La electricidad baja en carbono o energía baja en carbono es electricidad producida con emisiones de gases de efecto invernadero sustancialmente menores a lo largo de todo su ciclo de vida que la generación de energía utilizando combustibles fósiles . [ cita requerida ] La transición energética a la energía baja 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 mayoría 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 acoplan con éxito con un sistema de captura y almacenamiento de carbono (CCS) de gases de combustión . [4] A nivel mundial, casi el 40% de la generación de electricidad provino de fuentes bajas en carbono en 2020: aproximadamente el 10% fue energía nuclear, casi el 10% eólica y solar, y alrededor del 20% hidroeléctrica y otras energías renovables. [1]
A finales del siglo XX y principios del XXI, importantes hallazgos relacionados con el calentamiento global pusieron de relieve la necesidad de reducir las emisiones de carbono. De ahí surgió la idea de la energía con bajas emisiones de carbono. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), creado 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 la energía con bajas emisiones de carbono. El IPCC ha seguido proporcionando asesoramiento científico, técnico y socioeconómico a la comunidad mundial, a través de sus informes periódicos de evaluación e informes especiales. [5]
A nivel internacional, el primer paso más destacado (¿ según quién? ) en la dirección de la energía baja en carbono fue la firma del Protocolo de Kyoto , 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. El acontecimiento histórico sentó el precedente político para la introducción de la tecnología energética baja en carbono.
1 Véase también impacto ambiental de los embalses#Gases de efecto invernadero .
Lista de siglas:
Existen 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 en el ciclo de vida total, utilizando fuentes completamente renovables. Otras opciones, como la energía nuclear, producen una cantidad comparable de emisiones de dióxido de carbono que 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 la energía que sigue 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 las plantas piloto que, a partir de 2012, realizan captura y almacenamiento de carbono . [4] [11]
Dado 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 lograr las mayores reducciones proporcionales de carbono con una política climática económicamente eficiente. [12]
Las tecnologías para producir energía eléctrica con bajas emisiones de carbono se utilizan en diversas escalas. En conjunto, representaron casi el 40% de la electricidad mundial en 2020, y la energía eólica y solar casi el 10%. [1]
El informe de 2014 del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático 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 ellas han funcionado durante más de 100 años. La energía hidroeléctrica es también una tecnología extremadamente flexible desde la perspectiva de la operación de la red eléctrica. La energía hidroeléctrica a gran escala ofrece una de las opciones de menor coste en el mercado energético actual, incluso en comparación con los combustibles fósiles , y no hay emisiones nocivas asociadas a la operación de la central. [15] Sin embargo, las emisiones de gases de efecto invernadero suelen ser bajas en los embalses y, posiblemente, altas 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 mundial de energía hidroeléctrica , seguido de Brasil y Canadá .
Sin embargo, los sistemas de energía hidroeléctrica a gran escala presentan varias desventajas sociales y ambientales importantes: dislocación, si hay gente viviendo en las zonas donde se planea construir los embalses, liberación de cantidades significativas de dióxido de carbono y metano durante la construcción y la inundación del embalse, y alteración de los ecosistemas acuáticos y la vida de las aves. [17] Actualmente existe un fuerte consenso en cuanto a que los países deberían adoptar un enfoque integrado para la gestión de los recursos hídricos, lo que implicaría planificar el desarrollo de la energía hidroeléctrica en cooperación con otros sectores que utilizan 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 con bajas emisiones de 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 algunos países 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 proporcionó el 47% de la energía baja en carbono en la UE [20] y los países que se basan principalmente en la energía nuclear alcanzaron rutinariamente una intensidad de carbono de 30-60 gCO2eq/kWh. [21]
En 2021, la Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (CEPE) describió la energía nuclear como una herramienta importante para mitigar el cambio climático que ha evitado 74 Gt de emisiones de CO2 durante el último medio siglo, proporcionando el 20% de la energía en Europa y el 43% de la energía baja en carbono. [22]
La energía nuclear se ha utilizado desde la década de 1950 como fuente de electricidad de base con bajas emisiones de carbono . [24] Las plantas de energía nuclear en más de 30 países generan alrededor del 10% de la electricidad mundial. [25] En 2019, la energía nuclear generó más de una cuarta parte de toda la energía con bajas emisiones de carbono , lo que la convierte en la segunda fuente más importante después de la energía hidroeléctrica. [ 26]
