritmo actual de explotación . [18]
Descripción general
Las fuentes de energía renovables, especialmente la solar fotovoltaica y la eólica , generan una proporción cada vez mayor de electricidad. [19]El carbón, el petróleo y el gas natural siguen siendo las principales fuentes de energía mundiales, incluso cuando las energías renovables han comenzado a aumentar rápidamente. [20]
Aunque casi todas las formas de energía renovable causan muchas menos emisiones de carbono que los combustibles fósiles, el término no es sinónimo de energía baja en carbono . Algunas fuentes de energía no renovables, como la energía nuclear , [ contradictoriamente ] casi no generan emisiones, mientras que algunas fuentes de energía renovables pueden ser muy intensivas en carbono, como la quema de biomasa, si no se compensa con la plantación de nuevas plantas. [11] La energía renovable también es distinta de la energía sostenible , un concepto más abstracto que busca agrupar las fuentes de energía en función de su impacto general permanente en las generaciones futuras de humanos. Por ejemplo, la biomasa suele asociarse con la deforestación insostenible . [23]
Papel en la lucha contra el cambio climático
Las muertes causadas como resultado del uso de combustibles fósiles (áreas de rectángulos en el gráfico) superan con creces las resultantes de la producción de energía renovable (rectángulos apenas visibles en el gráfico). [24]
La energía renovable está distribuida de manera más uniforme en todo el mundo que los combustibles fósiles, que se concentran en un número limitado de países. [28] También aporta beneficios para la salud al reducir la contaminación del aire causada por la quema de combustibles fósiles. Los ahorros potenciales a nivel mundial en costos de atención médica se han estimado en billones de dólares al año. [29]
intermitencia
Demanda de energía estimada durante una semana en mayo de 2012 y mayo de 2020, Alemania, que muestra la variabilidad de la energía solar y eólica tanto de día como de mes a mes.
Las dos formas más importantes de energía renovable, la solar y la eólica, son fuentes de energía intermitentes : no están disponibles constantemente, lo que resulta en factores de capacidad más bajos . Por el contrario, las centrales eléctricas de combustibles fósiles suelen ser capaces de producir exactamente la cantidad de energía que necesita una red eléctrica en un momento dado. La energía solar sólo se puede captar durante el día y, idealmente, en condiciones despejadas. La generación de energía eólica puede variar significativamente no sólo de un día a otro, sino incluso de un mes a otro. [30] Esto plantea un desafío a la hora de abandonar los combustibles fósiles: la demanda de energía a menudo será mayor o menor que la que las energías renovables pueden proporcionar. [31] Ambos escenarios pueden causar que las redes eléctricas se sobrecarguen, provocando cortes de energía .
En el mediano plazo, esta variabilidad puede requerir mantener algunas plantas de energía a gas u otra generación despachable en espera [32] [33] hasta que haya suficiente almacenamiento de energía, respuesta a la demanda , mejora de la red y/o energía de carga base de fuentes no renovables. fuentes intermitentes. A largo plazo, el almacenamiento de energía es una forma importante de afrontar la intermitencia. [34] El uso de fuentes de energía renovables diversificadas y redes inteligentes también puede ayudar a aplanar la oferta y la demanda. [35]
El acoplamiento sectorial del sector de generación de energía con otros sectores puede aumentar la flexibilidad: por ejemplo, el sector del transporte puede acoplarse cargando vehículos eléctricos y enviando electricidad del vehículo a la red . [36] De manera similar, el sector industrial puede combinarse con hidrógeno producido por electrólisis, [37] y el sector de edificios con almacenamiento de energía térmica para calefacción y refrigeración de espacios. [38]
Almacenamiento de energía eléctrica
El almacenamiento de energía eléctrica es un conjunto de métodos utilizados para almacenar energía eléctrica. La energía eléctrica se almacena durante los momentos en que la producción (especialmente de fuentes intermitentes como la energía eólica , la energía mareomotriz y la energía solar ) excede el consumo y se devuelve a la red cuando la producción cae por debajo del consumo. La energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo representa más del 85% de todo el almacenamiento de energía de la red . [39] Las baterías se utilizan cada vez más para almacenamiento [40] y servicios auxiliares de red [41] y para almacenamiento doméstico. [42] El hidrógeno verde es un medio más económico de almacenamiento de energía renovable a largo plazo, en términos de gastos de capital, en comparación con la energía hidroeléctrica de bombeo o las baterías. [43] [44]
Tecnologías convencionales
La capacidad de energía renovable ha crecido constantemente, liderada por la energía solar fotovoltaica . [45]
La energía solar produjo alrededor de 1,3 teravatios-hora (TWh) en todo el mundo en 2022, [9] lo que representa el 4,6% de la electricidad mundial. Casi todo este crecimiento se ha producido desde 2010. [50] La energía solar se puede aprovechar en cualquier lugar que reciba luz solar; sin embargo, la cantidad de energía solar que se puede aprovechar para generar electricidad está influenciada por las condiciones climáticas , la ubicación geográfica y la hora del día. [51]
Hay dos formas principales de aprovechar la energía solar: la solar térmica , que convierte la energía solar en calor; y la fotovoltaica (PV), que la convierte en electricidad. [11] La energía fotovoltaica está mucho más extendida y representa alrededor de dos tercios de la capacidad mundial de energía solar en 2022. [52] También está creciendo a un ritmo mucho más rápido, con 170 GW de capacidad recién instalada en 2021, [53] en comparación con a 25 GW de energía solar térmica. [52]
De 2020 a 2022, las inversiones en tecnología solar casi se duplicaron de 162 mil millones de dólares a 308 mil millones de dólares, impulsadas por la creciente madurez del sector y las reducciones de costos, particularmente en la energía solar fotovoltaica (PV), que representó el 90% de las inversiones totales. China y Estados Unidos fueron los principales receptores, representando en conjunto aproximadamente la mitad de todas las inversiones en energía solar desde 2013. A pesar de las reducciones en Japón e India debido a cambios de políticas y COVID-19 , el crecimiento en China, Estados Unidos y un aumento significativo desde El programa de primas de Vietnam compensó estas caídas. A nivel mundial, el sector solar añadió 714 gigavatios (GW) de capacidad de energía solar fotovoltaica y de energía solar concentrada (CSP) entre 2013 y 2021, con un aumento notable de las instalaciones de calefacción solar a gran escala en 2021, especialmente en China, Europa, Turquía y México. [55]
