Energía y ambiente: un punteo para el debate

Por Ignacio L. Bastías

Introducción

De la renacionalización de YPF y la promesa de Vaca Muerta, al hidrógeno verde y “la inversión extranjera directa más importante del siglo”, pasando por las exploración offshore de petróleo en el Mar Argentino, la tensión entre energía y ambiente parece haber encontrado un lugar en nuestro debate público. Como en otras cosas, Argentina no es ninguna excepción: la clasificación europea de la energía nuclear como “verde” y el gas como fuente energética “de transición”, la suba de precio del uranio por el conflicto en Kazajistán (proveedor de aproximadamente el 40% del uranio utilizado en el mundo) y la promesa china, previo a la Conferencia de Glasgow, de no construir más centrales térmicas a carbón en el exterior, dan la pauta de que la energía es también una preocupación global.

Esta nota presenta un conjunto de puntos de comparación entre distintas formas de producción de energía eléctrica (hidrocarburos y carbón, nuclear, solar, eólica e hidráulica). Si bien se presentan los más frecuentemente mencionados como relevantes, es claro que existen factores relevantes a considerar. Además, se advierte a los lectores que, si bien presentamos la información más reciente posible, es posible que los impactos presentados disminuyan o aumenten en un futuro, o cambien su importancia relativa. Finalmente, para facilitar el abordaje de la temática, la nota se centra en la producción de energía eléctrica y deja de lado otros consumos energéticos (naftas para transporte o carbón para calefacción directa).

Antes de iniciar con la comparación, es interesante detenerse en dos datos sobre la producción de energía eléctrica. El primero se vincula con el mix energético global. Esto refiere a cuáles son las principales formas de producción de energía eléctrica a nivel global: como se observa en el gráfico inferior, aún con la disminución de los últimos años, el carbón sigue siendo el principal combustible para la producción de energía eléctrica; con tendencias disímiles, la energía producida a gas, hidroeléctrica y nuclear se hallan en un segundo escalón; finalmente, con una importancia menor encontramos al declinante petróleo y a las energías renovables en ascenso.

En segundo lugar, es importante tener en cuenta que la producción, transporte y consumo de la energía eléctrica sucede, en la mayoría de los casos, de forma casi instantánea, ya que la capacidad de almacenamiento de energía eléctrica es costosa en todo el mundo y, por ende, muy reducida. Eso impone el desafío constante de gestionar la producción eléctrica para hacer coincidir, en la medida de lo posible, la producción con el consumo de energía eléctrica. En este link se puede observar, para el mercado eléctrico argentino, la oferta y la demanda de energía eléctrica en tiempo real.

Costo

Un primer punto de comparación para distintas formas de energía es su costo. Sobra decir que cualquier transición energética que pretenda ser justa (pero también ágil y efectiva) debería evitar aumentar significativamente los costos de la energía eléctrica. Una medida estándar posible del costo de energía es el levelized cost of energy (LCOE). Esta media expresa, para un momento determinado, el costo promedio de la producción de energía eléctrica durante toda la vida útil de una planta productora de energía, que podrían ser 25 años en una central térmica o 50 en una central nuclear, por ejemplo. El mismo suele expresarse como dólar sobre Megawatt por hora o $/MWh. Esta medida considera el costo de construir, operar y adquirir el combustible necesario para la planta productora.

A continuación, presentamos un gráfico que muestra la evolución, a nivel global, del LCOE, de distintas formas de producción energética. Es posible observar que, en los últimos 10 años, algunas formas de producción (solar, gas y eólica onshore) disminuyeron su precio por MWh mientras el carbón se mantuvo estable y la nuclear incluso aumentó su precio. Esto puede ser explicado, entre otros factores, por el efecto de economía de escala sobre las distintas fuentes de generación: la construcción en grandes cantidades y seriada de paneles solares y molinos eólicos permitió un aprendizaje y una mejora tecnológica acumulada sobre estas formas de producción energía; por otro lado, la construcción de grandes centrales nucleares difícilmente es un proceso seriado y en los últimos años no existió un aumento significativo en su construcción.

Si bien permite una primera aproximación al costo de la energía, el LCOE se basa en ciertas premisas. En primer lugar, proyecta distintos costos (incluyendo los combustibles, por ejemplo) a lo largo de un período extenso de tiempo; sobra decir que no siempre esas proyecciones terminan siendo ciertas. En segundo lugar, los costos varían de país en país e incluso entre distintas regiones del mismo país, por la abundancia de combustibles, tecnologías, entramados productivos, impuestos, etc. En tercer lugar, los costos de la producción de la energía eléctrica en la central pueden diferir significativamente de los costos de la energía para los consumidores finales, ya que intervienen los costes de transporte, operación del sistema y regulaciones. Este tercer ítem será particularmente sensible para algunas formas de producción de energía renovables, como se desarrollará más adelante.