Las emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida de la energía nuclear (incluida la minería y el procesamiento del uranio ) son similares a las emisiones de las 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 crea contaminación atmosférica 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 una 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 ver 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 residuos nucleares , la proliferación de armas nucleares y los accidentes . [34] Los residuos nucleares radiactivos deben gestionarse durante miles de años [34] y las plantas de energía nuclear crean material fisible que puede usarse 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 construir nuevas plantas nucleares ha sido un objetivo 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 comercialmente. [37] La energía nuclear basada en torio (en lugar de uranio) puede ser capaz de proporcionar una mayor seguridad energética para 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 desechos y no habría riesgo de explosiones. [40] Aunque la energía de fusión ha avanzado en el laboratorio, el plazo de varias décadas necesario para llevarla a la comercialización y luego ampliarla significa que no contribuirá a un objetivo de cero emisiones netas para 2050 en materia de mitigación del cambio climático. [41]
La energía eólica es el uso de la energía del viento para generar trabajo útil. Históricamente, la energía eólica se utilizaba mediante velas , molinos de viento y aerobombas , pero hoy en día se utiliza sobre todo 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 2.304 TWh de electricidad, lo que representó el 7,8% de la electricidad mundial. [42] Con alrededor de 100 GW agregados durante 2021, principalmente en China y Estados Unidos , la capacidad de energía eólica instalada global superó los 800 GW. [43] [44] [45] 32 países generaron más de una décima parte de su electricidad a partir de energía eólica en 2023 y la generación eólica casi se ha triplicado desde 2015. [42] 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. [46]
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 despachables para lograr un suministro confiable de electricidad. Los parques eólicos terrestres (en tierra) tienen un mayor impacto visual en el paisaje que la mayoría de las demás centrales eléctricas por energía producida. [47] [48] Los parques eólicos ubicados en alta mar tienen un menor impacto visual y tienen factores de capacidad más altos , aunque generalmente son más caros. [43] La energía eólica marina actualmente tiene una participación de aproximadamente el 10% de las nuevas instalaciones. [49]
La energía eólica es una de las fuentes de electricidad con menor costo por unidad de energía producida. En muchos lugares, los nuevos parques eólicos terrestres son más baratos que las nuevas plantas de carbón o gas . [50]
Las regiones situadas en las latitudes más altas del norte y del sur tienen el mayor potencial de energía eólica. [51] 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, las combinaciones de energía eólica y solar son adecuadas en muchos países. [52]
La energía solar es la conversión de la luz solar en electricidad, ya sea directamente mediante energía fotovoltaica (PV) o indirectamente mediante energía solar concentrada (CSP). Los sistemas de energía solar concentrada utilizan lentes o espejos y sistemas de seguimiento para concentrar una gran área de luz solar en un pequeño haz. La energía fotovoltaica convierte la luz en corriente eléctrica utilizando el efecto fotoeléctrico . [53]
Las plantas de energía solar concentrada comerciales se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. La instalación CSP SEGS de 354 MW es la planta de energía solar más grande del mundo, ubicada en el desierto de Mojave de California. Otras plantas de CSP de gran tamaño incluyen la estación de energía solar Solnova (150 MW) y la estación de energía solar Andasol (150 MW), ambas en España. El proyecto solar Agua Caliente de más de 200 MW en los Estados Unidos y el parque solar Charanka de 214 MW en la India son las plantas fotovoltaicas más grandes del mundo . La participación de la energía solar en el uso mundial de electricidad a fines de 2014 fue del 1%. [54]
La electricidad geotérmica es la electricidad generada a partir de energía geotérmica. Las tecnologías que se utilizan incluyen plantas de energía de vapor seco, plantas de energía de vapor instantáneo y plantas de energía de ciclo binario. La generación de electricidad geotérmica se utiliza en 24 países [55] , mientras que la calefacción geotérmica se utiliza en 70 países. [56]
La capacidad instalada mundial actual es de 10.715 megavatios (MW), con la mayor capacidad en Estados Unidos (3.086 MW), [57] Filipinas e Indonesia . Las estimaciones del potencial de generación de electricidad de la energía geotérmica varían entre 35 y 2000 GW. [56]
La energía geotérmica se considera sostenible porque la extracción de calor es pequeña en comparación con el contenido de calor de la Tierra. [58] La intensidad de emisión de las plantas eléctricas geotérmicas existentes es en promedio de 122 kg de CO
2por megavatio-hora (MW·h) de electricidad, una pequeña fracción de la generada por las plantas de combustibles fósiles convencionales. [59]
La energía maremotriz es una forma de energía hidroeléctrica que convierte la energía de las mareas en electricidad u otras formas útiles de energía. La primera planta de energía maremotriz a gran escala (la central maremotriz de Rance ) comenzó a funcionar en 1966. Aunque todavía no se utiliza ampliamente, la energía maremotriz tiene potencial para la generación de electricidad en el futuro. Las mareas son más predecibles que la energía eólica y la energía solar.
