MICHAEL LIEBREICH EXPRESó DE CUáN LEJOS HA LLEGADO LA ENERGíA LIMPIA Y EL TRANSPORTE EN LOS úLTIMOS QUINCE AñOS.

"Para 2040, un tercio de la electricidad mundial se generará a partir de la energía eólica y solar; un tercio de los vehículos en la carretera serán eléctricos; y la economía mundial producirá un tercio más de PIB de cada unidad de energía".

Michael Liebreich colaborador principal de Bloomberg New Energy Finance continúa: El hecho de que estemos en camino para el Tercer Tercer Mundo es bastante extraordinario. Ciertamente superó mis expectativas cuando fundé New Energy Finance en 2004. Y probablemente sea imparable: los costos del viento, la energía solar y la batería seguirán cayendo más rápido de lo que esperan los principales pronosticadores de energía, y no hay nada que me haga pensar que el presidente Donald Trump tener éxito en sus intentos de revivir el carbón.

Esa es la buena noticia. La mala noticia es que, aunque estamos en camino de lograr el Tercer Tercer Mundo para 2040, no será suficiente para alcanzar los objetivos del Acuerdo de París. Actualmente, la electricidad satisface solo un poco más del 20% de las necesidades energéticas finales del mundo; e incluso si agrega la proporción de petróleo que ingresa a los automóviles de pasajeros y las camionetas y aún solo atiende alrededor de un tercio del consumo final de energía.

Como señalé al final de mi discurso inaugural de la Cumbre, no hay una nueva ortodoxia emergente sobre cómo descarbonizar el resto de la economía: la industria, los productos químicos, la aviación, el transporte marítimo y, en particular, el calor.

Cargas de calefacción

Cuando me senté a principios de marzo para escribir esta pieza, la "Bestia del Este" trajo una prolongada ráfaga de aire frío de Siberia al Reino Unido, cubriendo el país en nieve, con temperaturas muy por debajo del punto de congelación. Esto no ocurre muy a menudo, tal vez una o dos veces cada década, pero es un verdadero desafío para cualquiera que piense en el futuro de la energía. Cualquier solución para la descarbonización profunda de la economía del Reino Unido tiene que ser capaz de tomar la Bestia del Este en su zancada.

Incluso en un año normal, la carga de calefacción del invierno en el Reino Unido -que es prácticamente nula en los meses de verano- alcanza picos seis veces más altos que la carga eléctrica del país, y puede subir y bajar tres veces en pocos días. Si su plan de calefacción sin carbono depende de electrificarlo todo, debe tener en cuenta, no solo el costo masivo de intercambiar todas esas calderas domésticas y sistemas comerciales de HVAC con calentadores eléctricos y bombas de calor, sino también la inversión requerida para generar capacidad, infraestructura de red y almacenamiento de energía. En 2016, el Intercambio de Políticas estimó el costo en asombrosos 300 mil millones de libras ($ 420 mil millones a tasas de cambio actuales).

En climas soleados, la combinación de baterías solares PV plus debería ser capaz de cubrir una gran proporción de las necesidades de energía y calefacción (o más probable enfriamiento): la energía solar fotovoltaica solo necesita unos días de almacenamiento y los costos de la batería lo siguen. en una curva de experiencia muy empinada, incluso en ausencia de avances en la química de la batería. A pesar de disfrutar de gas de esquisto de muy bajo costo, los estados estadounidenses soleados ven que la energía solar y las baterías comienzan a competir con la energía basada en gas, por el momento después de los créditos fiscales de inversión, pero seguramente a su debido tiempo sin ningún subsidio.

Sin embargo, en cualquier lugar al norte de alrededor de 40 grados de latitud, mientras que la energía solar puede generar energía asequible en verano, su producción cae dramáticamente en invierno. Los paneles solares en mi techo en Londres producen una décimo tercera parte de la potencia en diciembre que producen en junio. Puede amar la energía solar doméstica tanto como lo desee, pero no puede sugerir que hará mucho para cumplir con la carga de calefacción de invierno del Reino Unido. Por supuesto, podría sugerir importar solar desde el sur de Europa o África a gran escala a través de conexiones HVDC, pero luego debe contabilizar el costo de los enlaces CC de alta tensión y explicar de forma adulta cómo enfrentar el riesgo de resiliencia. .

