La energía renovable , la energía verde o la energía baja en carbono es energía procedente de recursos renovables que se reponen naturalmente en una escala de tiempo humana . Los recursos renovables incluyen la luz solar , el viento , el movimiento del agua y el calor geotérmico . [1] [2] Aunque la mayoría de las fuentes de energía renovables son sostenibles , algunas no lo son. Por ejemplo, algunas fuentes de biomasa se consideran insostenibles a los ritmos actuales de explotación . [3] [4] La energía renovable se utiliza a menudo para la generación de electricidad , calefacción y refrigeración . Los proyectos de energía renovable suelen ser a gran escala, pero también son adecuados para zonas rurales y remotas y países en desarrollo , donde la energía suele ser crucial para el desarrollo humano . [5] [6]
La energía renovable a menudo se utiliza junto con una mayor electrificación , lo que tiene varios beneficios: la electricidad puede mover el calor u objetos de manera eficiente y es limpia en el punto de consumo. [7] [8] De 2011 a 2021, la energía renovable creció del 20% al 28% del suministro mundial de electricidad. El uso de energía fósil se redujo del 68% al 62% y el de la energía nuclear del 12% al 10%. La proporción de energía hidroeléctrica disminuyó del 16% al 15%, mientras que la energía solar y eólica aumentó del 2% al 10%. La biomasa y la geotermia crecieron del 2% al 3%. Hay 3.146 gigavatios instalados en 135 países, mientras que 156 países tienen leyes que regulan el sector de las energías renovables. [9] [10] En 2021, China representó casi la mitad del aumento mundial de la electricidad renovable. [11]
A nivel mundial hay más de 10 millones de empleos asociados con las industrias de energía renovable, siendo la energía solar fotovoltaica el mayor empleador de energías renovables. [12] Los sistemas de energía renovable se están volviendo rápidamente más eficientes y baratos y su participación en el consumo total de energía está aumentando, [13] siendo una gran mayoría de la capacidad eléctrica recién instalada en todo el mundo renovable. [14] En la mayoría de los países, la energía solar fotovoltaica o la energía eólica terrestre son la electricidad de nueva construcción más barata. [15]
Muchas naciones alrededor del mundo ya tienen energía renovable que contribuye con más del 20% de su suministro total de energía, y algunas generan más de la mitad de su electricidad a partir de energías renovables . [16] Unos pocos países generan toda su electricidad utilizando energías renovables. [17] Se prevé que los mercados nacionales de energía renovable sigan creciendo con fuerza en la década de 2020 y en adelante. [18] Según la AIE, para lograr emisiones netas cero para 2050, el 90% de la generación mundial de electricidad deberá producirse a partir de fuentes renovables. [19] Algunos estudios dicen que una transición global hacia una energía 100% renovable en todos los sectores (energía, calor, transporte e industria) es factible y económicamente viable. [20] [21] [22]
Los recursos energéticos renovables existen en amplias áreas geográficas, a diferencia de los combustibles fósiles , que se concentran en un número limitado de países. El despliegue de tecnologías de energía renovable y eficiencia energética está generando importantes seguridad energética , mitigación del cambio climático y beneficios económicos. [23] Sin embargo, las energías renovables se ven obstaculizadas por cientos de miles de millones de dólares en subsidios a los combustibles fósiles . [24] En las encuestas de opinión pública internacionales hay un fuerte apoyo a las energías renovables como la energía solar y la energía eólica. [25] [26] En 2022, la Agencia Internacional de Energía pidió a los países que resolvieran los obstáculos políticos, regulatorios, de permisos y financieros para agregar más energías renovables, para tener una mejor oportunidad de alcanzar emisiones netas de carbono cero para 2050. [27]
Los flujos de energía renovable involucran fenómenos naturales como la luz solar , el viento , las mareas , el crecimiento de las plantas y el calor geotérmico , como explica la Agencia Internacional de Energía : [30]
La energía renovable se deriva de procesos naturales que se reponen constantemente. En sus diversas formas, deriva directamente del sol o del calor generado en las profundidades de la tierra. En la definición se incluyen la electricidad y el calor generados a partir de energía solar, eólica, oceánica, hidroeléctrica , biomasa, recursos geotérmicos y biocombustibles e hidrógeno derivados de recursos renovables.
La energía renovable contrasta con los combustibles fósiles , que se utilizan mucho más rápidamente de lo que se reponen. Existen recursos energéticos renovables y oportunidades significativas para la eficiencia energética en amplias áreas geográficas, a diferencia de otras fuentes de energía, que se concentran en un número limitado de países. El rápido despliegue de energías renovables y eficiencia energética, y la diversificación tecnológica de las fuentes de energía, darían lugar a importantes beneficios económicos y de seguridad energética . [23] La energía solar y eólica se han vuelto mucho más baratas. [32] En algunos casos será más barato hacer la transición a estas fuentes en lugar de seguir utilizando los actuales e ineficientes combustibles fósiles. También reduciría la contaminación ambiental , como la contaminación del aire causada por la quema de combustibles fósiles, y mejoraría la salud pública, reduciría la mortalidad prematura debido a la contaminación y ahorraría costos de salud asociados que podrían ascender a billones de dólares al año. [33] [34] Múltiples análisis de estrategias de descarbonización han encontrado que los beneficios cuantificados para la salud pueden compensar significativamente los costos de implementar estas estrategias. [35] [36]
Las preocupaciones sobre el cambio climático , junto con la continua caída de los costos de algunos equipos de energía renovable, como las turbinas eólicas y los paneles solares, están impulsando un mayor uso de energías renovables. [25] El nuevo gasto, la regulación y las políticas gubernamentales ayudaron a la industria a capear la crisis financiera mundial mejor que muchos otros sectores. [37] Sin embargo, a partir de 2019 [update], según la Agencia Internacional de Energías Renovables , la participación general de las energías renovables en la combinación energética (incluida la energía, el calor y el transporte) debe crecer seis veces más rápido, para mantener el aumento de las temperaturas globales promedio " muy por debajo" de 2,0 °C (3,6 °F) durante el presente siglo, en comparación con los niveles preindustriales. [38]
Los paneles solares de un hogar, y las baterías, si las tienen, a menudo pueden usarse solo para ese hogar o, si están conectados a una red eléctrica, pueden agregarse a millones de otros. [39] Según la investigación, una nación debe alcanzar un cierto punto en su crecimiento antes de poder utilizar más energía renovable. En nuestras palabras, su adición cambió la forma en que los factores de entrada cruciales (trabajo y capital) se conectan entre sí, reduciendo su elasticidad general y aumentando las aparentes economías de escala. [40] [ se necesita aclaración ] El octavo Secretario General de las Naciones Unidas, Ban Ki-moon , dijo que la energía renovable tiene la capacidad de llevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad. [41] Las energías renovables suministran más del 20% de la energía en al menos 30 países. [42] Aunque muchos países tienen varios objetivos políticos para las cuotas de energía renovable a largo plazo, estos tienden a ser solo para el sector energético, [43] incluido un objetivo del 40% de toda la electricidad generada para la Unión Europea para 2030. [44]
