Prospectiva tecnológica: ¿en qué y cómo puede afectar la demanda mundial de energía?

Prospectiva tecnológica: ¿en qué y cómo puede afectar la demanda mundial de energía?

Por Ángela Inés Cadena, Ricardo Delgado y Mónica Espinosa

A lo largo de la historia la energía y la tecnología han ido de la mano. ¿Qué desarrollos son necesarios para alcanzar canastas energéticas más eficientes, limpias, diversificadas y flexibles, que permitan reducir las emisiones de GEI y los impactos ambientales?
 
Ángela Cadena: Profesora Asociada de la Universidad de los Andes. Ingeniera Eléctrica y PhD en Management Science. Ricardo Delgado: Asistente de investigación de la Universidad de los Andes. Ingeniero Eléctrico con maestría en Ingeniería Eléctrica. Mónica Espinosa: Asistente de investigación de la Universidad de los Andes. Ingeniera Ambiental con maestría en Ingeniería Ambiental.


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Energía y tecnología es un binomio que tiene su origen en el descubrimiento del fuego y en la elaboración de las primeras herramientas, cuya utilización dependía de la aplicación de la energía humana y de la pericia con que se realizaba. Con el surgimiento de la máquina de vapor se produce un cambio radical en la productividad y en el ingreso de la población, como lo ilustra la figura 1. La aplicación en instrumentos sofisticados de la energía disponible en la naturaleza, junto con algunos cambios demográficos, constituyen un punto fundamental en la historia económica de la humanidad.

A partir de esta época, conocida como la revolución industrial, se logra una mayor oferta de bienes y se disminuyen los tiempos de producción, con la consecuente generación de una mayor riqueza. Esta, desafortunadamente no se distribuye en forma uniforme, creándose una “gran divergencia” o brecha en los ingresos.

En relación con la energía, luego de la madera, se comenzó a utilizar el carbón en las máquinas de vapor y posteriormente el petróleo y la electricidad (producida a partir de los energéticos anteriores y de la hidroenergía) en distintos equipamientos, dando forma a la producción y transporte de bienes y a la organización de la sociedad moderna. La figura 2 nos muestra cómo ha sido la evolución de las diferentes fuentes de energía a lo largo de la historia y cómo se ha ido configurando la canasta de energéticos primarios que conocemos hoy en día. Si bien en ella se presenta el consumo de energía para un país específico, ese comportamiento se replica en el mundo como un todo Como se observa, los combustibles fósiles han sido y son los energéticos dominantes en esta sociedad.

Se puede afirmar que la sustitución de una fuente dominante de energía primaria por una nueva ha sido determinada por las ventajas y oportunidades que las nuevas tecnologías ofrecen para su utilización y aplicación. La aplicación comercial de las nuevas fuentes y tecnologías depende de su competitividad frente a las existentes. En las circunstancias actuales de precios del petróleo, se ha dinamizado la búsqueda de nuevas alternativas que pueden cambiar la canasta energética en el largo plazo.

¿Qué se puede esperar entonces en relación con la canasta futura de energéticos? En primer lugar, esta va a estar determinada por las demandas derivadas de la industrialización, la motorización y la urbanización, principalmente en las economías emergentes. Igualmente por el desarrollo de nuevas fuentes como las renovables y de tecnologías para las etapas de extracción (de crudos y gases no convencionales), transformación (entre ellas la nuclear), transporte y utilización.

Adicionalmente a estos factores hay que tomar en consideración, como se mencionó, el precio del petróleo, el cual va a influenciar las posibilidades de participación de estas nuevas fuentes renovables y de la oferta de los combustibles fósiles no convencionales. Finalmente, las restricciones ambientales locales, regionales y globales y las preocupaciones por una mayor sostenibilidad del desarrollo van a influenciar la conformación de esta canasta. De esta manera, al binomio energía-tecnología se suma el binomio economía-medio ambiente.

Según los análisis realizados recientemente por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, en un escenario de referencia, el suministro de energía deberá incrementarse en por lo menos un 53% en el período 2008-2035: 18% en países que pertenecen la Organización Económica para la Cooperación y el Desarrollo (OECD) y 85% en los no OECD. El consumo de los países en desarrollo supera el de los países industrializados a partir del 2007 y se espera que sea un 50% superior en el 2035.