¿Y el viento? Su producción aumenta en invierno, en general, en línea con las cargas de calefacción, pero el viento puede sufrir períodos de calma de varias semanas y pueden ocurrir en tiempos de bajas temperaturas. Acoplando las baterías con el viento no es como unirlas con energía solar. Para todo el crecimiento en las instalaciones de baterías que BNEF está pronosticando, el volumen total de baterías conectadas a la red eléctrica para 2030 será suficiente para satisfacer las necesidades de energía del mundo por solo 7,5 minutos; agregue las baterías de cada automóvil eléctrico y camioneta, y podría cumplir con unas pocas horas de suministro eléctrico, no días, ni semanas, ni meses. Y eso es solo una comparación con las cargas eléctricas, y recuerde que las cargas de calefacción del Reino Unido pueden ser hasta seis veces más altas.

Combinar diferentes fuentes de electricidad renovable ayudará. Teóricamente es posible construir un sistema que combine la energía eólica y solar con cualquier fuente de energía renovable disponible, principalmente biomasa e hidroelectricidad, y almacenamiento de energía, para satisfacer las necesidades energéticas del Reino Unido, todo el tiempo, en todas las condiciones climáticas. Sin embargo, los costos comienzan a aumentar de manera alarmante a medida que se alcanzan penetraciones muy altas de energía renovable (sobre, por ejemplo, 60%).

Incluso en los EE. UU., Que disfruta de una diversidad de recursos renovables mucho mayor que la del Reino Unido, es difícil hacer que las matemáticas se sumen, como acaba de descubrir el profesor Mark Jacobson, campeón declarado del 100% de energías renovables. El mes pasado abandonó su demanda contra 21 académicos respetados que señalaron que su plan para los EE. UU. Se basaba en un aumento de 15 veces sin costo y tremendamente improbable en el uso de los recursos hidroeléctricos existentes para proporcionar energía de respaldo en vientos bajos / días de bajo sol.

¿Significa eso que no tenemos esperanza de descarbonizar nuestra calefacción, y por lo tanto, no hay esperanza de ir más allá del Tercer Mundo Tercero? De ningún modo. Hay muchas posibilidades, una vez que dejemos de poner todos nuestros huevos en la canasta de electricidad renovable.

Construyendo eficiencia

Antes que nada, todos debemos comenzar a tratar la eficiencia energética de nuestros edificios como realmente importa. Principalmente eso significa aislamiento, hermeticidad y buena arquitectura y diseño. No necesita agregar mucho costo al edificio; en muchos casos nada en absoluto. Hace diez años, nunca había oído hablar del estándar de construcción PassivHaus; en diez años, todos los edificios nuevos podrían cumplirlo fácilmente. De hecho, no hay ninguna razón para que las casas nuevas no produzcan más energía de la que consumen, recibiendo ingresos de servicios públicos en lugar de incurrir en costos de servicios públicos. Solo se trata de aplicar tecnologías y técnicas que sabemos que funcionan.

Las modificaciones son más difíciles. Lo importante es que cada vez que un edificio se someta a una profunda renovación, su rendimiento energético debe elevarse al más alto nivel. Es posible, lo he hecho. Siempre que esté haciendo trabajos de renovación profunda de todos modos, los costos adicionales no son prohibitivos. Incluso un reembolso de veinte años equivaldría al 5% después de impuestos libre de riesgo, una tasa de retorno muy atractiva para la mayoría de los propietarios en un mundo de tasas de interés constantemente bajas. Los proveedores hipotecarios convencionales deben dejar de coludirse en un sistema que trata el costo de una nueva cocina como una inversión, pero el costo de una modernización de bajo consumo es un gasto.