La energía renovable a menudo desplaza a los combustibles convencionales en cuatro áreas: generación de electricidad , agua caliente / calefacción , transporte y servicios energéticos rurales (fuera de la red). [45]
Más de una cuarta parte de la electricidad se genera a partir de energías renovables a partir de 2021. [46] Uno de los esfuerzos para descarbonizar el transporte es el mayor uso de vehículos eléctricos (EV). [47] A pesar de ello y del uso de biocombustibles , como el biojet , menos del 4% de la energía del transporte proviene de energías renovables. [48] Ocasionalmente se utilizan pilas de combustible de hidrógeno para el transporte pesado. [49] 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. [50]
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 [51] 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. [52] La energía térmica renovable también está creciendo rápidamente. [53] Alrededor del 10% de la energía de calefacción y refrigeración proviene de energías renovables. [46]
La energía solar , la luz radiante y el calor del sol, se aprovecha mediante una gama de tecnologías en constante evolución, como la calefacción solar , la energía fotovoltaica , la energía solar concentrada (CSP), la energía fotovoltaica de concentración , la arquitectura solar y la fotosíntesis artificial . [59] [60] [ fuente obsoleta ] La mayor parte de la nueva energía renovable es solar. [61] Las tecnologías solares se caracterizan en términos generales como solares pasivas o solares activas dependiendo de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las técnicas solares pasivas incluyen orientar un edificio hacia el Sol, seleccionar materiales con masa térmica favorable o propiedades de dispersión de luz y diseñar espacios en los que el aire circule de forma natural . Las tecnologías solares activas abarcan la energía solar térmica , que utiliza colectores solares para calefacción, y la energía solar, que convierte la luz solar en electricidad , ya sea directamente mediante energía fotovoltaica (PV) o indirectamente utilizando energía solar concentrada (CSP).
Un sistema fotovoltaico convierte la luz en corriente eléctrica continua (CC) aprovechando el efecto fotoeléctrico . [62] La energía solar fotovoltaica se ha convertido en una industria multimillonaria y de rápido crecimiento , continúa mejorando su rentabilidad y tiene el mayor potencial de todas las tecnologías renovables junto con la CSP. [63] [64] Los sistemas de energía solar concentrada (CSP) utilizan lentes o espejos y sistemas de seguimiento para enfocar una gran área de luz solar en un haz pequeño. Las plantas comerciales de energía solar concentrada se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. CSP-Stirling tiene, con diferencia, la mayor eficiencia entre todas las tecnologías de energía solar.
En 2011, la Agencia Internacional de Energía dijo que "el desarrollo de tecnologías de energía solar asequibles, inagotables y limpias tendrá enormes beneficios a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países al depender de un recurso autóctono, inagotable y en su mayor parte independiente de las importaciones". "Mejorar la sostenibilidad , reducir la contaminación, reducir los costos de mitigar el cambio climático y mantener los precios de los combustibles fósiles más bajos que de otra manera. Estas ventajas son globales. Por lo tanto, los costos adicionales de los incentivos para el despliegue temprano deben considerarse inversiones de aprendizaje; deben gastarse sabiamente y deben ser ampliamente compartidos". [59] La energía solar representa 505 GW al año, lo que representa aproximadamente el 2% de la electricidad mundial. 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. [sesenta y cinco]
Según el capítulo 6 del informe de mitigación climática del IPCC 2022, el potencial global de la energía solar directa supera con creces el de cualquier otro recurso de energía renovable. Está mucho más allá de la cantidad total de energía necesaria para apoyar la mitigación durante el siglo actual. [47] Australia tiene la mayor proporción de electricidad solar del mundo, suministrando el 9,9% de la demanda eléctrica del país en 2020. [66] Más del 30 por ciento de los hogares australianos tienen ahora energía solar fotovoltaica en los tejados, con una capacidad combinada que supera los 11 GW. . [67]
Sin embargo, el aumento de la energía solar tiene implicaciones ambientales. En particular, la demanda de materias primas como el aluminio plantea preocupaciones sobre la huella de carbono que resultará de la recolección de materias primas necesarias para implementar la energía solar. [68]
La energía fotovoltaica está creciendo rápidamente y la capacidad mundial ha aumentado de 230 GW a finales de 2015 a 890 GW en 2021. [69]
La energía fotovoltaica utiliza células solares ensambladas en paneles solares para convertir la luz solar en electricidad. Los sistemas fotovoltaicos varían desde pequeñas instalaciones residenciales y comerciales integradas en tejados o edificios hasta grandes centrales fotovoltaicas a escala de servicios públicos . La tecnología fotovoltaica predominante es el silicio cristalino , mientras que la tecnología de células solares de película delgada representa alrededor del 10 por ciento del despliegue fotovoltaico mundial. En los últimos años, la tecnología fotovoltaica ha mejorado su eficiencia en la generación de electricidad , ha reducido el coste de instalación por vatio , así como el tiempo de recuperación de la energía , y ha alcanzado la paridad de red . [72]
Los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios o sistemas fotovoltaicos "in situ" utilizan terrenos y estructuras existentes y generan energía cerca de donde se consume. [73]
La energía fotovoltaica creció más rápido en China entre 2016 y 2021, sumando 560 GW, más que todas las economías avanzadas juntas. La capacidad de energía instalada de la energía solar fotovoltaica está a punto de superar a la del carbón para 2027, convirtiéndose en la mayor del mundo. [74] Esto requiere un aumento de la capacidad fotovoltaica instalada a 4.600 GW, de los cuales se espera que más de la mitad se implemente en China y la India . [75] [76]
Las plantas comerciales de energía solar concentrada se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. A medida que el coste de la electricidad solar ha disminuido, el número de sistemas solares fotovoltaicos conectados a la red ha aumentado hasta alcanzar los millones y se están construyendo estaciones de energía solar a escala de gigavatios. Se han construido muchas centrales solares fotovoltaicas, principalmente en Europa, China y Estados Unidos. [77] El parque solar Tengger Desert de 1,5 GW , en China, es la central fotovoltaica más grande del mundo . Muchas de estas plantas están integradas con la agricultura y algunas utilizan sistemas de seguimiento que siguen la trayectoria diaria del sol a través del cielo para generar más electricidad que los sistemas montados fijamente.