Aunque la oferta energética será más diversificada en el mediano plazo, los combustibles fósiles continuarán cubriendo una fracción apreciable del consumo energético. Dentro de estos combustibles habrá una alta participación de los líquidos y de los gases no convencionales, que crecen en forma importante en Estados Unidos, Canadá y Brasil. El consumo del carbón crecerá en los países no OECD de Asia; incremento que dependerá de las restricciones ambientales y del desarrollo de tecnología de utilización más limpia y de captura de carbono. Las figuras 3 y 4 permiten contrastar escenarios menos y más favorables en la penetración de los gases no convencionales en las canastas energéticas mundiales.

En relación con los energéticos secundarios, la misma fuente prevé un crecimiento significativo de la electricidad, aumentando en un 84% en el mismo periodo. Se espera igualmente un crecimiento importante de fuentes (renovables) y tecnologías limpias (nuclear), aunque su participación no será significativa en los próximos años, dada la inercia tecnológica del sector y las altas demandas esperadas. El cambio hacia sistemas energéticos más productivos y con menores impactos ambientales requerirá de continuadas inversiones en I&D, demostración y difusión.

En los últimos años se ha observado una tendencia sostenida de disminución de la intensidad energética, derivada de las presiones por una mayor competitividad económica y por una reducción de la contaminación ambiental. A pesar de lo anterior, se puede concluir que los pronósticos tradicionales no anuncian cambios significativos en la canasta energética con la que se atendería el crecimiento sostenido de la demanda en el mediano plazo, diferentes a una mayor participación de los combustibles fósiles no convencionales y de las energías renovables (principalmente hidroenergía y eólica). No obstante lo anterior, en un escenario de altos precios del petróleo y de mayor consenso sobre la necesidad de realizar acciones que mitiguen el cambio climático (y fortalezcan la capacidad de adaptación), se podría anticipar un escenario más optimista.

En este contexto, se podrían lograr canastas energéticas más eficientes, limpias, diversificadas y flexibles, con mayores esfuerzos por: 1) encontrar soluciones eficientes, basadas en la innovación tecnológica; 2) diseñar políticas e incentivos que favorezcan la penetración de nuevas tecnologías y lleven a una mayor eficiencia energética, y 3) desarrollar una mayor conciencia (preferencia) ambiental en los individuos a través de la educación para lograr cambios en los patrones de consumo.

Diversos autores, entre ellos Lacker y Sachs, señalan que una estrategia robusta para una energía sostenible puede iniciarse con mejoras en las tecnologías existentes pero requiere una transición hacia un sistema energético “descarbonizado”. Para lograrlo plantean que es necesario inversiones importantes en I&D, en tópicos como (i) carboquímica (proceso Fisher-Trospsh), (ii) captura y secuestro de carbono, (iii) extracción de carbón de la atmósfera y (iv) vehículos híbridos. Como esta transición debe darse en todo el mundo, subrayan la importancia del apoyo de los países industrializados.

En el campo de los combustibles fósiles, otros autores resumen los avances en la extracción y aprovechamiento de fuentes no convencionales de energía fósil como los hidratos de metano y la gasificación subterránea de carbón (UCG por sus siglas en inglés). El aprovechamiento de estos recursos puede contribuir con el objetivo de proveer energía con una huella de carbono reducida con respecto a las fuentes usadas actualmente.

Los hidratos de metano son un energético disponible en prácticamente todas las zonas costeras del mundo y a pesar de no ser totalmente una fuente carbono neutral, sí reduce las emisiones con respecto al carbón o al petróleo.

Por otro lado, la gasificación subterránea de carbón requiere yacimientos de carbón con unas condiciones específicas. Esta tecnología permite obtener un gas combustible a partir de carbón mineral proveniente de yacimientos a grandes profundidades, es decir, imposibles de aprovechar por la minería tradicional. De esta manera, con la gasificación subterránea del carbón se obtienen dos ganancias de manera simultánea. La primera es la obtención de energía de un recurso que de otra manera no se podría aprovechar. La segunda es la reducción del impacto ambiental del uso de esta energía con respecto a las convencionales. Al tratarse de un proceso subterráneo, las emisiones generadas por el uso del carbón no alcanzan la atmósfera quedando almacenadas en el subsuelo, con lo que se logra una huella de carbono baja por el aprovechamiento de esta energía.

