Según la Agencia Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en inglés), la demanda de energía primaria mundial crecerá 30% hasta el 2040, manteniéndose un peso importante de los combustibles fósiles sobre el consumo total; de tal forma que el carbón, el gas natural y el petróleo representarán el 80% de la energía consumida para ese año. Sin embargo, el principal problema asociado al consumo de los combustibles fósiles, además de las grandes producciones de CO2 y su consecuente impacto ambiental, es el agotamiento a mediano plazo de las reservas actuales.
Revolución energética
El crecimiento poblacional, el desarrollo económico y el progreso tecnológico, son los principales factores que han regido la forma de consumo de energía en la humanidad; se espera que este crecimiento excesivo lleve a la pronta llegada de la tercera revolución energética.
La primera se dio en el marco de la Revolución Industrial, donde la madera, como principal insumo energético de los siglos XVIII al XIX, fue sustituida por el carbón. Más tarde, en las primeras décadas del XX, tomó lugar la segunda revolución, cuando el carbón se sustituyó por el petróleo.
Actualmente se contempla que la tercera suceda en un periodo calculado de dos o tres décadas, estimándose que, para el periodo 2040-2050, el petróleo será desplazado por completo por las energías alternativas. Hoy, es posible observar esta tendencia incentivada por:
El agotamiento del petróleo de fácil extracción ha ocasionado que el retorno de inversión en energía (RIE) vaya en una tendencia decreciente. En 1920, el RIE del petróleo era de 100 a uno; es decir, se requería la energía equivalente a un barril de crudo para entregar cien.
Actualmente, el RIE más alto es de 17 a uno, que es el correspondiente a la extracción convencional en campos terrestres y aguas someras; mientras que la extracción en lutitas, obtenido por fracking es de cinco a uno.
La reducción del uso de combustibles fósiles es el transporte. En 2017, el Foro Económico Mundial (WEF, por sus siglas en inglés), estimó que los automóviles representan el 40% del consumo mundial de petróleo.
Sin embargo, actualmente se vive la proliferación de autos eléctricos y vehículos híbridos, la rápida innovación en las baterías de almacenamiento de energía, el uso de automotores que utilizan mezclas de petrolíferos con biocombustibles y el uso del hidrógeno como una alternativa viable para el transporte sin emisiones contaminantes.
Programas y estímulos de las viviendas o edificios verdes.
La presión por parte de asociaciones internacionales para reducir las emisiones que provienen del uso de los combustibles fósiles. Distintas organizaciones de todo el mundo se han pronunciado en las últimas dos décadas para hacer un llamamiento reiterativo. Es tal la presión que grandes petroleras a nivel mundial, como la noruega Statoil, han decidido emprender un gradual viaje hacia las energías de origen no fósil.
Según The Economist Intelligence Unit, las fuentes que no emiten carbono representaron un 20% de la matriz energética total a nivel global en 2017. La Ley General de Cambio Climático, estableció como objetivo generar el 35% de las necesidades energéticas de una nación a partir de fuentes que no emiten carbono para el 2024.
El Acuerdo de París, alcanzado en la XXI Conferencia de las Partes (COP21) de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, incluye el compromiso de alcanzar la neutralidad de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) entre 2050 y 2100.
México tiene un sector eléctrico de alto rendimiento al que el 98.7% de la población tiene acceso.
Soluciones al modelo energético actual
Es claro observar cómo todos estos puntos ponen de manifiesto la insostenibilidad económica, ambiental y social del modelo energético vigente. Las soluciones se basan en reducir la dependencia de la economía de los combustibles fósiles y las emisiones de CO2. Para ello, existen fundamentalmente dos grandes bloques de medidas:
Soluciones de demanda: Consisten en acciones encaminadas a mejorar la eficiencia energética, fundamentalmente en los usos finales. Por ejemplo, reduciendo el consumo energético en iluminación, calefacción y refrigeración, desplazamientos, etc.
Soluciones de oferta: Sugieren el aumento en la implantación de tecnologías encaminadas a fomentar energías alternativas, más la captura y almacenamiento de CO2.