La energía solar térmica (STE) es una forma de energía y una tecnología para aprovechar la energía solar para generar energía térmica para su uso en la industria y en los sectores residencial y comercial.
Los colectores solares térmicos están clasificados por la Administración de Información Energética de los Estados Unidos como colectores de temperatura baja, media o alta. Los colectores de baja temperatura generalmente no están vidriados y se utilizan para calentar piscinas o calentar aire de ventilación. Los colectores de media temperatura también suelen ser placas planas, pero se utilizan para calentar agua o aire para uso residencial y comercial.
Los colectores de alta temperatura concentran la luz solar mediante espejos o lentes y se utilizan generalmente para satisfacer las necesidades de calor de hasta 300 grados C / 20 bar de presión en las industrias y para la producción de energía eléctrica. Dos categorías incluyen la concentración solar térmica (CST) para satisfacer los requisitos de calor en las industrias, y la concentración solar térmica (CSP) cuando el calor recolectado se utiliza para generar energía eléctrica. CST y CSP no son reemplazables en términos de aplicación.
Las instalaciones más grandes están ubicadas en el desierto americano de Mojave en California y Nevada. Estas plantas emplean una variedad de tecnologías diferentes. Los ejemplos más importantes incluyen la central solar de Ouarzazate en Marruecos (510 MW), la instalación de energía solar Ivanpah (377 MW), la instalación de sistemas de generación de energía solar (354 MW) y Crescent Dunes (110 MW). España es el otro gran promotor de centrales termosolares. Los ejemplos más grandes incluyen la central solar Solnova (150 MW), la central solar Andasol (150 MW) y la central solar Extresol (100 MW).
El flujo de aire se puede utilizar para hacer funcionar turbinas eólicas . 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. [82] 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%. [83]
A nivel mundial, se cree que el potencial técnico a largo plazo de la energía eólica es cinco veces la producción energética 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. [84]
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. [88] Hay muchas formas de energía hídrica:
La energía hidroeléctrica se produce en 150 países, y la región de Asia y el Pacífico generó el 32 por ciento de la energía hidroeléctrica mundial en 2010. [ necesita actualización ] De los 50 países principales por porcentaje de electricidad generada a partir de energías renovables, 46 son principalmente hidroeléctricos. [92] En la actualidad hay siete centrales hidroeléctricas de más de 10 GW ( 10.000 MW ) en todo el mundo (véase la tabla siguiente).
Gran parte de la energía hidroeléctrica es flexible, complementando así a la eólica y la solar. [93] La energía de las olas , que captura la energía de las olas de la superficie del océano, y la energía de las mareas , que convierte la energía de las mareas, son dos formas de energía hidroeléctrica con potencial futuro; sin embargo, todavía no se emplean ampliamente comercialmente. [94] Un proyecto de demostración operado por Ocean Renewable Power Company en la costa de Maine , y conectado a la red, aprovecha la energía mareomotriz de la Bahía de Fundy , ubicación del flujo de marea más alto del mundo. La conversión de energía térmica oceánica , que utiliza la diferencia de temperatura entre las aguas profundas más frías y las aguas superficiales más cálidas, actualmente no tiene viabilidad económica. [95] [96]
En 2021, la capacidad hidroeléctrica renovable mundial era de 1.360 GW. [74] Sólo se ha desarrollado un tercio del potencial hidroeléctrico mundial estimado en 14.000 TWh/año. [97] [98] 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. [99] El alto costo y los plazos de entrega del proceso de permiso, incluidas las evaluaciones ambientales y de riesgos, con la falta de aceptación ambiental y social son, por lo tanto, los principales desafíos para los nuevos desarrollos. [100] Es popular repotenciar represas antiguas, aumentando así su eficiencia y capacidad, así como una capacidad de respuesta más rápida en la red. [101] 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 que 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 [102] [103], 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. [104]
La biomasa es material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. Comúnmente se refiere a plantas o materiales derivados de plantas. Como fuente de energía, la biomasa se puede utilizar directamente mediante combustión para producir calor o indirectamente después de convertirla en diversas formas de biocombustible en forma sólida, líquida o gaseosa. La conversión de biomasa en biocombustible se puede lograr mediante diferentes métodos que se clasifican ampliamente en: métodos térmicos , químicos y bioquímicos . La madera era la mayor fuente de energía de biomasa en 2012; [108] Los ejemplos incluyen residuos forestales, como árboles muertos, ramas y tocones de árboles , recortes de jardín, astillas de madera e incluso desechos sólidos municipales . La biomasa industrial se puede cultivar a partir de numerosos tipos de plantas, incluidos miscanthus , switchgrass , cáñamo , maíz , álamo , sauce , sorgo , caña de azúcar, bambú , [109] y una variedad de especies de árboles, que van desde el eucalipto hasta la palma aceitera ( palma aceitera ). .
La energía vegetal se produce mediante cultivos específicamente cultivados para su uso como combustible que ofrecen una alta producción de biomasa por hectárea con un bajo aporte de energía. [110] El grano se puede utilizar como combustible líquido para el transporte, mientras que la paja se puede quemar para producir calor o electricidad. La biomasa vegetal también se puede degradar de celulosa a glucosa mediante una serie de tratamientos químicos, y el azúcar resultante se puede utilizar como biocombustible de primera generación.
La biomasa se puede convertir en otras formas utilizables de energía, como gas metano [111] o combustibles para el transporte como etanol y biodiesel . La basura en descomposición y los desechos agrícolas y humanos liberan gas metano, también llamado gas de vertedero o biogás . Los cultivos, como el maíz y la caña de azúcar, se pueden fermentar para producir etanol, el combustible para el transporte. El biodiesel, otro combustible para el transporte, se puede producir a partir de restos de productos alimenticios como aceites vegetales y grasas animales. [112] Hay una gran cantidad de investigaciones que involucran combustible de algas o biomasa derivada de algas debido al hecho de que es un recurso no alimentario, crece alrededor de 20 veces más rápido que otros tipos de cultivos alimentarios, como el maíz y la soja, y se puede cultivar casi en cualquier lugar. [113] [114] Una vez cosechado, se puede fermentar para producir biocombustibles como etanol, butanol y metano, así como biodiesel e hidrógeno . La biomasa utilizada para la generación de electricidad varía según la región. Los subproductos forestales, como los residuos de madera, son comunes en Estados Unidos. Los desechos agrícolas son comunes en Mauricio (residuos de caña de azúcar) y el Sudeste Asiático (cáscaras de arroz).