Un sistema fotovoltaico , compuesto por células solares montadas en paneles , convierte la luz en corriente eléctrica continua mediante el efecto fotoeléctrico . [58] La energía fotovoltaica tiene varias ventajas que la convierten, con diferencia, en la tecnología de energía renovable de más rápido crecimiento. Es económico, de bajo mantenimiento y escalable; añadirlo a una instalación fotovoltaica existente según surja la demanda es sencillo. Su principal desventaja es su bajo rendimiento en tiempo nublado. [11]
Los sistemas fotovoltaicos varían desde pequeñas instalaciones residenciales y comerciales integradas en tejados o edificios hasta grandes centrales fotovoltaicas a escala de servicios públicos . [59] Los paneles solares de un hogar pueden usarse solo para ese hogar o, si están conectados a una red eléctrica, pueden agregarse a millones de otros. [60]
La primera planta de energía solar a escala comercial fue construida en 1982 en Hesperia, California, por ARCO . [61] La planta no fue rentable y se vendió ocho años después. [62] Sin embargo, durante las décadas siguientes, las células fotovoltaicas se volvieron significativamente más eficientes y más baratas. [63] Como resultado, la adopción de energía fotovoltaica ha crecido exponencialmente desde 2010. [64] La capacidad global aumentó de 230 GW a fines de 2015 a 890 GW en 2021. [65] La energía fotovoltaica creció más rápidamente en China entre 2016 y 2021, agregando 560 GW, más que todas las economías avanzadas juntas. [66] Cuatro de las diez mayores centrales de energía solar se encuentran en China, incluida la más grande, el Parque Solar Golmud en China. [67]
Solar térmica
A diferencia de las células fotovoltaicas que convierten la luz solar directamente en electricidad, los sistemas solares térmicos la convierten en calor. Utilizan espejos o lentes para concentrar la luz solar en un receptor, que a su vez calienta un depósito de agua. El agua calentada luego se puede utilizar en los hogares. La ventaja de la energía solar térmica es que el agua calentada se puede almacenar hasta que se necesite, eliminando la necesidad de un sistema de almacenamiento de energía separado. [68] La energía solar térmica también se puede convertir en electricidad utilizando el vapor generado a partir del agua calentada para impulsar una turbina conectada a un generador. Sin embargo, como generar electricidad de esta manera es mucho más caro que las plantas de energía fotovoltaica, hoy en día hay muy pocas en uso. [69]
Los seres humanos han aprovechado la energía eólica desde al menos el año 3500 a.C. Hasta el siglo XX, se utilizó principalmente para impulsar barcos, molinos de viento y bombas de agua. Hoy en día, la gran mayoría de la energía eólica se utiliza para generar electricidad mediante turbinas eólicas. [11] Las turbinas eólicas modernas a escala comercial oscilan entre 600 kW y 9 MW de potencia nominal. La potencia disponible del viento es función del cubo de la velocidad del viento, por lo que a medida que aumenta la velocidad del viento, la producción de energía aumenta hasta la producción máxima para la turbina en particular. [74] Las áreas donde los vientos son más fuertes y más constantes, como los sitios marinos y de gran altitud, son lugares preferidos para los parques eólicos.
La electricidad generada por el viento cubrió casi el 4% de la demanda mundial de electricidad en 2015, con casi 63 GW de nueva capacidad de energía eólica instalada. La energía eólica fue la principal fuente de nueva capacidad en Europa, Estados Unidos y Canadá, y la segunda en China. En Dinamarca, la energía eólica cubrió más del 40% de su demanda de electricidad, mientras que Irlanda, Portugal y España cubrieron cada uno casi el 20%. [75]
A nivel mundial, se cree que el potencial técnico a largo plazo de la energía eólica es cinco veces la producción total de energía mundial actual, o 40 veces la demanda eléctrica actual, suponiendo que se superen todas las barreras prácticas necesarias. Esto requeriría la instalación de turbinas eólicas en grandes áreas, particularmente en áreas con mayores recursos eólicos, como en alta mar, y probablemente también el uso industrial de nuevos tipos de turbinas VAWT además de las unidades de eje horizontal actualmente en uso. Dado que la velocidad de la energía eólica marina es aproximadamente un 90 % mayor que la de la tierra, los recursos marinos pueden aportar sustancialmente más energía que las turbinas terrestres. [76]
Las inversiones en tecnologías eólicas alcanzaron los 161 mil millones de dólares en 2020, y la energía eólica terrestre dominó el 80% de las inversiones totales de 2013 a 2022. Las inversiones en energía eólica marina casi se duplicaron a 41 mil millones de dólares entre 2019 y 2020, principalmente debido a los incentivos políticos en China y la expansión en Europa. La capacidad eólica mundial aumentó en 557 GW entre 2013 y 2021, y las adiciones de capacidad aumentaron en un promedio del 19% cada año. [55]
Dado que el agua es aproximadamente 800 veces más densa que el aire , incluso una corriente de agua que fluya lentamente o un oleaje moderado pueden producir cantidades considerables de energía. El agua puede generar electricidad con una eficiencia de conversión de alrededor del 90%, que es la tasa más alta en energía renovable. [80] Hay muchas formas de energía hídrica:
Los pequeños sistemas hidroeléctricos son instalaciones de energía hidroeléctrica que normalmente producen hasta 50 MW de potencia. A menudo se utilizan en ríos pequeños o como desarrollo de bajo impacto en ríos más grandes. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica del mundo y tiene más de 45.000 pequeñas instalaciones hidroeléctricas. [82]
Las centrales hidroeléctricas de pasada obtienen energía de los ríos sin la creación de un gran embalse . Por lo general, el agua se transporta a lo largo del costado del valle del río (mediante canales, tuberías y/o túneles) hasta que está muy por encima del fondo del valle, después de lo cual se puede permitir que caiga a través de una tubería forzada para impulsar una turbina. Una planta de pasada aún puede producir una gran cantidad de electricidad, como la presa Chief Joseph en el río Columbia en Estados Unidos. [83] Sin embargo, muchas centrales hidroeléctricas de pasada son microcentrales hidroeléctricas o picohidroeléctricas .