Existe, entonces, la necesidad de incrementar el desarrollo de fuentes de energías alternativas que reemplacen a los combustibles fósiles. Así, la segunda mitad del siglo XX ve el resurgimiento por una parte, y el nacimiento por otra, de un conjunto de fuentes energéticas armónicas ambientalmente, renovables, inagotables y/o sustentables. Entre éstas se incluyen la radiación solar directa e indirecta –hidráulica, eólica, olas, biomasa, térmica de los océanos–, la geotérmica, las mareas y la nuclear.
Actualmente existe una búsqueda incesante de formas de aprovechamiento de estas energías que sean, primero, factibles técnicamente; segundo, atractivas económicamente.
En la Unión Europea se están implantando políticas públicas y privadas tendientes a la penalización de las tecnologías que emiten CO2, y a la bonificación de aquellas basadas en energías renovables.
Electricidad, la fuente más versátil
Hoy en día, la electricidad es la forma más versátil y sofisticada de energía que existe; además, el funcionamiento de la sociedad moderna se fundamenta en la utilización cotidiana de ésta.
La creciente demanda de electricidad (más de 117% desde 1990) fue una de las razones clave por las que las emisiones globales de CO2 del sector eléctrico alcanzaron un récord en 2018; sin embargo, la disponibilidad comercial de un conjunto diverso de tecnologías de bajas emisiones también coloca a la electricidad a la vanguardia de los esfuerzos para combatir el cambio climático y la contaminación.
En el escenario de políticas declaradas, la demanda mundial de electricidad crecerá 2.1% por año hasta 2040, el doble de la tasa de demanda de energía primaria. En el escenario de desarrollo sostenible, la electricidad juega un papel aún mayor, llegando al 31% del consumo final de energía.
En 2018, la generación mundial de electricidad renovable se incrementó en un 7%, donde las tecnologías eólicas y solares fotovoltaicas, en conjunto, representaron el 60% de este aumento. Si bien la participación de éstas en la generación de electricidad global alcanzó el 26% en aquel año, aún necesita expandirse significativamente para cumplir con la participación del escenario de desarrollo sostenible de la mitad de la generación para 2030.
Torresol Energy.
Energía eléctrica en México
Con base en el Índice de Competitividad Global 2017-2018 del WEF, México se ubica en el lugar 51 de 137 economías mundiales.
En materia de obtención de electricidad, México se encuentra en el sitio 92 de 190 economías, según reporta Doing Business 2018, lo cual indica una mejora que permitió que el país superara a Argentina en el ranking. No obstante, no se ha logrado alcanzar a países como Colombia, Perú, Uruguay y Brasil; los dos últimos se encuentran entre los primeros 50 países con mayor competitividad en obtención de electricidad según reportes del Banco Mundial (BM).
Actualmente, el país, el consumo energético está dominado por el gas natural y el petróleo; éste último representa alrededor de la mitad del total, una participación más alta, incluso, que en el Medio Oriente. Aunque el uso de éste para la generación de electricidad ha disminuido drásticamente en los últimos 15 años, aún mayor que en otras naciones.
El país tiene un sector eléctrico de rápido crecimiento, con una demanda que aumenta en promedio un 2.9% anual desde el 2000.
El 98.7% de la población tiene acceso a la electricidad, y el desafío consiste en conectar las áreas remotas restantes.
El gas natural es la principal fuente de energía, beneficiándose con los bajos precios de este recurso en América del Norte.
Hasta antes del 2013, México se había encontrado rezagado en la proporción de electricidad producida a partir de fuentes renovables en relación al promedio de los países que integran la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE).
Con base en datos de la Agencia Internacional de la Energía, se observa que la Tasa Media de Crecimiento Anual (TMCA) de la producción de electricidad mediante energías renovables (incluyendo hidroeléctricas) durante el periodo 2000-2012, en México fue de 0.7%, mientras que el promedio de la OCDE se ubicó en 7.4 por ciento.
Con la entrada en vigor de la Reforma Energética en 2013, la principal causa del bajo nivel de producción y aprovechamiento de energías renovables para generar electricidad en México fue la falta de inversión para desarrollar proyectos de este tipo. Sin embargo, las medidas adoptadas en la reforma energética han detonado la inversión en proyectos de generación de electricidad mediante energías renovables.