Una vez que todas las construcciones nuevas y las renovaciones profundas se realicen correctamente, reduciremos a la mitad nuestro desafío de calefacción durante veinte años, permitiendo que se satisfaga una mayor cantidad de carga de calefacción eléctricamente, principalmente con bombas de calor de fuente de aire y fuente de tierra. Si crees que no pueden trabajar a bajas temperaturas, solo mira a Noruega o Japón.

Luego hay otras nuevas tecnologías. Algunas de las empresas más intrigantes con las que me encuentro trabajan en baterías térmicas, que usan materiales de cambio de fase, sales, termodinámica inteligente o simplemente grandes trozos de hormigón o tanques de agua caliente. La Comunidad Solar de Desembarco de Drake cumple con más del 95% de sus necesidades de calefacción en invierno a partir de la energía solar recolectada durante el verano. Se encuentra a solo 45 minutos en coche de los estadios olímpicos de invierno de 1988 en Calgary. ¿Qué tan genial es eso, o más bien qué tan cálido?

Sin embargo, existen importantes beneficios de continuar alimentando una gran proporción del calentamiento mundial con combustibles sólidos, gaseosos o incluso líquidos. Estos son más fáciles de almacenar a granel para hacer frente a la estacionalidad y la capacidad de recuperación que la electricidad, que siempre tendrá que equilibrarse en pocos días en tiempo real, y también será necesaria para la industria. La pregunta es cómo hacer que sean carbono cero.

Una proporción significativa de la carga de calefacción en climas templados - en países como el Reino Unido, Europa del Norte, Nueva Inglaterra, Canadá, la antigua Unión Soviética y el norte de Asia - podría ser alcanzada por biogás o biomasa, de manera más eficiente usando calor y electricidad combinados , o CHP, cogeneración. Aunque es difícil agregar calefacción urbana en los vecindarios existentes, se puede hacer, mire a Suecia. Un 10% más de hogares suecos se han conectado a la calefacción urbana cada década desde la década de 1960, hasta el punto en que más de la mitad de todos los hogares están ahora conectados. Y aquí hay una idea: ya que tendrá que agregar más capacidad a las redes locales para cargar todos los EV, ¿qué tal combinar una nueva CHP basada en bio que entregue calefacción local, con almacenamiento masivo de batería, para proporcionar servicios de red y mejorar la resiliencia energética? -intensivas industrias,

Hidrógeno

Si no hay suficiente biogás, puede considerar ejecutar su CHP con gas natural (es decir, fósil), que aún sería hasta un 85% eficiente, pero no de cero carbono. Para lograr eso, necesitaría usar CCS (captura y almacenamiento de carbono), pero seamos claros, eso no sucede en ausencia de un precio de carbono. Micro-CHP es atractivo hasta que considera el costo de capital, e incluso con un precio de carbono es difícil ver cómo capturar las emisiones de fuentes distribuidas.

Y eso nos lleva al hidrógeno, que puede usarse en cualquier parte sin crear emisiones locales.

Mi escepticismo sobre los vehículos de hidrógeno es bien conocido. ¿Qué problema real resuelven? Si tiene electricidad y desea conducir en algún lugar, solo use un vehículo eléctrico de batería (BEV): será totalmente competitivo con los vehículos de combustión interna con un costo total de propiedad sin subsidio dentro de cinco a seis años en la mayoría mercados, según los pronósticos de BNEF (los clientes pueden ver más aquí ). ¿Por qué desperdiciaría la mitad de su electricidad electrolizando hidrógeno, comprimiéndolo y almacenándolo, solo para volver a convertirlo en electricidad en un automóvil?

Si le preocupa el tiempo que lleva reabastecerse de combustible, ese es un problema para el pequeño porcentaje de nosotros que manejamos grandes distancias; todos los demás cargarán sus VE durante la noche. La mayoría de la gente no querrá visitar una estación de hidrógeno cada pocos días solo para evitar una carga de 20 minutos en la rara ocasión cuando conducen largas distancias. Incluso los vehículos comerciales, a menos que manejen con regularidad largas distancias, digamos, más de 300 millas, serán eléctricos. Barcos, trenes transcontinentales, camiones de larga distancia y nichos como carretillas elevadoras son las únicas partes del sistema de transporte donde el hidrógeno tiene algún sentido.