El desarrollo de estas tecnologías puede verse acelerado por aumentos en la demanda de energía, escasez de los energéticos convencionales o aumento en las restricciones a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Estas dos tecnologías son un ejemplo de cómo los requerimientos de energía y las restricciones ambientales se pueden unir para desarrollar soluciones que atiendan de manera simultánea ambas necesidades.

En el campo de la producción de electricidad, la tecnología nuclear constituye una posibilidad de contar con las cantidades de energía requeridas para soportar los crecimientos económicos esperados con bajos niveles de emisión. Sin embargo, las dificultades por garantizar una operación confiable (recientemente recreadas) pueden desacelerar su penetración y frenar la investigación en sistemas avanzados. Algunos países y grupos sociales han manifestado su férrea oposición a esta alternativa energética y esperan lograr un desarrollo acelerado de las energías renovables, con mayores escalas de producción y mejor competitividad.

Por el momento y a pesar del gran impulso que han tenido estas fuentes, no sólo a nivel de I&D, sino de reglas para favorecer su participación en la generación eléctrica en diversos países, su contribución aún no ha sido significativa, pero seguramente lo serán en un futuro. Además, los esfuerzos de I&D y de experiencias en el mercado alrededor de estas tecnologías han favorecidos otros cambios importantes en la industria eléctrica.

Los sistemas eléctricos han tenido modificaciones en cuanto a la organización de la industria y a los esquemas de coordinación y regulación en los últimos años. Se han creado mercados mayoristas de energía eléctrica y se avanza hacia la consolidación de los mercados minoristas. Como resultado de la inclusión de diferentes agentes en esta industria con una mayor orientación de negocios se ha acelerado la participación de fuentes y tecnologías de pequeña escala, de sistemas de acumulación y de equipos de transporte eléctrico.

Concomitante con estos cambios, los avances en otras ramas del conocimiento e industriales, como son los esquemas y algoritmos de control, los sistemas de comunicaciones, de almacenamiento y manejo de información, y de fabricación de equipos denominados inteligentes, hacen posible una participación más activa de los consumidores en la gestión de su demanda y la instalación y operación de sistemas de generación cercana a los centros de consumo, con capacidad de interactuar con la red. Lo anterior se ha conocido como sistemas de redes inteligentes y generación distribuida.

Los sistemas de potencia se mueven hacia la implementación de esquemas más flexibles, debiendo garantizar una mayor accesibilidad y asegurar el cumplimiento de los estándares de confiabilidad y seguridad establecidos. Uno de los retos más importantes para las empresas de distribución es el de convertir las tradicionales redes de distribución eléctrica en “redes activas” que permitan garantizar la calidad de la energía. Estas redes deben predecir y gestionar el uso eficiente de la energía eléctrica, mejorar la confiabilidad y la seguridad, e incrementar la flexibilidad en la operación. Para lo anterior, en las “redes activas” se debe dar la incorporación de sensores, comunicaciones y sistemas de medición y gestión en tiempo real, facilitando la participación de los consumidores e integrando la oferta de generación distribuida al sistema eléctrico existente.

En cuanto a las políticas y los incentivos diseñados para lograr reducciones de GEI en forma costo-efectiva, se puede afirmar que no han logrado los resultados esperados. Los mecanismos de flexibilidad del Protocolo de Kyoto han resultado en altos costos de transacción y una baja implementación de las opciones identificadas y planteadas. A pesar de los relativos fracasos en Copenhague y en Cancún, se espera que haya un mayor compromiso al nivel de las políticas para lograr un mayor desarrollo tecnológico, mayores estándares de eficiencia y una producción más limpia.

