La electricidad baja en carbono o energía baja en carbono es electricidad producida con emisiones de gases de efecto invernadero sustancialmente menores durante todo el ciclo de vida que la generación de energía utilizando combustibles fósiles . [ cita necesaria ] La transición energética hacia energías bajas en carbono es una de las acciones más importantes necesarias para limitar el cambio climático . [1]
Las fuentes de generación de energía con bajas emisiones de carbono incluyen la energía eólica , la energía solar , la energía nuclear y la mayor parte de la energía hidroeléctrica . [2] [3] El término excluye en gran medida las fuentes de plantas de combustibles fósiles convencionales y solo se utiliza para describir un subconjunto particular de sistemas de energía de combustibles fósiles en funcionamiento, específicamente, aquellos que se combinan con éxito con una captura y almacenamiento de carbono de los gases de combustión (CCS). sistema. [4] A nivel mundial, casi el 40% de la generación de electricidad provino de fuentes bajas en carbono en 2020: alrededor del 10% fue energía nuclear, casi el 10% eólica y solar, y alrededor del 20% energía hidroeléctrica y otras energías renovables. [1]
A finales del siglo XX y principios del XXI, importantes hallazgos sobre el calentamiento global pusieron de relieve la necesidad de frenar las emisiones de carbono. De ahí nació la idea de una energía baja en carbono. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC), establecido por la Organización Meteorológica Mundial (OMM) y el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) en 1988, sentó el precedente científico para la introducción de energía baja en carbono. El IPCC ha seguido brindando asesoramiento científico, técnico y socioeconómico a la comunidad mundial, a través de sus informes de evaluación periódicos e informes especiales. [5]
A nivel internacional, los más destacados [ ¿según quién? Un primer paso hacia una energía baja en carbono fue la firma del Protocolo de Kioto , que entró en vigor el 16 de febrero de 2005, en virtud del cual la mayoría de los países industrializados se comprometieron a reducir sus emisiones de carbono. Este acontecimiento histórico sentó el precedente político para la introducción de tecnología energética con bajas emisiones de carbono.
1 ver también impacto ambiental de los embalses#Gases de efecto invernadero .
Lista de acrónimos:
Hay muchas opciones para reducir los niveles actuales de emisiones de carbono. Algunas opciones, como la energía eólica y la solar, producen cantidades bajas de emisiones de carbono totales durante el ciclo de vida, utilizando fuentes enteramente renovables. Otras opciones, como la energía nuclear, producen una cantidad comparable de emisiones de dióxido de carbono como las tecnologías renovables en las emisiones totales del ciclo de vida, pero consumen materiales no renovables, pero sostenibles [10] ( uranio ). El término energía baja en carbono también puede incluir energía que continúa utilizando los recursos naturales del mundo, como el gas natural y el carbón, pero solo cuando emplean técnicas que reducen las emisiones de dióxido de carbono de estas fuentes al quemarlas como combustible, como, a partir de 2012, plantas piloto que realizan captura y almacenamiento de carbono . [4] [11]
Debido a que el costo de reducir las emisiones en el sector eléctrico parece ser menor que en otros sectores como el transporte, el sector eléctrico puede generar las mayores reducciones proporcionales de carbono bajo una política climática económicamente eficiente. [12]
Se utilizan tecnologías para producir energía eléctrica con bajas emisiones de carbono a diversas escalas. Juntas, representaron casi el 40% de la electricidad mundial en 2020, y la eólica y la solar casi el 10%. [1]
El informe del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático de 2014 identifica la energía nuclear, eólica, solar e hidroeléctrica en lugares adecuados como tecnologías que pueden proporcionar electricidad con menos del 5% de las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de la energía del carbón. [14]
Las centrales hidroeléctricas tienen la ventaja de ser de larga duración y muchas de las existentes han estado en funcionamiento durante más de 100 años. La energía hidroeléctrica también es una tecnología extremadamente flexible desde la perspectiva del funcionamiento de la red eléctrica. La gran energía hidroeléctrica ofrece una de las opciones de menor costo en el mercado energético actual, incluso en comparación con los combustibles fósiles , y no hay emisiones nocivas asociadas con la operación de la planta. [15] Sin embargo, normalmente hay bajas emisiones de gases de efecto invernadero en los embalses y posiblemente altas emisiones en los trópicos.
La energía hidroeléctrica es la mayor fuente de electricidad baja en carbono del mundo, suministrando el 15,6% de la electricidad total en 2019. [16] China es, con diferencia, el mayor productor de electricidad hidroeléctrica del mundo, seguida de Brasil y Canadá .