Gases de Efecto Invernadero (GEI)

Por otro lado, una de las prioridades en la lucha contra el cambio climático se vincula con la disminución de los gases de efecto invernadero o GEI (como el dióxido de carbono o el metano, entre otros). Según estimaciones del Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), la producción de energía eléctrica y térmica es el principal aportante individual de GEI. Este es uno de los motivos por los cuales es clave su descarbonización: los esfuerzos en este segmento tienen el potencial de ser los de mayor impacto global.

A su vez, como podemos observar a continuación, no todas las formas de producción de energía eléctrica son igualmente contaminantes. El gráfico muestra las emisiones de dióxido de carbono (CO²) equivalentes por unidad de electricidad producida (gigawatt por hora), durante toda la vida útil de una planta productora de energía.

Si bien todos los combustibles fósiles son significativamente más contaminantes que cualquier otra fuente, es destacable que el gas posee un impacto menor, en términos de GEI, que el carbón o el petróleo. Al requerir una infraestructura parecida, el gas natural puede ser pensado como un paso transitorio para disminuir de forma rápida y económica la contaminación en la producción energética. 

Por otro lado, cabe destacar que aún las energías renovables (hidroeléctrica, solar o eólica) producen GEI en niveles parecidos a la nuclear. Esto se debe a que, cuando pensamos en formas de producción de energía, no sólo es importante detenerse en sus fuentes (fósil, nuclear o renovables) sino también en las emisiones asociadas a la extracción de materias primas, construcción y mantenimiento de la infraestructura que permite su funcionamiento. De allí provienen las emisiones relacionadas, de forma indirecta, con la producción de energía renovable.

Demanda de materiales críticos

Como fue mencionado, todas las formas de producción de energía eléctrica implican una demanda de materiales para su funcionamiento. Pero algunos de estos materiales representan un problema no sólo por las emisiones asociadas, si no por su abundancia relativa y distribución asimétrica en el mundo. En el siguiente gráfico se muestra el uso en toneladas de algunos minerales considerados críticos por la International Energy Agency (cobre, níquel, manganeso, cobalto, cromo, molibdeno, zinc, tierras raras, silicio y otros) por unidad de energía (megawatt por hora) para distintas formas de producción de energía.

Sin embargo, el gráfico anterior presenta el uso de esos minerales en función de la capacidad teórica máxima (capacidad instalada) de las distintas formas de producción de energía eléctrica. En la realidad, todas las plantas generadoras producen por debajo del 100% de su capacidad teórica por múltiples motivos. Particularmente, la energía solar y eólica tienen valores relativamente bajos (25% y 35% respectivamente) ya que son de producción intermitente (es decir, son capaces de producir energía de forma variable a lo largo del tiempo, con independencia de la voluntad humana). A continuación se presenta otro gráfico donde las proporciones de los minerales al interior de cada forma de producción de energía se mantienen constantes, pero donde cada forma de producción de energía es dividida por el promedio de producción de electricidad a nivel global.

Así, es posible ver que la producción de energía eólica y solar demandan, por unidad de energía real entregada, mucho más material de minerales y metales relativamente escasos a nivel global que otras formas de producción de energía eléctrica.

Intermitencia

La intermitencia de las energías renovables tiene otro efecto indeseable: dificulta la operación de la red eléctrica misma. Como mencionamos al inicio, la producción y el consumo de la electricidad son procesos casi instantáneos generalmente. Por ende, la dependencia de factores climáticos obliga a gestionar no sólo una demanda sino también una oferta variables. Adicionalmente, si bien existen distintas alternativas, la forma de producción de energía eléctrica más frecuente y flexible (es decir, que permiten complementar rápida y económicamente la falta súbita de electricidad de fuentes renovables) suelen ser las plantas generadoras a gas.

Un caso paradigmático de la intermitencia de las energías renovables es el caso alemán, con más de un tercio de su energía producida por fuentes renovables (centralmente, eólica y solar). En este link puede observarse la producción de energía eléctrica por forma de producción, con distintos intervalos temporales. En el mismo, entre otros datos, puede observarse cómo varía el factor de emisión de CO² respecto a la inyección de electricidad renovable o de fuentes fósiles.

La importancia de las innovaciones tecnológicas en el almacenamiento de la energía eléctrica radica en el impacto que tendría en compensar la intermitencia de la energía de fuentes renovables.