La biomasa, el biogás y los biocombustibles se queman para producir calor/energía y, al hacerlo, pueden dañar el medio ambiente . Contaminantes como los óxidos de azufre (SO x ), los óxidos nitrosos (NO x ) y las partículas en suspensión (PM) se producen a partir de la combustión de biomasa. Con respecto al uso tradicional de la biomasa para calentar y cocinar , la Organización Mundial de la Salud estima que 3,7 millones murieron prematuramente a causa de la contaminación del aire exterior en 2012, mientras que la contaminación interior debida a la quema de biomasa afecta a más de 3 mil millones de personas en todo el mundo. [115] [116]
La capacidad global de bioenergía en 2021 fue de 158 GW. Los biocombustibles evitaron el 4,4% de la demanda mundial de combustible para el transporte en 2021. [74]
Los biocombustibles incluyen una amplia gama de combustibles derivados de la biomasa. El término cubre combustibles sólidos , líquidos y gaseosos . [117] Los biocombustibles líquidos incluyen bioalcoholes, como el bioetanol, y aceites, como el biodiesel. Los biocombustibles gaseosos incluyen biogás , gas de vertedero y gas sintético . El bioetanol es un alcohol que se obtiene fermentando los componentes azucarados de materiales vegetales y se elabora principalmente a partir de cultivos de azúcar y almidón. Entre ellos se incluyen el maíz, la caña de azúcar y, más recientemente, el sorgo dulce . Este último cultivo es particularmente adecuado para crecer en condiciones de tierras secas y está siendo investigado por el Instituto Internacional de Investigación de Cultivos para los Trópicos Semiáridos por su potencial para proporcionar combustible, junto con alimentos y piensos, en zonas áridas de Asia y África. [118]
Con el desarrollo de tecnología avanzada, la biomasa celulósica, como árboles y pastos, también se utiliza como materia prima para la producción de etanol. El etanol se puede utilizar como combustible para vehículos en su forma pura, pero normalmente se utiliza como aditivo de la gasolina para aumentar el octanaje y mejorar las emisiones de los vehículos. El bioetanol se utiliza ampliamente en Estados Unidos y Brasil . Los costes energéticos para producir bioetanol son casi iguales a los rendimientos energéticos del bioetanol. Sin embargo, según la Agencia Europea de Medio Ambiente , los biocombustibles no abordan las preocupaciones sobre el calentamiento global. [119] El biodiesel se elabora a partir de aceites vegetales , grasas animales o grasas recicladas. Puede usarse como combustible para vehículos en su forma pura o, más comúnmente, como aditivo diésel para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos de los vehículos propulsados por diésel. El biodiesel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa. Los biocombustibles proporcionaron el 2,7% del combustible para el transporte mundial en 2010. [120] [ necesita actualización ]
Las políticas en más de 80 países respaldan la demanda de biocombustibles. [74]
Desde la década de 1970, Brasil ha tenido un programa de combustible de etanol que le ha permitido convertirse en el segundo mayor productor de etanol del mundo (después de Estados Unidos) y el mayor exportador del mundo. [121] El programa de combustible de etanol de Brasil utiliza equipos modernos y caña de azúcar barata como materia prima, y los desechos residuales de la caña ( bagazo ) se utilizan para producir calor y energía. [122] Ya no hay vehículos ligeros en Brasil que funcionen con gasolina pura. [123]
Se espera que Biojet sea importante para la reducción a corto plazo de las emisiones de dióxido de carbono de los vuelos de larga distancia. [124]
La energía geotérmica de alta temperatura proviene de la energía térmica generada y almacenada en la Tierra. La energía térmica es la energía que determina la temperatura de la materia. La energía geotérmica de la Tierra se origina en la formación original del planeta y en la desintegración radiactiva de los minerales (en proporciones actualmente inciertas [129] pero posiblemente aproximadamente iguales [130] ). El gradiente geotérmico , que es la diferencia de temperatura entre el núcleo del planeta y su superficie, impulsa una conducción continua de energía térmica en forma de calor desde el núcleo hacia la superficie. El adjetivo geotérmico proviene de las raíces griegas geo , que significa tierra, y termo , que significa calor.
El calor que se utiliza para la energía geotérmica puede provenir desde las profundidades de la Tierra hasta el núcleo de la Tierra, a 6.400 kilómetros (4.000 millas) de profundidad. En el centro, las temperaturas pueden alcanzar más de 5.000 °C (9.030 °F). El calor se conduce desde el núcleo a la roca circundante. Las temperaturas y presiones extremadamente altas hacen que algunas rocas se derritan, lo que comúnmente se conoce como magma. El magma se convecta hacia arriba porque es más ligero que la roca sólida. Luego, este magma calienta la roca y el agua en la corteza, a veces hasta 371 °C (700 °F). [131]
La geotermia de baja temperatura [52] se refiere al uso de la corteza exterior de la Tierra como batería térmica para facilitar la energía térmica renovable para calentar y enfriar edificios y otros usos industriales y de refrigeración. En esta forma de geotermia, una bomba de calor geotérmica y un intercambiador de calor acoplado a tierra se utilizan juntos para mover energía térmica hacia la Tierra (para refrigeración) y fuera de la Tierra (para calefacción) según las estaciones. La geotermia de baja temperatura (generalmente denominada "GHP" [ se necesita aclaración ] ) es una tecnología renovable cada vez más importante porque reduce las cargas de energía anuales totales asociadas con la calefacción y la refrigeración y también aplana la curva de demanda eléctrica, eliminando las temperaturas extremas del verano y necesidades máximas de suministro eléctrico en invierno. Por lo tanto, la geotermia/GHP de baja temperatura se está convirtiendo en una prioridad nacional [ se necesita aclaración ] cada vez mayor con múltiples apoyos de créditos fiscales [132] y enfoque como parte del movimiento continuo hacia la energía neta cero. [133]
La energía geotérmica es rentable, confiable, sostenible y respetuosa con el medio ambiente, [134] pero históricamente se ha limitado a áreas cercanas a los límites de las placas tectónicas . Los avances tecnológicos recientes han ampliado la gama y el tamaño de los recursos viables, especialmente para aplicaciones como la calefacción doméstica, abriendo un potencial para una explotación generalizada. Los pozos geotérmicos liberan gases de efecto invernadero atrapados en las profundidades de la tierra, pero estas emisiones suelen ser mucho menores por unidad de energía que las de los combustibles fósiles. Como resultado, la energía geotérmica tiene el potencial de ayudar a mitigar el calentamiento global si se utiliza ampliamente en lugar de los combustibles fósiles.