Gran parte de la energía hidroeléctrica es flexible, complementando así a la eólica y la solar. [84] En 2021, la capacidad hidroeléctrica renovable mundial era de 1.360 GW. [66] Sólo se ha desarrollado un tercio del potencial hidroeléctrico mundial estimado en 14.000 TWh/año. [85] [86] Los nuevos proyectos hidroeléctricos enfrentan la oposición de las comunidades locales debido a su gran impacto, incluida la reubicación de comunidades y la inundación de hábitats de vida silvestre y tierras agrícolas. [87] Por lo tanto, los principales desafíos para los nuevos desarrollos son el alto costo y los plazos de entrega del proceso de autorización, incluidas las evaluaciones ambientales y de riesgos, junto con la falta de aceptación ambiental y social. [88] Es popular repotenciar represas antiguas, aumentando así su eficiencia y capacidad, así como una capacidad de respuesta más rápida en la red. [89] Cuando las circunstancias lo permitan, las presas existentes, como la presa Russell construida en 1985, pueden actualizarse con instalaciones de "rebombeo" para almacenamiento por bombeo, lo cual es útil para cargas máximas o para soportar energía eólica y solar intermitente. Debido a que la energía gestionable es más valiosa que las ERV [90] [91], los países con grandes desarrollos hidroeléctricos, como Canadá y Noruega, están gastando miles de millones para ampliar sus redes para comerciar con países vecinos que tienen energía hidroeléctrica limitada. [92]
Bioenergía
La biomasa es material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. Más comúnmente, se refiere a plantas o materiales derivados de plantas. Como fuente de energía, la biomasa puede utilizarse directamente mediante combustión para producir calor o convertirse en un biocombustible con mayor densidad energética, como el etanol. La madera es la fuente de energía de biomasa más importante en 2012 [96] y generalmente proviene de árboles talados por razones silvícolas o prevención de incendios . Los residuos municipales de madera (por ejemplo, materiales de construcción o aserrín) también suelen quemarse para obtener energía. [97] Los mayores productores per cápita de bioenergía a base de madera son países con abundantes bosques como Finlandia, Suecia, Estonia, Austria y Dinamarca. [98]
La bioenergía puede ser destructiva para el medio ambiente si se talan los bosques antiguos para dar paso a la producción de cultivos. En particular, la demanda de aceite de palma para producir biodiesel ha contribuido a la deforestación de las selvas tropicales en Brasil e Indonesia. [99] Además, la quema de biomasa todavía produce emisiones de carbono, aunque mucho menos que los combustibles fósiles (39 gramos de CO 2 por megajulio de energía, en comparación con 75 g/MJ de los combustibles fósiles). [100]
Los biocombustibles se utilizan principalmente en el transporte y cubrirán el 3,5% de la demanda mundial de energía para el transporte en 2022, [101] frente al 2,7% en 2010. [102] Se espera que Biojet sea importante para la reducción a corto plazo de las emisiones de dióxido de carbono de las emisiones de largo plazo. vuelos de transporte. [103]
Además de la madera, las principales fuentes de bioenergía son el bioetanol y el biodiesel . [11] El bioetanol generalmente se produce fermentando los componentes del azúcar de cultivos como la caña de azúcar y el maíz , mientras que el biodiesel se elabora principalmente a partir de aceites extraídos de plantas, como el aceite de soja y el aceite de maíz . [104] La mayoría de los cultivos utilizados para producir bioetanol y biodiesel se cultivan específicamente para este propósito, [105] aunque el aceite de cocina usado representó el 14% del aceite utilizado para producir biodiesel en 2015. [104] La biomasa utilizada para producir Los biocombustibles varían según la región. El maíz es la principal materia prima en Estados Unidos, mientras que la caña de azúcar domina en Brasil. [106] En la Unión Europea, donde el biodiesel es más común que el bioetanol, el aceite de colza y el aceite de palma son las principales materias primas. [107] China, aunque produce comparativamente mucho menos biocombustible, utiliza principalmente maíz y trigo. [108] En muchos países, los biocombustibles están subsidiados o se exige su inclusión en las mezclas de combustibles . [99]
Hay muchas otras fuentes de bioenergía que son más específicas o aún no son viables a gran escala. Por ejemplo, el bioetanol podría producirse a partir de las partes celulósicas de los cultivos, en lugar de sólo las semillas, como es común hoy en día. [109] El sorgo dulce puede ser una fuente alternativa prometedora de bioetanol, debido a su tolerancia a una amplia gama de climas. [110] El estiércol de vaca se puede convertir en metano. [111] También hay una gran cantidad de investigaciones relacionadas con el combustible de algas , lo cual es atractivo porque las algas son un recurso no alimentario, crecen alrededor de 20 veces más rápido que la mayoría de los cultivos alimentarios y pueden cultivarse en casi cualquier lugar. [112]
La energía geotérmica es energía térmica (calor) extraída de la corteza terrestre . Se origina a partir de varias fuentes diferentes , de las cuales la más importante es la lenta desintegración radiactiva de los minerales contenidos en el interior de la Tierra , [11] así como algo de calor sobrante de la formación de la Tierra . [117] Parte del calor se genera cerca de la superficie de la Tierra en la corteza, pero otra parte también fluye desde las profundidades de la Tierra desde el manto y el núcleo . [117] La extracción de energía geotérmica es viable principalmente en países ubicados en los bordes de las placas tectónicas , donde el manto caliente de la Tierra está más expuesto. [118] A partir de 2023, Estados Unidos tiene, con diferencia, la mayor capacidad geotérmica (2,7 GW, [119] o menos del 0,2% de la capacidad energética total del país [120] ), seguido de Indonesia y Filipinas. La capacidad global en 2022 era de 15 GW. [119]
La energía geotérmica se puede utilizar directamente para calentar los hogares, como es habitual en Islandia, o para generar electricidad. A escalas más pequeñas, la energía geotérmica se puede generar con bombas de calor geotérmicas , que pueden extraer calor de temperaturas del suelo inferiores a 30 °C (86 °F), lo que permite su uso a profundidades relativamente poco profundas, de unos pocos metros. [118] La generación de electricidad requiere plantas grandes y temperaturas del suelo de al menos 150 °C (302 °F). En algunos países, la electricidad producida a partir de energía geotérmica representa una gran parte del total, como Kenia (43%) e Indonesia (5%). [121]