La captura y el almacenamiento de carbono capturan el dióxido de carbono de los gases de combustión de las centrales eléctricas u otras industrias y lo transportan a un lugar adecuado donde se puede enterrar de forma segura en un depósito subterráneo. Si bien todas las tecnologías involucradas están en uso y la captura y el almacenamiento de carbono se están llevando a cabo en otras industrias (por ejemplo, en el yacimiento de gas de Sleipner ), todavía no se ha puesto en marcha ningún proyecto integrado a gran escala en el sector energético.
Las mejoras en las tecnologías actuales de captura y almacenamiento de carbono podrían reducir los costos de captura de CO2 al menos en un 20-30% durante aproximadamente la próxima década, mientras que nuevas tecnologías en desarrollo prometen una reducción de costos más sustancial. [60]
El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático afirmó en su primer informe del grupo de trabajo que "la mayor parte del aumento observado en las temperaturas medias 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" . [61]
Como porcentaje de todas las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero , el dióxido de carbono (CO 2 ) representa el 72 por ciento (véase Gas 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. [62]
Las emisiones de la energía representan más del 61,4 por ciento de todas las emisiones de gases de efecto invernadero. [63] La generación de energía a partir de fuentes tradicionales de combustible de carbón representa el 18,8 por ciento de todas las emisiones de gases de efecto invernadero del mundo, casi el doble de las emitidas por el transporte por carretera. [63]
Se estima que en 2020 el mundo producirá aproximadamente el doble de emisiones de carbono que en 2000. [64]
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. [65] Se prevé que el consumo de carbón casi se duplique en ese mismo período. [66] 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. [67] Al implementar opciones de energía con bajas emisiones de carbono, la demanda mundial de electricidad podría seguir creciendo mientras se mantienen niveles estables de emisiones de carbono.
En el sector del transporte se están produciendo cambios que se alejan de los combustibles fósiles y se están acercando a los vehículos eléctricos, como el transporte público y el coche eléctrico . Estas tendencias son pequeñas, pero pueden acabar añadiendo una gran demanda a la red eléctrica. [ cita requerida ]
El suministro de calor y agua caliente para uso doméstico e industrial se ha realizado en gran medida mediante la quema de combustibles fósiles, como el fueloil o el gas natural, en las viviendas de los consumidores. Algunos países han empezado a ofrecer descuentos a las bombas de calor para fomentar el cambio a la electricidad, lo que podría añadir una gran demanda a la red. [68]
Las centrales eléctricas a carbón están perdiendo participación de mercado en comparación con las centrales eléctricas con bajas emisiones de carbono, y cualquiera que se construya en la década de 2020 corre el riesgo de convertirse en activos varados [69] o costos varados , en parte porque sus factores de capacidad disminuirán. [70]
La inversión en fuentes y tecnologías energéticas con bajas emisiones de carbono está aumentando a un ritmo rápido. [ aclaración necesaria ] 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. [71]
... las centrales nucleares... proporcionan actualmente 1/3 de la electricidad de la UE y 2/3 de su energía con bajas emisiones de carbono.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link) Plan Estratégico Europeo de Tecnología Energética SET-Plan 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.