En 2017, Estados Unidos lideró el mundo en producción de electricidad geotérmica con 12,9 GW de capacidad instalada. [69] El grupo más grande de plantas de energía geotérmica del mundo se encuentra en The Geysers , un campo geotérmico en California. [135] Filipinas sigue a los Estados Unidos como el segundo mayor productor de energía geotérmica del mundo, con 1,9 GW de capacidad en línea. [69]
La capacidad geotérmica mundial en 2021 fue de 15 GW. [74]
También hay otras tecnologías de energía renovable que aún están en desarrollo, incluido el etanol celulósico , la energía geotérmica de roca seca y caliente y la energía marina . [136] Estas tecnologías aún no se han demostrado ampliamente o tienen una comercialización limitada. Muchas están en el horizonte y pueden tener un potencial comparable al de otras tecnologías de energía renovable, pero aún dependen de atraer suficiente atención y financiación para investigación, desarrollo y demostración (ID&D). [136]
Existen numerosas organizaciones dentro de los sectores académico, federal, [ se necesita aclaración ] y comercial que llevan a cabo investigaciones avanzadas a gran escala en el campo de la energía renovable. Esta investigación abarca varias áreas de enfoque en todo el espectro de energías renovables. La mayor parte de la investigación tiene como objetivo mejorar la eficiencia y aumentar el rendimiento energético general. [137] Múltiples organizaciones de investigación apoyadas por el gobierno se han centrado en la energía renovable en los últimos años. Dos de los laboratorios más destacados son los Laboratorios Nacionales Sandia y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), ambos financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y respaldados por varios socios corporativos. [138]
Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) son un nuevo tipo de tecnología de energía geotérmica que no requiere recursos hidrotermales convectivos naturales. La gran mayoría de la energía geotérmica al alcance de la perforación se encuentra en roca seca y no porosa. [139] Las tecnologías EGS "mejoran" y/o crean recursos geotérmicos en esta "roca seca caliente (HDR)" mediante fracturación hidráulica . Se espera que las tecnologías EGS y HDR, como la geotermia hidrotermal, sean recursos de carga básica que produzcan energía las 24 horas del día como una planta fósil. A diferencia de la hidrotermia, HDR y EGS pueden ser factibles en cualquier parte del mundo, dependiendo de los límites económicos de la profundidad de perforación. Los buenos lugares son granito profundo cubierto por una capa gruesa (3 a 5 km o 1,9 a 3,1 millas) de sedimentos aislantes que retardan la pérdida de calor. [140] Actualmente se están desarrollando y probando sistemas HDR y EGS en Francia, Australia, Japón, Alemania, Estados Unidos y Suiza. El proyecto EGS más grande del mundo es una planta de demostración de 25 megavatios que actualmente se está desarrollando en Cooper Basin, Australia. Cooper Basin tiene el potencial de generar entre 5.000 y 10.000 MW.
La energía marina (también denominada a veces energía oceánica) es la energía transportada por las olas del océano , las mareas , la salinidad y las diferencias de temperatura del océano . El movimiento del agua en los océanos del mundo crea una gran reserva de energía cinética o energía en movimiento. Esta energía se puede aprovechar para generar electricidad para alimentar hogares, transporte e industrias. El término energía marina abarca la energía de las olas (energía de las olas superficiales), la energía de las corrientes marinas (energía de las corrientes hidrocinéticas marinas (por ejemplo, la Corriente del Golfo) y la energía de las mareas (obtenida a partir de la energía cinética de grandes masas de agua en movimiento). La electrodiálisis inversa (RED) es una tecnología para generar electricidad mezclando agua dulce de río y agua salada de mar en grandes celdas de energía diseñadas para este fin; A partir de 2016 se está probando a pequeña escala (50 kW). La energía eólica marina no es una forma de energía marina, ya que la energía eólica se deriva del viento , incluso si las turbinas eólicas se colocan sobre el agua. Los océanos tienen una enorme cantidad de energía y están cerca de muchas, si no la mayoría, de poblaciones concentradas. La energía oceánica tiene el potencial de proporcionar una cantidad sustancial de nueva energía renovable en todo el mundo. [141] [142] [ página necesaria ]
El enfriamiento radiativo diurno pasivo (PDRC) utiliza el frío del espacio exterior como fuente de energía renovable para lograr un enfriamiento diurno que se puede utilizar en muchas aplicaciones, [146] [147] [148] como el enfriamiento de espacios interiores , [149] [150 ] mitigación de islas de calor urbanas al aire libre , [151] [152] y eficiencia de las células solares . [153] [154] Las superficies PDRC están diseñadas para tener una alta reflectancia solar para minimizar la ganancia de calor y una fuerte transferencia de calor por radiación térmica infrarroja de onda larga (LWIR) . [155] A escala planetaria, se ha propuesto como una forma de frenar y revertir el calentamiento global . [145] [156] Las aplicaciones PDRC se implementan como superficies orientadas al cielo, de manera similar a otras fuentes de energía renovables, como los sistemas fotovoltaicos y los colectores solares térmicos . [154] PDRC fue posible gracias a la capacidad de suprimir el calentamiento solar utilizando metamateriales fotónicos , publicado por primera vez en un estudio de Raman et al. a la comunidad científica en 2014. [153] [157] Las aplicaciones de PDRC para la refrigeración de espacios interiores están creciendo con un "tamaño de mercado estimado de ~$27 mil millones en 2025". [158]
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. [159] [160]
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. [161]
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%. [162]
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. [163] 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 costosa 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. [164] [165] 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 del sol en la secuencia principal de la evolución estelar. [166]
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. [167] 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). [168] Sin embargo, importantes investigaciones 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. [169]
La producción de energía renovable a partir de algunas fuentes, como la eólica y la solar, es más variable y está más extendida geográficamente que la tecnología basada en combustibles fósiles y nuclear. Si bien es factible integrarlo en el sistema energético más amplio, conlleva algunos desafíos adicionales, como una mayor volatilidad de la producción y una menor inercia del sistema. [170] La implementación del almacenamiento de energía, utilizando una amplia variedad de tecnologías de energía renovable y la implementación de una red inteligente en la que la energía se utiliza automáticamente en el momento en que se produce, puede reducir los riesgos y costos de la implementación de energía renovable. [170] [171] : 15-16
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 . [172] De manera similar, el sector industrial puede combinarse con hidrógeno producido por electrólisis, [173] y el sector de edificios con almacenamiento de energía térmica para calefacción y refrigeración de espacios. [174]
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 . [175] Las baterías se utilizan cada vez más para almacenamiento [176] y servicios auxiliares de red [177] y para almacenamiento doméstico. [178] 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. [179] [180]
La mayoría de las nuevas energías renovables son la solar, seguida de la eólica, luego la hidroeléctrica y luego la bioenergía. [181] La inversión en energías renovables, especialmente la solar, tiende a ser más efectiva para crear empleos que el carbón, el gas o el petróleo. [182] [183] 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. [184]
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. [185] IRENA también afirmó que la capacidad agregada desde 2000 redujo las facturas de electricidad en 2022 en al menos $520 mil millones, 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. [185]
* = 2018. Todos los demás valores para 2019.