La IEA, de la cual México forma parte desde 2017, reconoce que dicha reforma ha puesto a México firmemente en el mapa de la política energética mundial y, considera, será beneficiada por integrar como miembro al país con la 15 economía más grande del mundo, el número 12 en cuanto a producción de petróleo, y uno de los países con mejores recursos renovables.
Energías
Alternativas en México
México ocupa la posición 4 de 71 economías con mayor atractivo para inversiones en energías limpias, solo detrás de China, Jordania y Brasil, según Bloomberg New Energy Finance.
Por otra parte, en el Índice de Atracción de Inversiones en Energías Renovables (RECAI, por sus siglas en inglés), que publica Ernest & Young, avanzó del lugar 24 en 2014, al 9 en 2017. Lo anterior, debido al aumento en la captación de inversiones en energías renovables.
Actualmente ocupa el lugar 14 entre los países que más invierten en energías renovables, de acuerdo con un reporte de la Organización de las Naciones Unidas (ONU). De 2010 al primer semestre de 2019, México ha destinado 23 mil millones de dólares (mdd) en nueva capacidad de energía renovable, logrando reducir las importaciones de carbón y gas en un 2%, evitando alrededor de 12 MT en emisiones de CO2.
En este conteo, China ha sido el mayor inversionista en capacidad de energía renovable durante la misma década, con 758 mil mdd, seguido por Estados Unidos con 356 mil y Japón con 202 mil.
En los últimos años, se han desarrollado proyectos de energía renovable en todo México. Con todo, existen indicios de que podría alcanzar los primeros puestos entre las naciones generadoras de energía sostenible gracias a los objetivos, el impulso al uso de energía limpia y los recursos eólicos y solares excepcionalmente buenos. Por otra parte, el consumo incesante de petróleo ha obstaculizado la transición.
En este sentido, México tiene tres tecnologías de energía renovable que predominan en términos de generación de electricidad: Energía hidráulica, parques eólicos terrestres y energía geotérmica. Por ello, uno de los objetivos específicos y estrategias en materia de desarrollo económico y sustentable, es dar prioridad a la generación de electricidad a partir de fuentes renovables.
La capacidad instalada de energía hidroeléctrica supera la capacidad instalada comparativa de las otras fuentes de energías renovables. El país cuenta con una capacidad hidroeléctrica de 11 mil megavatios (MW), que representan, aproximadamente, el 18.06% de toda la energía eléctrica generada.
Asimismo, con base en datos de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y la Comisión Reguladora de Energía (CRE), se estima que existe un potencial de 53 mil MW, que en adición con el resto de las energías renovables, aportan 14 mil MW; representando un 22.3% del total de la generación de electricidad nacional.
A principios de la década del 2010, el país acogió formalmente a la energía eólica en la canasta de energía de la nación, a través del Programa Nacional de Infraestructura del Gobierno Federal para 2012. Esta iniciativa hizo que México garantizara que el 5% de toda la electricidad generada provenga de la energía eólica.
Hoy, la generación de energía eólica en la república es de 19 mil 805 GWh/año, mientras la eólica terrestre genera solo 7 mil 675, de la que la CFE genera 220 de éstos. Por otro lado, un total de 27 productores privados generan 7 mil 455 Gwh/año.
Los estados con mayores recursos eólicos en México son:
Oaxaca: 5 mil 564 megavatios (MW).
Tamaulipas: Mil 350 MW.
Coahuila: Mil 80 MW.
Nuevo León: 642 megavatios.
Jalisco: 399 MW.
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Principales Hidroeléctricas de México |
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Nombre de la central |
Capacidad efectiva instalada (mw) |
Ubicación |
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manuel moreno torres (chicoasén) |
2400 |
chicoasén, chiapas |
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infiernillo |
1160 |
la unión, guerrero |
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malpaso |
1080 |
tacpatán, chiapas |
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aguamilpa solidaridad |
960 |
tepic, nayarit |
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belisario domínguez (angostura) |
900 |
venustiano carranza, chiapas |
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leonardo rodríguez alcaine (el cajón) |
750 |
santa maría del oro, nayarit |
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ing. alfredo elías ayub (la yesca) |
750 |
jalisco |
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carlos ramírez ulloa (el caracol) |
600 |
apaxtla, guerrero |
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luis donaldo colosio (huites) |
422 |
choix, sinaloa |
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ángel albino corso (peñitas) |
420 |
ostuacán, chiapas |
Para el caso de la energía solar, México es de los más altos del mundo gracias a su ubicación geográfica, con una insolación media de poco más de 5 kWh/m², por lo es necesaria la generación de estrategias novedosas para su aprovechamiento.