Sin embargo, los sistemas de energía hidroeléctrica a gran escala presentan varias desventajas sociales y ambientales importantes: el desplazamiento, si hay gente viviendo en el lugar donde se planea construir los embalses, la liberación de cantidades significativas de dióxido de carbono y metano durante la construcción y la inundación del embalse, y la interrupción de la ecosistemas acuáticos y avifauna. [17] Actualmente existe un fuerte consenso en que los países deberían adoptar un enfoque integrado hacia la gestión de los recursos hídricos, lo que implicaría planificar el desarrollo de la energía hidroeléctrica en cooperación con otros sectores que utilizan el agua. [15]
La energía nuclear , con una participación del 10,6% de la producción mundial de electricidad en 2013, es la segunda fuente de energía baja en carbono. [18]
En 2010, la energía nuclear también proporcionó dos tercios de la energía baja en carbono de los veintisiete países de la Unión Europea , [19] y algunas naciones de la UE obtienen una gran fracción de su electricidad de la energía nuclear; por ejemplo , Francia obtiene el 79% de su electricidad de la energía nuclear . En 2020, la energía nuclear proporcionaba un 47% de energía baja en carbono en la UE [20] y los países que dependen en gran medida de la energía nuclear alcanzaban habitualmente una intensidad de carbono de 30-60 gCO2eq/kWh. [21]
En 2021, la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas (CEPE) describió la energía nuclear como una herramienta importante para mitigar el cambio climático que ha evitado 74 Gt de emisiones de CO 2 durante el último medio siglo, proporcionando el 20% de la energía en Europa y el 43% de la energía baja en carbono. energía. [22]
La energía nuclear se ha utilizado desde la década de 1950 como fuente de electricidad de carga básica con bajas emisiones de carbono . [24] Las centrales nucleares en más de 30 países generan alrededor del 10% de la electricidad mundial. [25] A partir de 2019, la energía nuclear generó más de una cuarta parte de toda la energía baja en carbono , lo que la convierte en la segunda fuente más grande después de la energía hidroeléctrica. [26]
Las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de la energía nuclear, incluida la extracción y el procesamiento de uranio , son similares a las emisiones de fuentes de energía renovables. [27] La energía nuclear utiliza poca tierra por unidad de energía producida, en comparación con las principales energías renovables. Además, la energía nuclear no genera contaminación del aire local. [28] [29] Aunque el mineral de uranio utilizado para alimentar las plantas de fisión nuclear es un recurso no renovable, existe suficiente para proporcionar un suministro durante cientos o miles de años. [30] [31] Sin embargo, los recursos de uranio a los que se puede acceder de manera económicamente viable, en el estado actual, son limitados y la producción de uranio difícilmente podría mantenerse durante la fase de expansión. [32] Las vías de mitigación del cambio climático coherentes con objetivos ambiciosos suelen contemplar un aumento en el suministro de energía nuclear. [33]
Existe controversia sobre si la energía nuclear es sostenible, en parte debido a las preocupaciones en torno a los desechos nucleares , la proliferación de armas nucleares y los accidentes . [34] Los residuos nucleares radiactivos deben gestionarse durante miles de años [34] y las centrales nucleares crean material fisionable que puede utilizarse para armas. [34] Por cada unidad de energía producida, la energía nuclear ha causado muchas menos muertes accidentales y relacionadas con la contaminación que los combustibles fósiles, y la tasa histórica de mortalidad de la energía nuclear es comparable a la de las fuentes renovables. [35] La oposición pública a la energía nuclear a menudo hace que las plantas nucleares sean políticamente difíciles de implementar. [34]
Reducir el tiempo y el costo de la construcción de nuevas plantas nucleares han sido objetivos durante décadas, pero los costos siguen siendo altos y los plazos largos. [36] Se están desarrollando varias formas nuevas de energía nuclear, con la esperanza de abordar los inconvenientes de las plantas convencionales. Los reactores reproductores rápidos son capaces de reciclar desechos nucleares y, por lo tanto, pueden reducir significativamente la cantidad de desechos que requieren eliminación geológica , pero aún no se han implementado a gran escala. [37] La energía nuclear basada en torio (en lugar de uranio) puede proporcionar una mayor seguridad energética a los países que no tienen un gran suministro de uranio. [38] Los reactores modulares pequeños pueden tener varias ventajas sobre los grandes reactores actuales: debería ser posible construirlos más rápido y su modularización permitiría reducciones de costos mediante el aprendizaje práctico . [39]
Varios países están intentando desarrollar reactores de fusión nuclear , que generarían pequeñas cantidades de residuos y ningún riesgo de explosión. [40] Aunque la energía de fusión ha dado pasos adelante en el laboratorio, la escala de tiempo de varias décadas necesaria para comercializarla y luego escalarla significa que no contribuirá a una meta neta cero para 2050 para la mitigación del cambio climático. [41]
La energía eólica es el uso de la energía eólica para generar trabajo útil. Históricamente, la energía eólica se utilizaba en velas , molinos de viento y bombas de viento , pero hoy en día se utiliza principalmente para generar electricidad. Este artículo trata únicamente de la energía eólica para la generación de electricidad. Hoy en día, la energía eólica se genera casi en su totalidad con aerogeneradores , generalmente agrupados en parques eólicos y conectados a la red eléctrica .