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. . [200]
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. [201] 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). [201]
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. [202]
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 espera que las energías renovables representen más del 90% de la expansión de la capacidad eléctrica mundial durante el período previsto. [74] 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. [19]
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". [204]
El plan quinquenal de China hasta 2025 incluye aumentar la calefacción directa mediante energías renovables como la geotérmica y la solar térmica. [205]
Se espera que REPowerEU , el plan de la UE para escapar de la dependencia del gas fósil ruso , exija mucho más hidrógeno verde . [206]
Después de un período de transición, [207] se espera que la producción de energía renovable represente la mayor parte de la producción energética mundial. En 2018, la empresa de gestión de riesgos DNV GL pronostica que la combinación de energía primaria del mundo se dividirá en partes iguales entre fuentes fósiles y no fósiles para 2050. [208]
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. [209]
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". [210]
En algunos lugares, los hogares individuales pueden optar por comprar energía renovable a través de un programa de consumo de energía verde .
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. [211] 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. [212] 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. [213]
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. [214]En Kenia, la central geotérmica Olkaria V es una de las más grandes del mundo. [215] El proyecto de la Gran Presa del Renacimiento de Etiopía incorpora turbinas eólicas. [216] Se prevé que una vez terminada, la central de energía solar de Ouarzazate en Marruecos proporcione energía a más de un millón de personas. [217]
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. [219]
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. [220] En abril de 2019, IRENA tiene 160 estados miembros. [221] 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, [41] 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. [222]
El Acuerdo de París de 2015 sobre el cambio climático motivó a muchos países a desarrollar o mejorar políticas de energía renovable. [18] En 2017, un total de 121 países adoptaron algún tipo de política de energía renovable. [219] Ese año existían objetivos nacionales en 176 países. [18] Además, también existe una amplia gama de políticas a nivel estatal/provincial y local. [120] 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. [223] Los bancos verdes utilizan una variedad de herramientas financieras para cerrar las brechas del mercado que obstaculizan el despliegue de energía limpia.
La neutralidad climática para el año 2050 es el principal objetivo del Pacto Verde Europeo . [224] Para que la Unión Europea alcance su objetivo de neutralidad climática, uno de los objetivos es descarbonizar su sistema energético con el objetivo de lograr " emisiones netas cero de gases de efecto invernadero para 2050". [225]
La energía 100% renovable es el objetivo del uso de recursos renovables para toda la energía. La energía 100% renovable para electricidad, calefacción, refrigeración y transporte está motivada por el cambio climático , la contaminación y otras cuestiones medioambientales, así como por preocupaciones económicas y de seguridad energética . Cambiar el suministro global total de energía primaria a fuentes renovables requiere una transición del sistema energético , ya que la mayor parte de la energía actual se deriva de combustibles fósiles no renovables .
La investigación sobre este tema es bastante nueva, con muy pocos estudios publicados antes de 2009, pero ha ganado cada vez más atención en los últimos años. La mayoría de los estudios muestran que una transición global hacia una energía 100% renovable en todos los sectores (energía, calefacción, transporte e industria) es factible y económicamente viable. [226] [227] [228] [229] [ necesita cita para verificar ] Un enfoque holístico e intersectorial se considera una característica importante de los sistemas de energía 100 % renovables y se basa en el supuesto de que "las mejores soluciones pueden ser sólo se puede lograr si nos centramos en las sinergias entre los sectores" del sistema energético como la electricidad, la calefacción, el transporte o la industria. [230]
Se considera que las principales barreras para la implementación generalizada de energías renovables a gran escala y estrategias energéticas bajas en carbono son principalmente sociales y políticas más que tecnológicas o económicas. [231] Según el informe Post Carbon Pathways de 2013 , que revisó muchos estudios internacionales, los obstáculos clave son: la negación del cambio climático , el lobby de los combustibles fósiles , la inacción política, el consumo de energía insostenible , la infraestructura energética obsoleta y las limitaciones financieras. [232]La generación de electricidad renovable mediante energía eólica y solar es variable . Esto da como resultado un factor de capacidad reducido y puede requerir mantener algunas plantas de energía a gas u otra generación despachable en espera [235] [236] [237] hasta que haya suficiente almacenamiento de energía, respuesta de la demanda , mejora de la red y/o potencia de carga base. de fuentes no intermitentes como la energía hidráulica , la nuclear o la bioenergía.
El mercado de tecnologías de energía renovable ha seguido creciendo. Las preocupaciones por el cambio climático y el aumento de los empleos verdes , junto con los altos precios del petróleo, el pico del petróleo , las guerras petroleras, los derrames de petróleo , la promoción de los vehículos eléctricos y la electricidad renovable, los desastres nucleares y el aumento del apoyo gubernamental, están impulsando una legislación, unos incentivos y una comercialización cada vez mayores sobre energías renovables . [25] [ se necesita una mejor fuente ]
La Agencia Internacional de Energía ha afirmado que el despliegue de tecnologías renovables suele aumentar la diversidad de fuentes de electricidad y, a través de la generación local, contribuye a la flexibilidad del sistema y su resistencia a los shocks centrales. [238]
Las plantas de energía solar pueden competir con las tierras cultivables , [240] [241] mientras que los parques eólicos terrestres enfrentan oposición debido a preocupaciones estéticas y al ruido, que afecta tanto a los humanos como a la vida silvestre. [242] [243] [244] [ necesita cotización para verificar ] En los Estados Unidos, el proyecto Massachusetts Cape Wind se retrasó durante años en parte debido a preocupaciones estéticas. Sin embargo, los residentes de otras zonas se han mostrado más positivos. Según un concejal de la ciudad, la inmensa mayoría de los lugareños cree que el parque eólico de Ardrossan en Escocia ha mejorado la zona. [245] Estas preocupaciones, cuando se dirigen contra la energía renovable, a veces se describen como una actitud de "no en mi patio trasero" ( NIMBY ).