De hecho, incluso si ya ha producido su hidrógeno por alguna otra razón, como el almacenamiento estacional, y desea conducir en algún lugar, tendrá más sentido generar energía centralmente y cargar un EV, en lugar de ponerlo en un hidrógeno. vehículo de combustible. Si lo hace, será mucho menor: capex por megavatio, mucho más eficiente, y puede extraer valor del calor residual. Y eso es antes de entrar en la falta de estaciones de llenado de hidrógeno en comparación con la ubicuidad de la red, la complejidad de los vehículos de células de combustible frente a la simplicidad de los EV, los costos de mantenimiento, la seguridad, etc.

Sin embargo, soy optimista sobre el hidrógeno. Es una de las formas más prometedoras de lidiar con el almacenamiento a más largo plazo, más allá de los minutos, horas o días que las baterías podrían cubrir, o las ubicaciones limitadas en las que podría funcionar el almacenamiento por bombeo. Se puede almacenar como hidrógeno, tal vez mezclado en el sistema de gas natural existente, o después de la conversión en amoníaco, gas natural (el llamado poder a gas o P2G), metanol o algún combustible líquido sintético de mayor valor. Puede ayudar a proporcionar los enormes pulsos de energía confiable que necesitan algunas industrias que consumen mucha energía como la cerámica. Tenemos que dejar de engañarnos sobre el hidrógeno como combustible para el transporte y explorar su uso generalizado en todo nuestro sistema energético, químico e industrial.

Que su hidrógeno esté limpio depende, por supuesto, de cómo se genera. En la actualidad, el método más económico es el reformado con vapor de metano (que aplica calor y un catalizador al metano para producir hidrógeno, y confunde sus iniciales con pequeños reactores modulares). Al igual que el gas natural CHP, sin embargo, a menos que capture el CO2 liberado durante la reforma y lo secuestra, el hidrógeno SMR no tiene cabida en un sistema profundamente descarbonizado. Cualquier sistema que utilice hidrógeno basado en SMR también podría usar gas natural, sería más eficiente y requeriría menos infraestructura nueva, y cualquiera que promueva el hidrógeno basado en SMR como una solución climática merece su propio círculo de infiernos.

La segunda forma principal de generar hidrógeno es a través de la electrólisis (hay otras formas, biológica o directamente de la energía solar, pero están en su infancia). Si bien está de moda postular la electrólisis como la forma perfecta de usar el excedente de energía eólica y solar, esto probablemente sea incorrecto. La electrólisis, más el equipo asociado para comprimir, almacenar y transportar hidrógeno, o convertirlo en materia prima de mayor valor, requerirá un uso intensivo de capital. Incluso cuando el costo del equipo disminuye, y hay desarrollos que prometen reducciones considerables, siempre tendrá más sentido hacerlo funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana, en lugar de hacerlo intermitentemente. Es lo mismo si quiere usar la energía renovable excedente para la desalinización, en la superficie, otra forma de utilizar el exceso de energía eólica y solar, las plantas desalinizadoras son intensivas en capital, por lo que debe ejecutarlas a toda máquina.

Lo más probable es que la forma más barata de producir hidrógeno utilizando energía renovable sea a partir de energía solar fotovoltaica, amortiguada mediante baterías para proporcionar energía 24/7, o centros eólicos marinos, como la isla artificial propuesta por los Países Bajos, que se beneficiará de muy alto factores de capacidad. La energía solar térmica también es prometedora porque puede usar calor residual para impulsar la electrólisis a alta temperatura, lo que reduce el requerimiento de energía eléctrica.