Los avances técnicos pueden eventualmente hacer que la energía geotérmica esté más disponible. Por ejemplo, los sistemas geotérmicos mejorados implican perforar unos 10 kilómetros (6,2 millas) en la Tierra, romper rocas calientes y extraer el calor con agua. En teoría, este tipo de extracción de energía geotérmica podría realizarse en cualquier lugar de la Tierra. [118]
Tecnologías emergentes
También hay otras tecnologías de energía renovable que aún están en desarrollo, incluidos sistemas geotérmicos mejorados , energía solar concentrada , etanol celulósico y energía marina . [122] [123] Estas tecnologías aún no se han demostrado ampliamente o tienen una comercialización limitada. Algunas pueden tener un potencial comparable al de otras tecnologías de energía renovable, pero aún dependen de nuevos avances en investigación, desarrollo e ingeniería. [123]
Sistemas geotérmicos mejorados
Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) son un nuevo tipo de energía geotérmica que no requiere depósitos naturales de agua caliente ni vapor para generar energía. La mayor parte del calor subterráneo al alcance de la perforación está atrapado en rocas sólidas, no en el agua. [124] Las tecnologías de EGS utilizan la fracturación hidráulica para romper estas rocas y liberar el calor que contienen, que luego se recolecta bombeando agua al suelo. El proceso a veces se conoce como "roca seca caliente" (HDR). [125] A diferencia de la extracción de energía geotérmica convencional, la EGS puede ser factible en cualquier parte del mundo, dependiendo del costo de la perforación. [126] Hasta ahora, los proyectos de EGS se han limitado principalmente a plantas de demostración , ya que la tecnología requiere mucho capital debido al alto costo de perforación. [127]
Energía marina
Vista aérea de la central mareomotriz de Sihwa en Corea del Sur
La Tierra emite aproximadamente 10 17 W de radiación térmica infrarroja que fluye hacia el frío espacio exterior. La energía solar golpea la superficie y la atmósfera de la tierra y produce calor. Utilizando varios dispositivos teorizados como el recolector de energía emisiva (EEH) o el diodo termorradiativo, este flujo de energía se puede convertir en electricidad. En teoría, esta tecnología se puede utilizar durante la noche. [132] [133]
Otros
Combustibles de algas
La producción de combustibles líquidos a partir de variedades de algas ricas en aceite (ricas en grasas) es un tema de investigación en curso. Se están probando diversas microalgas cultivadas en sistemas abiertos o cerrados, incluidos algunos sistemas que pueden instalarse en terrenos abandonados y desérticos. [134]
Vapor de agua
La recolección de cargas de electricidad estática de las gotas de agua sobre superficies metálicas es una tecnología experimental que sería especialmente útil en países de bajos ingresos con una humedad relativa del aire superior al 60%. [135]
Energía nuclear
Los reactores reproductores podrían, en principio, extraer casi toda la energía contenida en el uranio o el torio , reduciendo las necesidades de combustible en un factor de 100 en comparación con los reactores de agua ligera de una sola etapa, ampliamente utilizados , que extraen menos del 1% de la energía del actínido. Metal (uranio o torio) extraído de la tierra. [136] La alta eficiencia del combustible de los reactores reproductores podría reducir en gran medida las preocupaciones sobre el suministro de combustible, la energía utilizada en la minería y el almacenamiento de desechos radiactivos . Con la extracción de uranio con agua de mar (actualmente demasiado cara para ser económica), hay suficiente combustible para que los reactores reproductores satisfagan las necesidades energéticas del mundo durante 5 mil millones de años al ritmo de consumo total de energía de 1983, lo que convierte a la energía nuclear en una energía renovable. [137] [138] Además de agua de mar, las rocas de granito de la corteza promedio contienen cantidades significativas de uranio y torio que, con reactores reproductores, pueden suministrar energía abundante para el resto de la vida útil del sol en la secuencia principal de la evolución estelar. [139]
Fotosíntesis artificial
La fotosíntesis artificial utiliza técnicas que incluyen la nanotecnología para almacenar energía electromagnética solar en enlaces químicos al dividir el agua para producir hidrógeno y luego usar dióxido de carbono para producir metanol. [140] Los investigadores en este campo se esforzaron por diseñar imitadores moleculares de la fotosíntesis que utilicen una región más amplia del espectro solar, empleen sistemas catalíticos hechos de materiales abundantes y económicos que sean robustos, fáciles de reparar, no tóxicos y estables en una variedad de condiciones ambientales. condiciones y funcionar de manera más eficiente permitiendo que una mayor proporción de la energía de los fotones termine en los compuestos de almacenamiento, es decir, carbohidratos (en lugar de construir y sostener células vivas). [141] Sin embargo, investigaciones destacadas enfrentan obstáculos: Sun Catalytix, una empresa derivada del MIT, dejó de ampliar su prototipo de celda de combustible en 2012 porque ofrece pocos ahorros en comparación con otras formas de producir hidrógeno a partir de la luz solar. [142]
Consumo por sector
Uno de los esfuerzos para descarbonizar el transporte es el mayor uso de vehículos eléctricos (EV). [143] A pesar de eso y del uso de biocombustibles , como el biojet , menos del 4% de la energía del transporte proviene de energías renovables. [144] Ocasionalmente se utilizan pilas de combustible de hidrógeno para el transporte pesado. [145] Mientras tanto, en el futuro los electrocombustibles también pueden desempeñar un papel más importante en la descarbonización de sectores difíciles de reducir, como la aviación y el transporte marítimo. [146]
El calentamiento solar de agua contribuye de manera importante al calor renovable en muchos países, sobre todo en China, que ahora posee el 70% del total mundial (180 GWth). La mayoría de estos sistemas están instalados en edificios de apartamentos multifamiliares [147] y satisfacen una parte de las necesidades de agua caliente de aproximadamente 50 a 60 millones de hogares en China. En todo el mundo, el total de sistemas solares de calentamiento de agua instalados satisface una parte de las necesidades de calentamiento de agua de más de 70 millones de hogares.