Uso de suelos

En la superficie terrestre, el espacio es un recurso finito que, además, ya se encuentra distribuído: no existen “espacios vacíos”. Ocuparlo con una planta productora de energía implica desplazar otras ocupaciones ya existentes (suelo urbano o suburbano, zonas de producción agropecuaria, áreas de protección a la biodiversidad, cursos y cuerpos de agua, etc.) ya que muchas veces se trata de actividades incompatibles. La energía, como cualquier otra actividad humana, implica necesariamente estos reemplazos de un uso de suelo a otro, con diferentes impactos socioambientales. En el gráfico siguiente se muestra la relación de ocupación de superficie de distintas formas de producción de energía.

Distribución asimétrica de recursos

Cabe destacar, de todas formas, que no cualquier forma de energía es producible en cualquier suelo. Todas las plantas generadoras de electricidad reducen los costos de transporte si se encuentran cerca de los centros urbanos donde la misma es consumida. Dicho esto, no toda tierra urbana o suburbana es óptima para producir cualquier forma de electricidad. Es necesario considerar la distribución asimétrica de los recursos necesarios para construir y operar una planta generadora. En términos de insumos, el transporte asequible de combustibles fósiles (carbón, gas y petróleo), la existencia de potencial renovable (cursos de agua, radiación solar y potencial eólico) y el acceso a cuerpos de agua para enfriamiento (energía nuclear) afectan significativamente las posibilidades de desarrollar una u otra forma de producción de energía eléctrica. 

Pero los entramados productivos de proveedores, el capital humano capaz de operar las distintas plantas, el acceso a la tecnología adecuada y eficiente (por desarrollo propio y/o por licenciamiento), las preferencias sociales por ciertos tipos de formas de producción y/o la capacidad de financiamiento de los proyectos (con disímiles costos iniciales, dependiendo de la forma de producción de energía y amortizables únicamente en el largo plazo) son también factores determinantes para el desarrollo de ciertas formas de producción en detrimento de otras.

Salud humana

Los famosos accidentes nucleares (Chernóbil y Fukushima-Daiichi) contribuyeron a crear la idea de que la energía nuclear es una forma de producción de energía intrínsecamente peligrosa. Estos accidentes causaron la muerte (en cuestión de días o años) de 4000 y 573 personas respectivamente. Pero, en términos históricos, la energía nuclear parece ser aproximadamente tan segura para la salud humana como algunas energías renovables. Esto se debe a que la contaminación del aire proveniente de los combustibles fósiles es una causa de mortalidad mucho más grave (aunque sutil) que otras, como los accidentes en la extracción de recursos, construcción y operación de plantas energéticas (nucleares, renovables u otras). Esto no quiere decir que la radiación nuclear no sea potencialmente peligrosa; pero, la energía nuclear se volvió más segura con el paso del tiempo, mientras las energías fósiles, aún con aumentos de eficiencia, siguieron causando miles de muertes a nivel global.

Caso argentino

Observando solamente los anteriores puntos de comparación entre las distintas formas de producción, es posible observar que no hay una respuesta obvia y simple de cómo deberían ser las transiciones energéticas de cada país. Es posible que todas estas formas de producción de energía continúen coexistiendo durante un tiempo significativo. Esto se debe a que existen países, regiones y sociedades donde ciertas formas de producción pueden seguir siendo consideradas óptimas, ya que los costos (financieros, ambientales, sociales, etc.) podrían llegar a ser mayores a los posibles beneficios.

Resta preguntarse si la Argentina se encuentra entre esos países. La secretaría de energía de la Nación aprobó recientemente un documento denominado “Lineamientos para un Plan de Transición Energética al 2030”. En el mismo, se pueden dar cuenta de algunos de los ejes planteados anteriormente, para todo el espectro de la energía y no sólo para la energía eléctrica.

En el nivel de los costos, el documento hace énfasis en dos ejes que deben guiar la transición energética argentina: los costos a nivel de los hogares y los costos a nivel nacional. En el primer punto se destaca la inequidad energética ya existente y la necesidad de compatibilizar la producción energética asequible con los compromisos ambientales. Por otro lado, el segundo ítem, destaca la importancia que tiene, para la Argentina, la autosuficiencia energética en el contexto de la deuda externa y las cíclicas crisis por restricción externa (pp. 25).

En términos de GEIs, la Argentina es, en comparación con otros países, un aportante menor (en total, per cápita y/o por MWh) de los mismos, centralmente por el rol marginal que tiene la producción de energía eléctrica en base al carbón y la importancia del gas en la matriz energética (pp. 8-12). De todas formas, los escenarios planteados por el documento para el 2030 (REN 20 y REN 30) proyectan un aumento del 4,2% y 0,4% de aumento de emisions de GEIs respecto a los niveles de 2016, aún con crecimiento poblacional, del PBI, de la demanda de energía eléctrica y del parque móvil automotor nacional (pp. 39-40 y 55-56).