Si hay un precio de carbono, la electrólisis a alta temperatura proporciona una solución elegante. Puede quemar el gas natural con el oxígeno que se coproduce a partir de la electrólisis y utilizar la corriente de escape resultante de CO2 casi puro para generar energía directamente utilizando una turbina de ciclo Allam antes de ser secuestrada. El calor residual se usa para conducir la electrólisis a alta temperatura. De modo que tiene gas natural, hidrógeno, electricidad y agua, y CO2 secuestrado al menor costo posible.

La energía nuclear

Por supuesto, hay otra tecnología que podría contribuir masivamente a la descarbonización profunda: la energía nuclear.

En la actualidad, de toda la electricidad sin emisiones de carbono que se genera actualmente en el mundo, el 28% es nuclear. La producción eléctrica francesa tuvo una intensidad de carbono bruta estimada en 2017 de 65 gramos de dióxido de carbono equivalente por kilovatio-hora, en comparación con 488 de Alemania (excluida la biomasa). A pesar de su famosa Energiewende , Alemania está en camino de perder sus objetivos climáticos para 2020, en gran parte debido a su decisión de cerrar las centrales nucleares existentes. El Reino Unido, que no tomó tal decisión, está en camino. Si el mundo habla en serio sobre el cambio climático, deberíamos mantener abiertas las estaciones de energía nuclear existentes y seguras, sin cerrarlas prematuramente.

Si debemos construir nuevas centrales nucleares es mucho más cuestionable. El subsidio estimado de 30 mil millones de libras otorgado a Hinkley C, y las demoras extremas y el exceso de costos de Flamanville, Olkiluoto, Vogtle, VC Summer y otros proyectos nucleares de nueva construcción no son un buen augurio. Parafraseando a Oscar Wilde, si así es como la industria nuclear maneja sus proyectos, no merece tener ninguno. Incluso en China y la India, donde están construyendo plantas nucleares tan rápido como lo permiten sus cadenas de suministro, la producción de energía renovable está creciendo más rápido que la nuclear.

La generación actual de tecnología nuclear casi seguramente no tiene cabida en un futuro profundamente descarbonizado. Sin embargo, en 2015, el think tank Third Way descubrió que había casi 50 empresas en Estados Unidos y Canadá, respaldadas por más de $ 1.300 millones en capital privado, que desarrollaban planes para nuevas plantas nucleares. Casi todos trabajan en pequeños diseños de reactores modulares que son flexibles, modulares y a prueba de fallas; en otras palabras, incluso en los peores escenarios, con pérdida total de energía y personal, se apagan de forma segura en lugar de derretirse o explotar. Hay muchos otros diseños que compiten en todo el mundo.

Lo que queda por ver es si estos llamados diseños de IV generación pueden generar un poder competitivo en cuanto a los costos: la potencia de carbono cero despachable a 5 centavos de dólar por kWh encontrará un mercado; a 15 centavos por kWh no lo hará. Simplemente hay muchas otras maneras de satisfacer las necesidades de energía de manera más económica, y el objetivo del Tercer Tercer Mundo es que no va a esperar y ver si la apuesta nuclear de la próxima generación vale la pena. Habrá tanta flexibilidad en el sistema, en forma de almacenamiento (barato) y respuesta de la demanda (prácticamente gratuita), que no hay forma de detener "las energías renovables de bajo costo": grandes volúmenes de energía variable generados en 2- 4 centavos por kWh, o tal vez incluso más bajo, de penetrar en la mezcla de potencia. Los "ecologistas" cuyo principal plan para promover la energía nuclear parece consistir en atacar el viento y la energía solar, fracasarán.

Una de esas funciones podría ser en la producción de hidrógeno. La energía nuclear tiene dos grandes ventajas sobre la energía eólica y solar como fuente de energía para la electrólisis: primero, al igual que la electrólisis en sí misma, le gusta correr a toda velocidad, sin estar sujeto a la intermitencia; y segundo, produce calor residual, que puede usarse para conducir la electrólisis a alta temperatura. La capacidad de la energía nuclear para producir calor es su arma secreta, ya que busca su papel en el Tercer Tercer Mundo: ninguna otra fuente de electricidad con cero carbono puede igualarla a escala, no geotérmica, ni biomasa. De hecho, China ha estado estudiando el uso de pequeños reactores nucleares para la calefacción urbana. Los opositores a la energía nuclear siempre expresarán fuertes preocupaciones sobre la proliferación,

Momento crucial

El propósito de esta pieza no era proponer un plan para ir más allá del Tercer Tercer Mundo y abordar la descarbonización profunda. Cualquiera que diga que sabe qué tecnologías serán dominantes en treinta años o más se engaña a sí misma. Mi punto es acerca de la variedad y escala de oportunidades que enfrentamos ahora.