Opciones como la de colocar un precio (impuesto) a las emisiones deben ser analizadas en forma cuidadosa. En opinión de muchos autores esta sería la mejor señal para estimular procesos de cambio técnico importantes. Otros autores también coinciden en la necesidad de complementar los mecanismos tipo precios, con políticas claras de innovación e investigación y con metas de participación de las diferentes fuentes y tecnologías en el caso de las canastas energéticas. La conveniencia de estas últimas medidas debe ser analizada para el contexto de cada mercado eléctrico en cada país.

Igualmente, se proponen los NAMAs (National Appropiate Mitigation Actions) como alternativas interesantes para la mitigación de gases de efecto invernadero y para mejorar las capacidades nacionales de adaptación. En la Conferencia de Partes 16, realizada en Cancún, los países en desarrollo acordaron adelantar acciones voluntarias para reducir las emisiones esperadas en el escenario de referencia en 2020 y mejorar las capacidades de adaptación. Los países desarrollados acordaron apoyar esta iniciativa mediante la creación de un fondo para soportar financieramente su realización.

Finalmente, con relación a las preferencias, está claro que la educación ha logrado una mayor sensibilización de la sociedad frente a la problemática ambiental. Las moratorias nucleares y las objeciones al desarrollo de proyectos minero energéticos así lo ilustran. Sin embargo, algunos autores observan que aún hay que hacer esfuerzos para entender los determinantes del consumo y acciones que eviten que la sociedad quede “encerrada” en patrones no sostenibles. Por ejemplo, se sabe que en la selección de los modos de transporte los factores de comportamiento tienen tanta importancia como los factores técnicos y económicos, y por lo tanto la implementación de medidas e incentivos que busquen generar cambios en el comportamiento de los usuarios deberían ser considerados como parte de las políticas.

Análisis realizados a partir de la composición de los gastos de los hogares en Inglaterra en el período 1968-2000, muestran que la energía requerida para satisfacer necesidades calificadas como básicas o materiales han permanecido prácticamente constantes. En contraste, se ha presentado un incremento importante en el consumo de energía para aquellas actividades relacionadas con la recreación y el desplazamiento, con el consecuente aumento de las emisiones. El mismo autor de estas mediciones planteaba que si bien la innovación tecnológica había permitido reducir la intensidad energética, había ofrecido nuevas alternativas de consumo. Como consecuencia, el consumo de energía per cápita y de emisiones continuará con una tendencia al aumento, si no se realizan esfuerzos por entender y modificar los patrones de consumo de la sociedad.

La posibilidad de sustentar una buena dinámica de crecimiento con trayectorias energéticas de menor impacto ambiental dependerá de la posibilidad de establecer y mantener las instituciones adecuadas y las reglas del juego para lograr la eficiencia económica, viabilizar esquemas para la atracción del capital necesario, y garantizar la distribución de los excedentes de esta actividad. Asimismo, dependerá también de la capacidad de construir y mantener una base científica y tecnológica que permita el desarrollo y adaptación de nuevas tecnologías y conocimiento a las necesidades y condiciones locales, y lo que sería aún más interesante e importante, saltar etapas tecnológicas hacia sistemas más modulares y flexibles.

Los países en desarrollo deben encontrar sus propias trayectorias de crecimiento y desarrollo sostenible. Los niveles de demanda de energía aún son muy bajos en algunos países, como resultado de economías pobremente industrializadas. Atender los requerimientos de la población, lograr un mejor desarrollo agrícola y un mayor desarrollo industrial requerirá de buenas dosis de energía. Otros países cuentan con recursos fósiles abundantes que mal (no tan mal) o bien aportan recursos para el funcionamiento de las economías. Investigaciones en tecnologías más eficientes y para la captura de emisiones deben ser desarrolladas, por ejemplo, a partir de recursos de regalías. Finalmente hay que mencionar que algunos países han hecho esfuerzos importantes para estimular la penetración de algunas fuentes o medidas de eficiencia energética y hoy cuentan con canastas energéticas relativamente limpias.

Aunque en términos generales se puede decir que la disponibilidad de recursos energéticos no parece haber sido una restricción al desarrollo, la desigual distribución geográfica de las reservas, las limitaciones en el acceso a formas comerciales de energía para segmentos de población y los impactos ambientales derivados de su utilización, podrían llevar a situaciones críticas de suministro y erosionar las posibilidades de desarrollo.

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