Un documento del gobierno del Reino Unido de 2011 afirma 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". [246] En países como Alemania y Dinamarca, muchos proyectos de energías renovables son propiedad de las comunidades, particularmente a través de estructuras cooperativas , y contribuyen significativamente a los niveles generales de implementación de energías renovables. [247] [248]
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 . [249] 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 . [250] [251]
El combustible más común utilizado en las centrales de fisión nuclear convencionales , el uranio-235, es "no renovable" según la Administración de Información Energética , pero la organización no dice nada sobre el combustible MOX reciclado . [251] El Laboratorio Nacional de Energía Renovable no menciona la energía nuclear en su definición de "fundamentos energéticos". [252]
En 1987, la Comisión Brundtland (WCED) clasificó los reactores de fisión que producen más combustible nuclear fisionable del que consumen ( reactores reproductores y, si se desarrollan, energía de fusión ) entre las fuentes de energía renovables convencionales , como la energía solar y la energía hidroeléctrica . [253] La vigilancia y el almacenamiento de productos de desechos radiactivos también son necesarios cuando se utilizan otras fuentes de energía renovables, como la energía geotérmica. [254]
Desde aproximadamente 2010 en adelante, se viene debatiendo el impacto geopolítico del creciente uso de energías renovables. [255] Algunos sostienen que los antiguos exportadores de combustibles fósiles experimentarán un debilitamiento de su posición en los asuntos internacionales, mientras que los países con abundantes recursos de energía renovable se verán fortalecidos. [256] También se espera que algunos países ricos en materiales críticos para tecnologías de energía renovable aumenten su importancia en los asuntos internacionales. [257] [258]
El índice GeGaLo de ganancias y pérdidas geopolíticas evalúa cómo puede cambiar la posición geopolítica de 156 países si el mundo hace una transición completa hacia los recursos energéticos renovables. Se espera que los antiguos exportadores de combustibles fósiles pierdan poder, mientras que se fortalezca la posición de los antiguos importadores de combustibles fósiles y de los países ricos en recursos energéticos renovables. [259] El abastecimiento de los materiales necesarios, la propiedad de activos de infraestructura clave y el diseño de redes requieren consideraciones geopolíticas. [260] [261] [262]
Las transiciones a energías renovables tienen muchas implicaciones geopolíticas, como el potencial de pérdidas de ingresos que conduzcan a inestabilidad política en economías exportadoras de combustibles fósiles insuficientemente preparadas, aunque no está claro si la transición aumentará o reducirá los conflictos en general. En particular, un estudio plantea la hipótesis de que "surge una configuración en la que a los importadores de combustibles fósiles les conviene descarbonizarse, a los exportadores de combustibles fósiles competitivos les conviene inundar los mercados y a los productores de combustibles fósiles no competitivos, en lugar de beneficiarse del aprovechamiento gratuito, sufren su exposición". a activos varados y falta de inversión en tecnologías de descarbonización". [263] [264]
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. [265]
Las naciones ricas en energía solar y eólica podrían convertirse en importantes exportadores de energía. [266]
El comercio de hidrógeno podría rediseñar fundamentalmente la geografía del comercio mundial de energía, y la gobernanza internacional y las inversiones que buscan ampliar la economía del hidrógeno podrían reducir "el riesgo de fragmentación del mercado, bloqueo del carbono y rivalidad geoeconómica intensificada". [267] [266] [268] La electricidad superará a otros vectores de energía para 2050 y representará casi el 50% del consumo total de energía (frente al 22% en 2015). Dadas las limitaciones que supone utilizar únicamente electricidad, el hidrógeno limpio tiene un potencial significativo en varias industrias. [269] [270] El hidrógeno tiene el potencial de almacenarse a largo plazo en las industrias de electricidad y calefacción. [271]
En 2019, Forbes incluyó empresas de petróleo y gas con ventas por 4,8 billones de dólares, alrededor del 5% del PIB mundial . [272] Los importadores netos como China y la UE obtendrían ventajas de una transición a tecnologías bajas en carbono impulsadas por el desarrollo tecnológico, la eficiencia energética o la política de cambio climático, mientras que Rusia, los EE.UU. o Canadá podrían ver sus industrias de combustibles fósiles casi cerradas. . [273] Por otro lado, países con grandes superficies como Australia, Rusia, China, Estados Unidos, Canadá y Brasil y también África y Oriente Medio 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. [274]
En octubre de 2021, el comisario europeo de Acción Climática, Frans Timmermans, sugirió que "la mejor respuesta" a la crisis energética mundial de 2021 es "reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles". [275] Dijo que quienes culpaban al Acuerdo Verde Europeo lo hacían "tal vez por razones ideológicas o, a veces, por razones económicas para proteger sus intereses creados". [275] Algunos críticos culparon al Sistema de Comercio de Emisiones de la Unión Europea (EU ETS) y al cierre de plantas nucleares por contribuir a la crisis energética. [276] [277] [278] La presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen, dijo que Europa es "demasiado dependiente" del gas natural y demasiado dependiente de las importaciones de gas natural . Según Von der Leyen, "La respuesta tiene que ver con diversificar nuestros proveedores... y, fundamentalmente, con acelerar la transición a la energía limpia". [279]
La transición a las energías renovables requiere una mayor extracción de ciertos metales y minerales . [280] Esto impacta el medio ambiente y puede conducir a conflictos ambientales . [281]
La Agencia Internacional de Energía no reconoce la escasez de recursos, pero afirma que el suministro podría tener dificultades para seguir el ritmo de las ambiciones climáticas del mundo. Se espera que los vehículos eléctricos (EV) y el almacenamiento en baterías generen la mayor demanda. Los parques eólicos y la energía solar fotovoltaica consumen menos. La ampliación de las redes eléctricas requiere grandes cantidades de cobre y aluminio . La AIE recomienda aumentar el reciclaje. Para 2040, las cantidades de cobre , litio , cobalto y níquel procedentes de baterías gastadas podrían reducir las necesidades combinadas de suministro primario de estos minerales en alrededor de un 10%. [280]
Se espera que la demanda de litio para 2040 se multiplique por 42. Se prevé que la exploración de grafito y níquel se multiplique por 20. Para cada uno de los minerales y metales más importantes, una parte importante de los recursos se concentra en un solo país: el cobre en Chile , el níquel en Indonesia , las tierras raras en China , el cobalto en la República Democrática del Congo (RDC) y el litio en Australia . China domina el procesamiento de todos ellos. [280]
Un enfoque controvertido es la minería en aguas profundas . Se pueden recolectar minerales de nuevas fuentes, como nódulos polimetálicos que yacen en el fondo marino , [282] pero esto podría dañar la biodiversidad. [283]
Pasar a la energía renovable moderna tiene grandes beneficios para la salud debido a la reducción de la contaminación del aire causada por combustibles fósiles. [284] [285]
Las fuentes renovables distintas de la biomasa, como la energía eólica , la fotovoltaica y la hidroelectricidad , tienen la ventaja de poder conservar agua, reducir la contaminación [286] y reducir las emisiones de CO 2 .
