La necesaria y urgente transición a las energías renovables

Las actividades humanas han alterado de manera significativa muchas dinámicas en el planeta como los ciclos biogeoquímicos y la pérdida de biodiversidad. Ante esta crisis, es necesario que se tomen acciones “urgentes y radicales” a nivel mundial para disminuir los impactos causados por la sociedad en la naturaleza.

Los puntos de inflexión climáticos son umbrales críticos que al ser sobrepasados, incluso por una mínima perturbación, generarían una alteración catastrófica tanto para los humanos como para la naturaleza. Algunas investigaciones recientes indican que en las próximas décadas estos puntos de inflexión podrían ser sobrepasados.

Diversos análisis sobre la situación de los límites planetarios concluyen que actualmente no existe un solo país que satisfaga las necesidades básicas de su población de manera sostenible (dato crucial 1). También se determinó que las diferencias de riqueza y consumo son entre países y dentro de la población de un mismo país, por lo que llegar a la sostenibilidad implica acciones tanto técnicas, políticas y claro, que involucren el tema de la naturaleza.

La cuantía de la transición hacia las energías renovables depende de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático (dato crucial 2), mismas que varían de acuerdo a la disponibilidad de recursos locales o del perfil metabólico de cada país (si su economía es más agrícola o más industrial).

Los combustibles fósiles tienen características físico-químicas como la alta densidad energética, la capacidad de almacenamiento y la invariabilidad respecto de las condiciones ambientales que permiten que cubran la demanda energética de la población humana, pero tienen un impacto sumamente significativo para el ambiente.

Por otro lado, las energías renovables tienen un nivel menor de densidad energética (dato crucial 3), lo que significa que para generar la misma cantidad de energía con fuentes renovables se necesita una mayor superficie que para generarla a través de combustibles fósiles. Además, la energía solar y eólica se ven limitadas hasta cierto punto por la variabilidad e intermitencia propia de la naturaleza.

Las plantas de generación de energías renovables suelen tener materiales provenientes de recursos no renovables. Además, llegan a incorporar una mayor diversidad y cantidad de materiales que la energía proveniente de combustibles fósiles. Muchos de los materiales utilizados pueden ser reciclados, sobre todo los minerales. Sin embargo, la propia cultura y la falta de incentivos hace que la cantidad de materiales que se recicle sea muy baja.

Además, materiales como el cemento y el hormigón no pueden ser reutilizados y actualmente no hay sustitutos sostenibles de estos. De esta manera, la transición energética requiere de la ayuda de la energía proveniente de combustibles fósiles para su utilización en la extracción y procesado de materiales en la generación de energía renovable. Sin embargo, cada vez existen nuevas propuestas para la fabricación de materiales como el acero, plásticos, cemento y hormigón a partir de hidrógeno y bioplásticos.

Para determinar el impacto neto en relación a la demanda de materiales de la transición energética se debe restar la minería que está asociada a combustibles fósiles y que en un futuro van a dejar de extraerse. Además, la tasa real de aprovechamiento de los minerales suele ser menor de 20% y en el caso de elementos como cobre, níquel y oro, su aprovechamiento real varía entre 1 y 5%. Debido al poco porcentaje del mineral que tiene valor, es necesario que la extracción pase por diversos procesos metalúrgicos para obtener la mayor pureza posible, necesaria para los procesos industriales.

Comparar los impactos ambientales de un pozo de petróleo crudo, la minería a cielo abierto de carbón y la minería metálica es muy compleja por la falta de proporcionalidad entre los impactos ecológicos y sociales respecto a la remoción de los materiales.

La demanda de minerales para la transición energética lleva a diversas interrogantes sobre la demanda minera respecto a la economía total, la disponibilidad futura de los minerales, las implicaciones socio-ambientales, beneficios y afectaciones a las poblaciones locales, y la continuación de la desigualdad y dominación Norte-Sur.

En Unión Europea, la obtención de materiales es una prioridad en sus políticas, porque existen sectores que dependen de algunos materiales específicos que requieren una mayor atención (dato crucial 4).