Las bombas de calor proporcionan tanto calefacción como refrigeración y también aplanan la curva de demanda eléctrica, por lo que son una prioridad cada vez mayor. [148] La energía térmica renovable también está creciendo rápidamente. [149] Alrededor del 10% de la energía de calefacción y refrigeración proviene de energías renovables. [150]
Algunos estudios dicen que una transición global hacia energía 100% renovable en todos los sectores (energía, calor, transporte e industria) es factible y económicamente viable. [151] [152] [153]
Tendencias del mercado y la industria.
La mayoría de las nuevas energías renovables son la solar, seguida de la eólica, luego la hidroeléctrica y luego la bioenergía. [154] La inversión en energías renovables, especialmente la solar, tiende a ser más efectiva para crear empleos que el carbón, el gas o el petróleo. [155] [156] En todo el mundo, las energías renovables emplean a alrededor de 12 millones de personas en 2020, siendo la energía solar fotovoltaica la tecnología que más emplea con casi 4 millones. [157] Sin embargo, en febrero de 2024, la oferta mundial de mano de obra para la energía solar está muy por detrás de la demanda, ya que las universidades de todo el mundo todavía producen más mano de obra para los combustibles fósiles que para las industrias de energía renovable. [158]
En 2021, China representó casi la mitad del aumento mundial de la electricidad renovable. [159]
Hay 3.146 gigavatios instalados en 135 países, mientras que 156 países tienen leyes que regulan el sector de las energías renovables. [6] [160]
En 2020, a nivel mundial hay más de 10 millones de puestos de trabajo asociados con las industrias de energías renovables, siendo la energía solar fotovoltaica el mayor empleador de energías renovables. [161] Los sectores de energía limpia agregaron alrededor de 4,7 millones de puestos de trabajo a nivel mundial entre 2019 y 2022, por un total de 35 millones de puestos de trabajo para 2022. [162] : 5
Comparación de costos
La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) afirmó que ~86% (187 GW) de la capacidad renovable agregada en 2022 tenía costos más bajos que la electricidad generada a partir de combustibles fósiles. [163] IRENA también afirmó que la capacidad agregada desde 2000 redujo las facturas de electricidad en 2022 en al menos 520 mil millones de dólares, y que en los países no pertenecientes a la OCDE, los ahorros de por vida de las adiciones de capacidad en 2022 reducirán los costos en hasta 580 mil millones de dólares. [163]
* = 2018. Todos los demás valores para 2019.
Crecimiento de las energías renovables
Inversión y fuentes
Costos
Los resultados de una revisión reciente de la literatura concluyeron que a medida que los emisores de gases de efecto invernadero (GEI) comienzan a ser considerados responsables por los daños resultantes de las emisiones de GEI que provocan el cambio climático, un valor alto para la mitigación de la responsabilidad proporcionaría poderosos incentivos para el despliegue de tecnologías de energía renovable. . [178]
En la década de 2010-2019, la inversión mundial en capacidad de energía renovable, excluida la gran energía hidroeléctrica, ascendió a 2,7 billones de dólares, de los cuales los principales países: China contribuyó con 818.000 millones de dólares, Estados Unidos con 392.300 millones de dólares, Japón con 210.900 millones de dólares y Alemania. 183.400 millones de dólares y el Reino Unido contribuyó con 126.500 millones de dólares. [179] Esto representó un aumento de más de tres y posiblemente cuatro veces la cantidad equivalente invertida en la década de 2000-2009 (no hay datos disponibles para 2000-2003). [179]
Se estima que en 2022 el 28% de la electricidad mundial se generaría a partir de energías renovables. Esta cifra supone un aumento respecto del 19 por ciento en 1990. [180]
Proyecciones futuras
En 2023, se proyectaba que la generación de electricidad a partir de fuentes eólicas y solares superaría el 30% para 2030. [181]
Un informe de diciembre de 2022 de la AIE pronostica que durante el período 2022-2027, las energías renovables crecerán en casi 2.400 GW en su pronóstico principal, equivalente a toda la capacidad de energía instalada de China en 2021. Se trata de una aceleración del 85% con respecto a los cinco años anteriores. años, y casi un 30% más de lo que pronosticó la AIE en su informe de 2021, realizando su mayor revisión al alza hasta la fecha. Se prevé que las energías renovables representen más del 90% de la expansión de la capacidad eléctrica mundial durante el período previsto. [66] Para lograr emisiones netas cero para 2050, la AIE cree que el 90% de la generación mundial de electricidad deberá producirse a partir de fuentes renovables. [dieciséis]
En junio de 2022, el director ejecutivo de la AIE, Fatih Birol, dijo que los países deberían invertir más en energías renovables para "aliviar la presión sobre los consumidores derivada de los altos precios de los combustibles fósiles, hacer que nuestros sistemas energéticos sean más seguros y encaminar al mundo hacia el logro de nuestros objetivos climáticos". [182]