En 2022, la energía eólica suministró más de 2.000 TWh de electricidad, lo que representó más del 7 % de la electricidad mundial [42] : 58 y alrededor del 2 % de la energía mundial. [43] [44] Con alrededor de 100 GW agregados durante 2021, principalmente en China y Estados Unidos , la capacidad mundial de energía eólica instalada superó los 800 GW. [45] [44] [46] Para ayudar a cumplir los objetivos del Acuerdo de París para limitar el cambio climático , los analistas dicen que debería expandirse mucho más rápido: en más del 1% de la generación de electricidad por año. [47]
La energía eólica se considera una fuente de energía renovable y sostenible y tiene un impacto mucho menor en el medio ambiente en comparación con la quema de combustibles fósiles . La energía eólica es variable , por lo que necesita almacenamiento de energía u otras fuentes de energía de generación gestionables para lograr un suministro confiable de electricidad. Los parques eólicos terrestres tienen un mayor impacto visual en el paisaje que la mayoría de las demás centrales eléctricas por energía producida. [48] [49] Los parques eólicos ubicados en alta mar tienen menos impacto visual y tienen factores de capacidad más altos , aunque generalmente son más caros. [45] La energía eólica marina representa actualmente alrededor del 10% de las nuevas instalaciones. [50]
La energía eólica es una de las fuentes de electricidad de menor coste por unidad de energía producida. En muchos lugares, los nuevos parques eólicos terrestres son más baratos que las nuevas plantas de carbón o gas . [51]
Las regiones de las latitudes más altas del norte y del sur tienen el mayor potencial para la energía eólica. [52] En la mayoría de las regiones, la generación de energía eólica es mayor durante la noche y en invierno, cuando la producción de energía solar es baja. Por este motivo, en muchos países son adecuadas las combinaciones de energía eólica y solar. [53]
La energía solar es la conversión de la luz solar en electricidad, ya sea directamente utilizando energía fotovoltaica (PV) o indirectamente utilizando energía solar concentrada (CSP). Los sistemas de energía solar concentrada utilizan lentes o espejos y sistemas de seguimiento para enfocar una gran área de luz solar en un haz pequeño. La energía fotovoltaica convierte la luz en corriente eléctrica mediante el efecto fotoeléctrico . [54]
Las plantas comerciales de energía solar concentrada se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. La instalación SEGS CSP de 354 MW es la planta de energía solar más grande del mundo, ubicada en el desierto de Mojave en California. Otras grandes plantas de CSP incluyen la central solar Solnova (150 MW) y la central solar Andasol (150 MW), ambas en España. El proyecto solar Agua Caliente de más de 200 MW en Estados Unidos y el parque solar Charanka de 214 MW en India son las plantas fotovoltaicas más grandes del mundo . La participación de la energía solar en el consumo mundial de electricidad a finales de 2014 era del 1%. [55]
La electricidad geotérmica es electricidad generada a partir de energía geotérmica. Las tecnologías en uso incluyen plantas de energía de vapor seco, plantas de energía de vapor flash y plantas de energía de ciclo binario. La generación de electricidad geotérmica se utiliza en 24 países [56] , mientras que la calefacción geotérmica se utiliza en 70 países. [57]
La capacidad instalada actual en todo el mundo es de 10.715 megavatios (MW), con la mayor capacidad en los Estados Unidos (3.086 MW), [58] Filipinas e Indonesia . Las estimaciones del potencial de generación de electricidad de la energía geotérmica varían de 35 a 2000 GW. [57]
La energía geotérmica se considera sostenible porque la extracción de calor es pequeña en comparación con el contenido de calor de la Tierra. [59] La intensidad de emisión de las centrales eléctricas geotérmicas existentes es de media 122 kg de CO
2por megavatio-hora (MW·h) de electricidad, una pequeña fracción de la de las plantas convencionales de combustibles fósiles. [60]
La energía mareomotriz es una forma de energía hidroeléctrica que convierte la energía de las mareas en electricidad u otras formas útiles de energía. La primera central de energía mareomotriz a gran escala (la central mareomotriz de Rance ) entró en funcionamiento en 1966. Aunque todavía no se utiliza ampliamente, la energía mareomotriz tiene potencial para la generación de electricidad en el futuro. Las mareas son más predecibles que la energía eólica y la solar.