Se llevó a cabo un análisis a partir de un modelo de simulación energía-economía-medio ambiente a nivel mundial para estudiar las relaciones que existen entre la demanda de bienes y servicios, energía, minerales, emisión de gases y el cambio climático y sus consecuencias con la aplicación de diferentes políticas. Además, se analiza la tendencia de la demanda mundial de algunos minerales fundamentales en la transición energética ante dos tipos de estrategias de transición: el crecimiento verde y el decrecimiento.

De igual forma, se hace una estimación de las demandas primarias y secundarias bajo el supuesto de que las tasas de reciclado actuales mejoran. En tal sentido, este trabajo se centra en evaluar los requerimientos materiales para diferentes escenarios, de acuerdo con los niveles de reservas y recursos.

Estimando la demanda de minerales asociada a la transición energética

Para estimar de manera cuantitativa la posible demanda de algunos materiales en la transición energética se utilizó el modelo MEDEAS-World (dato crucial 5). Estos modelos facilitan la evaluación de políticas enfocadas en la viabilidad de otros modelos de transición energética en las siguientes décadas. Además, estos modelos integran aspectos relevantes de la interacción entre la humanidad y la naturaleza. De igual forma, se busca que estos modelos ayuden a los ciudadanos a entender de manera más digerible los problemas de sostenibilidad a nivel mundial y así concientizarlos sobre los impactos y posibles soluciones de la problemática.

El crecimiento económico per cápita y el nivel de población determinan la demanda tanto de bienes como de servicios y, por lo tanto, se demandan más materiales y minerales. Además, aumentar la capacidad de energía renovable instalada, también implica un aumento en la demanda primaria de minerales.

A su vez, se hizo un análisis sobre los minerales asociados a algunas tecnologías que tienen un gran potencial tecno-sostenible. La energía solar de concentración, la energía eólica terrestre y la energía eólica marina son tecnologías dominantes y se considera que seguirán con esta tendencia. La energía solar fotovoltaica y las baterías de vehículos eléctricos están en un nivel más bajo, ya que existen otras subtecnologías en el mercado con un potencial importante.

Para facilitar el análisis, se asumen que todos los metales tienen 40 años de residencia media. Posterior a este tiempo, la chatarra se recicla de acuerdo a las tasas de reciclado correspondientes al final de la vida de los productos (EOL, "end-of-life"). Por ejemplo, si la tasa de reciclado EOL de un mineral es de 25%, por cada 100 kilogramos de residuo de dicho mineral, 75% va a un vertedero y 25% se recicla.

Por recursos se puede entender la cantidad de minerales que existen en la tierra pero que aún no pueden ser extraídos, ya sea por limitaciones tecnológicas o económicas, pero que se espera poder extraerlos en el futuro. Mientras que las reservas se entienden como aquella porción de recursos que pueden ser recuperados con ayuda de la tecnología y bajo el contexto económico actual.

Aún es incierta la disponibilidad futura de los minerales e incluso la estimación de las reservas y de recursos minerales son más problemáticas que las relacionadas a los combustibles fósiles. Aunque existen algunas investigaciones muy amplias sobre minerales de alto interés, como el cobre, aún falta mucha investigación sobre diversos minerales.

Ante la falta de información sobre los minerales, en este trabajo se realizan algunas simplificaciones en el modelado que provoca subestimar los impactos potenciales de la problemática de los minerales. La primera simplificación consiste en que el modelo no considera posibles limitaciones de flujos, es decir, se limita a considerar las reservas minerales y los recursos estáticos. La segunda consiste en que la eventual escasez de minerales no es una limitante en el desarrollo económico. Y la tercera es que no considera ninguna limitante en la extracción de materiales, es decir, se asume que va a ser posible extraer todos los recursos identificados hasta ahora.

Para la utilización del modelo MEDEAS se definió un horizonte temporal situado en 2050 y se realizaron algunos parámetros de escenarios. Estos parámetros son: socioeconómicos, tales como el incremento futuro de la población o del PIB; energéticos, como el incremento de tecnologías renovables; la restricción de disponibilidad de recursos fósiles en el futuro y de materiales, tomando como referencia las tasas de reciclado.