El plan quinquenal de China hasta 2025 incluye aumentar la calefacción directa mediante energías renovables como la geotérmica y la solar térmica. [183]
Después de un período de transición, se espera que [185] la producción de energía renovable represente la mayor parte de la producción energética mundial. En 2018, la empresa de gestión de riesgos DNV GL pronosticó que la combinación de energía primaria del mundo se dividirá en partes iguales entre fuentes fósiles y no fósiles para 2050. [186]
Demanda
En julio de 2014, WWF y el Instituto de Recursos Mundiales convocaron un debate entre varias empresas estadounidenses importantes que habían declarado su intención de aumentar su uso de energía renovable. Estas discusiones identificaron una serie de "principios" que las empresas que buscaban un mayor acceso a la energía renovable consideraban importantes resultados del mercado. Estos principios incluían elección (entre proveedores y entre productos), competitividad de costos, suministros a precio fijo a más largo plazo, acceso a vehículos de financiamiento de terceros y colaboración. [187]
Las estadísticas del Reino Unido publicadas en septiembre de 2020 señalaron que "la proporción de la demanda satisfecha con energías renovables varía desde un mínimo del 3,4 por ciento (para el transporte, principalmente de biocombustibles) hasta máximos de más del 20 por ciento para 'otros usuarios finales', que es en gran medida el sectores comerciales y de servicios que consumen cantidades relativamente grandes de electricidad, e industria". [188]
La energía renovable en los países en desarrollo es una alternativa cada vez más utilizada a la energía de combustibles fósiles , a medida que estos países aumentan sus suministros de energía y abordan la pobreza energética . Alguna vez se consideró que la tecnología de energía renovable era inasequible para los países en desarrollo. [189] Sin embargo, desde 2015, la inversión en energías renovables no hidroeléctricas ha sido mayor en los países en desarrollo que en los países desarrollados, y representó el 54% de la inversión mundial en energías renovables en 2019. [190] La Agencia Internacional de Energía pronostica que las energías renovables aumentarán proporcionarán la mayor parte del crecimiento del suministro de energía hasta 2030 en África y América Central y del Sur, y el 42% del crecimiento del suministro en China. [191]
La mayoría de los países en desarrollo tienen abundantes recursos de energía renovable, incluida la energía solar , la energía eólica , la energía geotérmica y la biomasa , así como la capacidad de fabricar los sistemas relativamente intensivos en mano de obra que los aprovechan. Al desarrollar estas fuentes de energía, los países en desarrollo pueden reducir su dependencia del petróleo y el gas natural, creando carteras de energía que sean menos vulnerables a los aumentos de precios. En muchas circunstancias, estas inversiones pueden resultar menos costosas que los sistemas de energía de combustibles fósiles. [192]
Proporción de producción de electricidad a partir de energías renovables, 2022 [7]
Las políticas de apoyo a las energías renovables han sido vitales en su expansión. Mientras que Europa dominaba el establecimiento de políticas energéticas a principios de la década de 2000, la mayoría de los países del mundo ahora tienen algún tipo de política energética. [196]
La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) es una organización intergubernamental para promover la adopción de energías renovables en todo el mundo. Su objetivo es proporcionar asesoramiento político concreto y facilitar el desarrollo de capacidades y la transferencia de tecnología. IRENA se formó en 2009, con 75 países firmando los estatutos de IRENA. [197] En abril de 2019, IRENA tiene 160 estados miembros. [198] El entonces Secretario General de las Naciones Unidas, Ban Ki-moon, ha dicho que la energía renovable puede llevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad, [199] y en septiembre de 2011 lanzó la iniciativa de las Naciones Unidas Energía Sostenible para Todos para mejorar el acceso a la energía. , la eficiencia y el despliegue de energías renovables. [200]
El Acuerdo de París de 2015 sobre el cambio climático motivó a muchos países a desarrollar o mejorar políticas de energía renovable. [201] En 2017, un total de 121 países adoptaron algún tipo de política de energía renovable. [196] Ese año existían objetivos nacionales en 176 países. [201] Además, también existe una amplia gama de políticas a nivel estatal/provincial y local. [102] Algunas empresas de servicios públicos ayudan a planificar o instalar mejoras energéticas residenciales .
Muchos gobiernos nacionales, estatales y locales han creado bancos verdes . Un banco verde es una institución financiera cuasi pública que utiliza capital público para aprovechar la inversión privada en tecnologías de energía limpia. [202] Los bancos verdes utilizan una variedad de herramientas financieras para cerrar las brechas del mercado que obstaculizan el despliegue de energía limpia.