La captura y almacenamiento de carbono captura el dióxido de carbono de los gases de combustión de las centrales eléctricas u otras industrias, y lo transporta a un lugar apropiado donde puede enterrarse de forma segura en un depósito subterráneo. Si bien todas las tecnologías involucradas están en uso, y la captura y almacenamiento de carbono se está produciendo en otras industrias (por ejemplo, en el campo de gas de Sleipner ), todavía no se ha puesto en funcionamiento ningún proyecto integrado a gran escala dentro de la industria energética.
Las mejoras en las tecnologías actuales de captura y almacenamiento de carbono podrían reducir los costos de captura de CO 2 en al menos un 20-30% durante aproximadamente la próxima década, mientras que las nuevas tecnologías en desarrollo prometen una reducción de costos más sustancial. [61]
El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático afirmó en su primer informe del grupo de trabajo que "la mayor parte del aumento observado en las temperaturas promedio globales desde mediados del siglo XX se debe muy probablemente al aumento observado en las concentraciones antropogénicas de gases de efecto invernadero, que contribuyen al cambio climático " . 62]
Como porcentaje de todas las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero , el dióxido de carbono (CO 2 ) representa el 72 por ciento (ver Gases de efecto invernadero ) y su concentración en la atmósfera ha aumentado de 315 partes por millón (ppm) en 1958 a más de 375 ppm en 2005. [63]
Las emisiones provenientes de la energía representan más del 61,4 por ciento de todas las emisiones de gases de efecto invernadero. [64] La generación de energía a partir de fuentes tradicionales de combustible de carbón representa el 18,8 por ciento de todas las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, casi el doble de las emitidas por el transporte por carretera. [64]
Las estimaciones indican que para 2020 el mundo producirá alrededor del doble de emisiones de carbono que en 2000. [65]
La Unión Europea espera firmar una ley que exija emisiones netas cero de gases de efecto invernadero el próximo año para los 27 países de la unión.
Se prevé que el consumo mundial de energía aumentará de 123.000 TWh (421 cuatrillones de BTU ) en 2003 a 212.000 TWh (722 cuatrillones de BTU) en 2030. [66] Se prevé que el consumo de carbón casi se duplicará en ese mismo tiempo. [67] El crecimiento más rápido se observa en los países asiáticos no pertenecientes a la OCDE , especialmente China e India, donde el crecimiento económico impulsa un mayor uso de energía. [68] Al implementar opciones de energía bajas en carbono, la demanda mundial de electricidad podría seguir creciendo manteniendo niveles estables de emisiones de carbono.
En el sector del transporte hay un alejamiento de los combustibles fósiles y un acercamiento a los vehículos eléctricos, como el transporte público y el coche eléctrico . Estas tendencias son pequeñas, pero eventualmente pueden agregar una gran demanda a la red eléctrica. [ cita necesaria ]
El calor y el agua caliente domésticos e industriales se abastecían en gran medida mediante la quema de combustibles fósiles como fuel oil o gas natural en los locales de los consumidores. Algunos países han comenzado a aplicar reembolsos a las bombas de calor para alentar el cambio a la electricidad, lo que podría agregar una gran demanda a la red. [69]
Las centrales eléctricas alimentadas con carbón están perdiendo participación de mercado en comparación con la energía baja en carbono, y cualquiera que se construya en la década de 2020 corre el riesgo de convertirse en activos varados [70] o en costos varados , en parte porque sus factores de capacidad disminuirán. [71]
La inversión en tecnologías y fuentes de energía bajas en carbono está aumentando a un ritmo rápido. [ se necesita aclaración ] Las fuentes de energía sin emisiones de carbono producen alrededor del 2% de la energía mundial, pero representan alrededor del 18% de la inversión mundial en generación de energía, atrayendo 100 mil millones de dólares de capital de inversión en 2006. [72]
... las plantas nucleares ... actualmente proporcionan 1/3 de la electricidad de la UE y 2/3 de su energía baja en carbono.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace ) El Plan Estratégico Europeo de Tecnología Energética Plan EETE Hacia un futuro con bajas emisiones de carbono 2010. La energía nuclear proporciona "2/3 de la energía baja en carbono de la UE" pág.6.