El informe aborda la cuestión de minerales críticos en función de la abundancia relativa del litio en Argentina, lo que podría hacerla un jugador relevante en la producción de baterías para almacenamiento energético (p. 34). No existen menciones a otros minerales críticos.

La intermitencia de las energías renovables no convencionales (solar y eólica), según el informe, implica no sólo la necesidad de contar con combustibles fósiles como complemento si no que también implica dificultades en el manejo del sistema eléctrico en su conjunto (pp. 16 y 66-67).

En términos de distribución asimétrica de recursos, se detallan los recursos (naturales y sociales, privados y estatales) que existen en las distintas formas de producción de energía, los cuales no son escasos (pp. 25-33). Además, la explotación de esos recursos podría ser un camino para cumplir con nuestros compromisos ambientales, aumentar el empleo y la producción, ahorrar divisas y, llegado cierto punto de madurez, incluso producirlas (p. 22-25). En este sentido, el financiamiento para las inversiones necesarias en producir y transportar la electricidad y mantener la red eléctrica parece ser uno de los recursos más escasos (pp. 57-65).

Pero el informe también plantea otros ejes importantes en la cuestión, como la eficiencia energética, el desarrollo del hidrógeno como vector energético o la gasificación del transporte.

En síntesis, Argentina no parte de un mal punto de partida: bajas emisiones, capacidades públicas y privadas para el diseño, construcción, operación, fiscalización y control en distintos segmentos energéticos, abundantes recursos naturales en distintas formas de producción de energía eléctrica y un interés político en proyectar una transición energética posible. Con voluntad política, acuerdos amplios y algo de suerte, tal vez la transición energética argentina pueda no sólo ser una necesidad global sino también una oportunidad de desarrollo nacional.

Más links vinculados

Para quienes les interese indagar más sobre el LCOE y sus formas de calcularse, acá un reporte muy completo.

Para ver las emisiones de GEIs por país y por tipo de combustible, acá una interfaz bastante amigable.

Sobre la transición energética alemana (que incluye el cierre de centrales nucleares, altos subsidios a la energía renovable y desafíos técnicos en la distribución de energía eléctrica), denominada energiewende, existen distintos balances y proyecciones. Acá una visión muy positiva de la misma y acá, otra bastante crítica.

Sobre la intermitencia de las energías renovables, la primera mitad de este informe aborda de forma muy completa el tema, haciendo énfasis en un elemento clave: la demanda de energía eléctrica ya es variable en el tiempo; las energías renovables sólo crean la variabilidad en el extremo de la oferta. Por ende, no es tanto que se cree un problema nuevo en la gestión de la energía eléctrica si no que se acentúa; y algunas soluciones ya existentes, con un poco de trabajo adicional, podrían resolver el problema.

En la última COP26, el Director General de la Organización Internacional de Energía Atómica (OIEA), el diplomático argentino Rafael Grossi, protagonizó un momento notable cuando aseguró que en el accidente de Fukushima de 2011 nadie murió de radiación (minuto 28:00), mientras el auditorio, compuesto de forma significativa por militantes ambientales, se mostró incrédulo ante semejante afirmación. Oficialmente, el gobierno japonés reconoció, a causa de la radiación únicamente la muerte de un (1) trabajador de 50 años, resultado de un cáncer de pulmón, 7 años después del accidente. Las 572 personas restantes murieron durante la evacuación de la planta, pero no a causa de la radiación. Y as restantes casi 16.000 muertes se atribuyen al terremoto, el posterior tsunami y/o la evacuación a causa de los anteriores.

Por su diseño de seguridad, pero también por la posibilidad de crear reactores en serie (y beneficiarse de la economía de escala que se mencionó antes), el prototipo de reactor modular argentino CAREM-25 es un proyecto particularmente prometedor. Acá un video breve que explica su funcionamiento y diseño. En una charla donde presentan el proyecto completo, explican cómo funciona este modelo de reactor específico (PWR) y, más tarde, los sistemas pasivos y activos de seguridad. Un poco más sobre el proyecto puede encontrarse acá.

Para algunas cosas más de ambiente, pueden suscribirse al newsletter de Elisabeth Möhle. Para más cosas sobre energía, aunque no coincido siempre, el sitio Econojournal y, en particular, Nicolás Deza, publican cosas interesantes.

El autor agradece los comentarios y colaboración de Rocío Sitnisky, Magdalena Aragón y Yamila Alé en la elaboración de esta nota.