El informe de 2023 de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) sobre la financiación de las energías renovables destaca un crecimiento constante de la inversión desde 2018: 348.000 millones de dólares en 2020 (un aumento del 5,6% con respecto a 2019), 430.000 millones de dólares en 2021 (un 24% más que en 2020), y 499 mil millones de dólares en 2022 (un 16% más). Esta tendencia está impulsada por el creciente reconocimiento del papel de las energías renovables en la mitigación del cambio climático y la mejora de la seguridad energética , junto con el interés de los inversores en alternativas a los combustibles fósiles. Políticas como las tarifas de alimentación en China y Vietnam han aumentado significativamente la adopción de energías renovables. Además, de 2013 a 2022, los costos de instalación de energía solar fotovoltaica (PV), eólica terrestre y eólica marina cayeron un 69%, 33% y 45%, respectivamente, lo que hace que las energías renovables sean más rentables. [205] [55]
Entre 2013 y 2022, el sector de las energías renovables experimentó un importante reajuste de las prioridades de inversión. La inversión en tecnologías de energía solar y eólica aumentó notablemente. Por el contrario, otras tecnologías renovables como la energía hidroeléctrica (incluida la energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo ), la biomasa , los biocombustibles , la geotermia y la energía marina experimentaron una disminución sustancial en la inversión financiera. En particular, de 2017 a 2022, la inversión en estas tecnologías renovables alternativas disminuyó un 45%, pasando de 35 mil millones de dólares a 17 mil millones de dólares. [55]
En 2023, el sector de las energías renovables experimentó un aumento significativo de las inversiones, particularmente en tecnologías solares y eólicas, por un total de aproximadamente 200 mil millones de dólares, un aumento del 75 % con respecto al año anterior. El aumento de las inversiones en 2023 contribuyó entre el 1% y el 4% del PIB en regiones clave, incluidos Estados Unidos, China, la Unión Europea y la India. [206]
El sector energético recibe inversiones de aproximadamente 3 billones de dólares cada año, de los cuales 1,9 billones de dólares se destinan a tecnologías e infraestructuras de energía limpia . Para cumplir los objetivos establecidos en el Escenario de Emisiones Netas Cero (NZE) para 2035, esta inversión debe aumentar a 5,3 billones de dólares al año. [207] : 15
Debates
La energía nuclear propuesta como energía renovable
Si la energía nuclear debe considerarse una forma de energía renovable es un tema de debate constante. Las definiciones legales de energía renovable generalmente excluyen muchas tecnologías de energía nuclear actuales, con la notable excepción del estado de Utah . [210] Las definiciones de tecnologías de energía renovable obtenidas en diccionarios a menudo omiten o excluyen explícitamente la mención de las fuentes de energía nuclear, con una excepción para el calor de desintegración nuclear natural generado dentro de la Tierra . [211] [212]
El impacto geopolítico del creciente uso de energías renovables es un tema de debate e investigación continuos. [216] Muchos países productores de combustibles fósiles, como Qatar , Rusia , Arabia Saudita y Noruega , actualmente pueden ejercer influencia diplomática o geopolítica como resultado de su riqueza petrolera. Se espera que la mayoría de estos países estén entre los "perdedores" geopolíticos de la transición energética, aunque algunos, como Noruega, también son importantes productores y exportadores de energía renovable. Los combustibles fósiles y la infraestructura para extraerlos pueden, a largo plazo, convertirse en activos abandonados . [217] Se ha especulado que los países que dependen de los ingresos de los combustibles fósiles algún día podrían considerar conveniente vender rápidamente los combustibles fósiles que les quedan. [218]
Por el contrario, se espera que ganen influencia las naciones abundantes en recursos renovables y en los minerales necesarios para la tecnología de las energías renovables. [219] [220] En particular, China se ha convertido en el fabricante dominante del mundo de la tecnología necesaria para producir o almacenar energía renovable, especialmente paneles solares , turbinas eólicas y baterías de iones de litio . [221] Las naciones ricas en energía solar y eólica podrían convertirse en importantes exportadores de energía. [222] Algunos pueden producir y exportar hidrógeno verde , [223] [222] aunque se prevé que la electricidad sea el vector de energía dominante en 2050, representando casi el 50% del consumo total de energía (frente al 22% en 2015). [224] Los países con grandes áreas deshabitadas, como Australia, China y muchos países de África y Medio Oriente, tienen potencial para enormes instalaciones de energía renovable. La producción de tecnologías de energía renovable requiere elementos de tierras raras con nuevas cadenas de suministro. [225]
Los países con gobiernos ya débiles que dependen de los ingresos de los combustibles fósiles pueden enfrentar una inestabilidad política o malestar popular aún mayor. Los analistas consideran que Nigeria, Angola , Chad , Gabón y Sudán , todos ellos países con un historial de golpes militares , corren el riesgo de sufrir inestabilidad debido a la disminución de los ingresos petroleros. [226]
Un estudio encontró que la transición de los combustibles fósiles a los sistemas de energía renovable reduce los riesgos de la minería, el comercio y la dependencia política porque los sistemas de energía renovable no necesitan combustible: dependen del comercio sólo para la adquisición de materiales y componentes durante la construcción. [227]
La transición a las energías renovables requiere una mayor extracción de ciertos metales y minerales. Como toda minería, esto impacta el medio ambiente [233] y puede conducir a conflictos ambientales . [234] La energía eólica requiere grandes cantidades de cobre y zinc, así como cantidades más pequeñas del metal más raro neodimio . La energía solar requiere menos recursos, pero aún requiere cantidades significativas de aluminio. La ampliación de las redes eléctricas requiere tanto de cobre como de aluminio. Las baterías, que son fundamentales para permitir el almacenamiento de energía renovable, utilizan grandes cantidades de cobre, níquel, aluminio y grafito. Se espera que la demanda de litio se multiplique por 42 entre 2020 y 2040. Se espera que la demanda de níquel, cobalto y grafito se multiplique por un factor de aproximadamente 20 a 25. [235] Para cada uno de los minerales y metales más relevantes, su minería está dominada por un solo país: cobre en Chile , níquel en Indonesia , tierras raras en China , cobalto en la República Democrática del Congo (RDC) y litio en Australia . China domina el procesamiento de todos estos. [235]