En los últimos quince años hemos sido testigos de varios puntos fundamentales en la ruta hacia la energía limpia y el transporte. En 2004, las energías renovables estaban preparadas para un crecimiento explosivo; en 2008, el sistema de energía del mundo comenzó a ser digital; en 2012, se hizo evidente que los vehículos eléctricos tomarían el transporte terrestre liviano. Hoy creo que es el turno de los sectores que hasta ahora se han resistido al cambio: transporte terrestre pesado, industria, productos químicos, calor, aviación y transporte, agricultura. Uno tras otro, o más probablemente como un sistema estrechamente acoplado, todos van a quedar limpios durante las próximas décadas.

Se está logrando un progreso sorprendente en procesos industriales súper eficientes, vehículos conectados y compartidos, electrificación del transporte aéreo, agricultura de precisión, ciencia de alimentos, combustibles sintéticos, bioquímica industrial, nuevos materiales como grafeno y aerogeles, cadena de bloques de energía e infraestructura, fabricación aditiva, cero materiales de construcción de carbono, pequeña fusión nuclear y muchas otras áreas.

Hoy en día, estas tecnologías pueden no ser competitivas en cuanto a costos, pero todas se benefician de las mismas temibles curvas de aprendizaje que hemos visto en el viento, la energía solar y las baterías. Además, de la misma manera que los sensores ubicuos, la computación en la nube y el borde de la red, los grandes datos y el aprendizaje automático han permitido la transformación de nuestro sistema eléctrico, desbloquearán cambios radicales en el resto de nuestros sectores de energía, transporte e industrial . Parafraseando a Marc Andreesen, el software se comerá lo ineficiente.

Al final, las tecnologías limpias superarán los enfoques basados ​​en combustibles fósiles. Ni siquiera necesitarán un precio de carbono, aunque uno claramente aceleraría su adopción y es alentador ver cierto ímpetu entre los republicanos de los Estados Unidos por Carbono y Dividendo. Todo lo que realmente necesitan es un conjunto de políticas gubernamentales coherentes internamente -a través de investigación y desarrollo, estándares, impuestos, política comercial y contratación pública- para reducir la fricción, eliminar los riesgos de coordinación y ayudar a los jugadores más ágiles a superar la singularidad: el punto cuando se vuelvan competitivos por sus propios costos y méritos. Lo que Marianna Mazzucato llama innovación "orientada a la misión", y el gobierno del Reino Unido llama una estrategia de crecimiento limpio.

Entonces, ya sea que trabaje por completo hacia el Tercer Tercer Mundo, o si está tratando de descubrir qué viene después, este es un momento de oportunidad sin precedentes. Fantásticas recompensas esperan a los países, empresas e inversores que hacen las apuestas correctas. Para aquellos de ustedes que asistan a la Cumbre del Futuro de la Energía de Bloomberg New Energy Finance , el 9 y 10 de abril en Nueva York, no me uniré a ustedes este año, pero están en buenas manos.

Como Buzz Lightyear casi dice: "¡Al tercer mundo y más allá!"

( Imagen:BLOGTHINKBIG)

Acerca de Bloomberg New Energy Finance

Bloomberg New Energy Finance (BNEF) es una firma de investigación de la industria enfocada en ayudar a los profesionales de la energía a generar oportunidades. Con un equipo de expertos repartidos en seis continentes, BNEF proporciona análisis e información independientes, lo que permite a los responsables de la toma de decisiones navegar el cambio en una economía energética en evolución.





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