Los paneles solares cambian el albedo de la superficie, por lo que, si se usan a muy gran escala (como cubrir el 20% del desierto del Sahara), podrían cambiar los patrones climáticos globales. [287]
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 terreno hasta 10 veces mayores que las del carbón o el gas para producir cantidades equivalentes de energía. [288] 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. [289]
La transición a las energías renovables depende de recursos no renovables, como los metales extraídos. [240] La fabricación de paneles fotovoltaicos, turbinas eólicas y baterías requiere cantidades significativas de elementos de tierras raras [290] , lo que tiene un impacto social y ambiental significativo si se extrae en bosques y áreas protegidas. [291] Debido a la coexistencia de elementos radiactivos y de tierras raras ( torio , uranio y radio ), la minería de tierras raras da como resultado la producción de desechos radiactivos de bajo nivel . [292]
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 . [293] [294] [295] Los paneles solares se reciclan para reducir los desechos electrónicos y crear una fuente de materiales que de otro modo necesitarían ser extraídos, [296] pero ese negocio aún es pequeño y se está trabajando para mejorarlo y ampliarlo. el proceso. [297] [298] [299]
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. [300] Probablemente el segundo uso más antiguo de energía renovable es 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. [301] Procedente de las aguas termales , la energía geotérmica se ha utilizado para bañarse desde el Paleolítico y para calentar espacios desde la antigua época romana. [302] 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 1885, Werner Siemens , comentando el descubrimiento del efecto fotovoltaico en estado sólido, escribió:
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. [303]
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. [304] 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". [305]
La teoría del pico del petróleo se publicó en 1956. [306] 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. [307]
El nuevo gasto, la regulación y las políticas gubernamentales ayudaron a la industria a capear la crisis económica de 2009 mejor que muchos otros sectores. [37]
Nuestro caso acelerado muestra que la capacidad renovable global puede expandirse un 25% adicional en comparación con el pronóstico principal si los países abordan los desafíos de políticas, regulación, permisos y financiamiento.
…… Este aumento más rápido reduciría significativamente la brecha en la cantidad de crecimiento de electricidad renovable que se necesita en el camino hacia cero emisiones netas para 2050.
AIE.
CC POR 4.0.● Fuente de datos hasta 2016: "Actualización/perspectivas del mercado de energías renovables para 2021 y 2022" (PDF) . IEA.org . Agencia Internacional de Energía. Mayo de 2021. pág. 8. Archivado (PDF) desde el original el 25 de marzo de 2023.
AIE.
Licencia: CC BY 4.0
El enfriamiento radiativo diurno pasivo (PDRC) disipa el calor terrestre al espacio exterior extremadamente frío sin utilizar ningún aporte de energía ni producir contaminación.
Tiene el potencial de aliviar simultáneamente los dos principales problemas de la crisis energética y el calentamiento global.
El enfriamiento radiativo no consume energía externa, sino que recolecta frío del espacio exterior como una nueva fuente de energía renovable.
El enfriamiento radiativo diurno ha atraído considerable atención recientemente debido a su tremendo potencial para explotar pasivamente la frialdad del universo como energía limpia y renovable.
El enfriamiento radiativo pasivo puede considerarse una fuente de energía renovable, que puede bombear calor a espacios fríos y hacer que los dispositivos sean más eficientes que expulsar calor a la temperatura atmosférica terrestre.
En consecuencia, diseñar y fabricar un PDRC eficiente con una reflectancia solar suficientemente alta (𝜌¯solar) (λ ~ 0,3–2,5 μm) para minimizar la ganancia de calor solar y, simultáneamente, una fuerte emitancia térmica LWIR (ε¯LWIR) para maximizar la pérdida de calor radiativo es altamente deseable.
Cuando el calor radiativo entrante del Sol se equilibra con la emisión de calor radiativo saliente, la temperatura de la Tierra puede alcanzar su estado estable.
Al cubrir la Tierra con una pequeña fracción de materiales que emiten térmicamente, se puede aumentar el flujo de calor que sale de la Tierra y el flujo radiativo neto se puede reducir a cero (o incluso hacer negativo), estabilizando (o enfriando) así. la tierra.
Desafiando las interrupciones de la cadena de suministro y los obstáculos macroeconómicos, la inversión en transición energética en 2022 aumentó un 31% para igualarse a los combustibles fósiles.
Inversión energética mundial en energías limpias y combustibles fósiles, 2015-2023 (gráfico)— De las páginas 8 y 12 de World Energy Investment 2023 (archivo).
Este artículo incorpora texto publicado bajo la Licencia británica de gobierno abierto : Departamento de Negocios, Energía y Estrategia Industrial, Balances energéticos agregados que muestran la proporción de energías renovables en la oferta y la demanda, publicado el 24 de septiembre de 2020, consultado el 12 de julio de 2021.La gran mayoría de todas las publicaciones destaca la viabilidad técnica y económica de los sistemas 100% ER.
Las principales fuentes de energía actuales son principalmente no renovables: gas natural, petróleo, carbón, turba y energía nuclear convencional.
También hay fuentes renovables, como la madera, las plantas, el estiércol, las caídas de agua, las fuentes geotérmicas, la energía solar, de las mareas, el viento y las olas, así como la fuerza muscular humana y animal.
Los reactores nucleares que producen su propio combustible ('criadores') y, eventualmente, los reactores de fusión también entran en esta categoría.
El texto y las imágenes están disponibles bajo una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0 Archivado el 16 de octubre de 2017 en Wayback Machine .
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