Reciclar estos metales después de que se agoten los dispositivos en los que están integrados es esencial para crear una economía circular y garantizar que la energía renovable sea sostenible. Para 2040, el cobre , el litio , el cobalto y el níquel reciclados de baterías gastadas podrían reducir las necesidades de suministro primario combinado de estos minerales en alrededor de un 10%. [235]
Un enfoque controvertido es la minería en aguas profundas . Los minerales se pueden recolectar de nuevas fuentes, como nódulos polimetálicos que yacen en el fondo marino . [236] Esto dañaría la biodiversidad local, [237] pero los defensores señalan que la biomasa en los fondos marinos ricos en recursos es mucho más escasa que en las regiones mineras terrestres, que a menudo se encuentran en hábitats vulnerables como las selvas tropicales. [238]
Las instalaciones utilizadas para producir energía eólica, solar e hidroeléctrica son una amenaza cada vez mayor para áreas clave de conservación, con instalaciones construidas en áreas reservadas para la conservación de la naturaleza y otras áreas ambientalmente sensibles. A menudo son mucho más grandes que las centrales eléctricas de combustibles fósiles y necesitan superficies de tierra hasta 10 veces mayores que las del carbón o el gas para producir cantidades equivalentes de energía. [241] Se han construido más de 2.000 instalaciones de energía renovable, y hay más en construcción, en zonas de importancia medioambiental que amenazan los hábitats de especies vegetales y animales en todo el mundo. El equipo de los autores enfatizó que su trabajo no debe interpretarse como antirrenovables porque la energía renovable es crucial para reducir las emisiones de carbono. La clave es garantizar que las instalaciones de energía renovable se construyan en lugares donde no dañen la biodiversidad. [242]
En 2020, los científicos publicaron un mapa mundial de áreas que contienen materiales de energía renovable, así como estimaciones de sus superposiciones con las "Áreas clave para la biodiversidad", las "Áreas silvestres restantes" y las " Áreas protegidas ". Los autores evaluaron que se necesita una planificación estratégica cuidadosa . [243] [244] [245]
Reciclaje de paneles solares
Los paneles solares se reciclan para reducir los desechos electrónicos y crear una fuente de materiales que de otro modo tendrían que extraerse, [246] pero ese negocio aún es pequeño y se está trabajando para mejorar y ampliar el proceso. [247] [248] [249]
sociedad y Cultura
Apoyo publico
La aceptación de las instalaciones eólicas y solares en la propia comunidad es más fuerte entre los demócratas estadounidenses (azul), mientras que la aceptación de las plantas de energía nuclear es más fuerte entre los republicanos estadounidenses (rojo). [250]
Las plantas de energía solar pueden competir con las tierras cultivables , [251] [252] mientras que los parques eólicos terrestres a menudo enfrentan oposición debido a preocupaciones estéticas y ruido. [253] [254] Estos oponentes a menudo se describen como NIMBY ("no en mi patio trasero"). [255] Algunos ambientalistas están preocupados por las colisiones fatales de aves y murciélagos con turbinas eólicas. [256] Aunque ocasionalmente ocurren protestas contra nuevos parques eólicos en todo el mundo, las encuestas regionales y nacionales generalmente encuentran un amplio apoyo tanto para la energía solar como para la eólica. [257] [258] [259]
A veces se propone la energía eólica de propiedad comunitaria como una forma de aumentar el apoyo local a los parques eólicos. [260] Un documento del gobierno del Reino Unido de 2011 afirmó que "los proyectos generalmente tienen más probabilidades de tener éxito si cuentan con un amplio apoyo público y el consentimiento de las comunidades locales. Esto significa darles a las comunidades voz y participación". [261] En la década de 2000 y principios de la de 2010, muchos proyectos de energías renovables en Alemania, Suecia y Dinamarca eran propiedad de comunidades locales, particularmente a través de estructuras cooperativas . [262] [263] En los años posteriores, grandes empresas han realizado más instalaciones en Alemania, [260] pero la propiedad comunitaria sigue siendo fuerte en Dinamarca. [264]
Historia
Antes del desarrollo del carbón a mediados del siglo XIX, casi toda la energía utilizada era renovable. El uso más antiguo conocido de energías renovables, en forma de biomasa tradicional para alimentar incendios , data de hace más de un millón de años. El uso de biomasa para el fuego no se volvió común hasta muchos cientos de miles de años después. [265] Probablemente el segundo uso más antiguo de energía renovable sea aprovechar el viento para impulsar barcos sobre el agua. Esta práctica se remonta a unos 7.000 años atrás, a los barcos en el Golfo Pérsico y en el Nilo. [266] A partir de las aguas termales , la energía geotérmica se ha utilizado para bañarse desde el Paleolítico y para calentar espacios desde la antigua época romana. [267] Si nos adentramos en la época de la historia registrada, las principales fuentes de energía renovable tradicional eran el trabajo humano , la fuerza animal , la energía hidráulica , el viento, en los molinos de viento para triturar granos , y la leña , una biomasa tradicional.
En conclusión, diría que por muy grande que sea la importancia científica de este descubrimiento, su valor práctico no será menos evidente cuando reflexionemos que el suministro de energía solar es ilimitado y gratuito, y que seguirá llegando a raudales. caerá sobre nosotros durante incontables siglos después de que todos los depósitos de carbón de la tierra hayan sido agotados y olvidados. [268]
Max Weber mencionó el fin de los combustibles fósiles en los párrafos finales de su Die protestantische Ethik und der Geist des Kapitalismus (La ética protestante y el espíritu del capitalismo), publicado en 1905. [269] El desarrollo de motores solares continuó hasta el estallido de la Segunda Guerra Mundial. Primera Guerra Mundial. La importancia de la energía solar fue reconocida en un artículo de Scientific American de 1911 : "en un futuro lejano, una vez agotados los combustibles naturales [la energía solar], seguirán siendo el único medio de existencia de la raza humana". [270]
La teoría del pico del petróleo se publicó en 1956. [271] En la década de 1970, los ambientalistas promovieron el desarrollo de energías renovables como sustituto del eventual agotamiento del petróleo , así como para escapar de la dependencia del petróleo, y la primera generación de electricidad. Aparecieron generadores de turbinas eólicas . La energía solar se había utilizado durante mucho tiempo para calefacción y refrigeración, pero los paneles solares eran demasiado costosos para construir granjas solares hasta 1980. [272]
El nuevo gasto, la regulación y las políticas gubernamentales ayudaron a la industria de las energías renovables a capear la crisis financiera mundial de 2009 mejor que muchos otros sectores. [273] En 2022, las energías renovables representaron el 30% de la generación mundial de electricidad, frente al 21% en 1985. [7]
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