La energía fotovoltaica ofrece la mayor promesa para el país, el gobierno mexicano, aparentemente motivado por la relativa facilidad para establecer proyectos pertinentes, aprobó 7.8 GW de empresas fotovoltaicas en 2015. Y, a partir de 2017, 62 GWh/año fueron generados por tecnología solar fotovoltaica; aunque 49 GWh/año fueron producidos por solo seis proyectos privados. Donde 13 de los 62 GWh/año estaban siendo generados por dos plantas generadoras en posesión de la Comisión Federal de Electricidad.
El 2018 fue el mayor año de éxito y crecimiento sostenido para el sector solar, ya que solo en centrales solares el crecimiento fue mayor a 1800% de capacidad instalada respecto a 2017.
Actualmente, se encuentran operando 50 centrales solares en 11 estados, incluyendo la planta más grande de Latinoamérica y segunda del mundo, ubicada en Viesca, Coahuila. Cabe mencionar que 10 centrales en operación comercial son resultado de la primera y segunda Subastas Eléctricas de Largo Plazo.
La capacidad de energía renovable se expandirá en un 50% entre 2019 y 2024, liderada por energía solar fotovoltaica. Este aumento de mil 200 GW es equivalente a la capacidad de potencia total instalada por Estados Unidos en la actualidad. Por sí sola, la energía solar fotovoltaica representa casi el 60% del crecimiento esperado; la energía eólica terrestre, una cuarta parte.
Los biocombustibles son energéticos obtenidos de recursos biológicos provenientes de materia orgánica, de actividades agrícolas, pecuarias, silvícolas, de microorganismos, etc.
La materia prima utilizada para producir cualquier biocombustible, puede ser repuesta a una tasa igual o más rápida a la que éste es consumido. Dichas energías renovables son utilizadas principalmente como reemplazo de gasolina o diésel en el transporte. El biogás, por ejemplo, proveniente de residuos y desechos orgánicos, podría servir como una fuente de energía vital para la generación de electricidad. Incluso, la remuneración se podría realizar para aproximadamente 400 comunidades mexicanas, si se adoptara el biogás a escala nacional.
Como resultado, podría tener un valor incalculable en un terreno donde el alto consumo de electricidad en regiones o zonas áridas ha sido un tema de preocupación durante muchos años.
La biomasa puede ser una forma convencional o tradicional de energía renovable, pero parece que los proyectos que podrían hacer de la biomasa una alternativa efectiva y generalizada al gas natural y los productos derivados del petróleo, carecen de un sentido formal gubernamental.
México no solo puede continuar con el impulso de energías renovables como la eólica, la solar, la hidroeléctrica y el aprovechamiento de biomasa; asimismo, podría incursionar en la generación de electricidad a partir de la energía oceánica.
De acuerdo con IEA, para 2050, el aprovechamiento de la energía oceánica podría incrementar en 300 Gigavatios (GW) la capacidad instalada para producir electricidad a nivel mundial, lo que además podría crear más de 680 mil empleos directos, y generar un ahorro de 500 millones de toneladas equivalentes de emisiones de CO2 a la atmósfera.
Desde 2017, científicos mexicanos, en coordinación con organismos públicos e iniciativa privada –encabezada por el Centro Mexicano de Innovación en Energía Océano–, han evaluado la capacidad de generación de energía eléctrica a través del aprovechamiento de las corrientes marinas en el país.
Se han identificado el Golfo de California y el Mar Caribe como regiones con condiciones favorables para la presencia de corrientes marinas intensas y una variación significativa de rangos de marea factibles de ser aprovechados como una fuente alterna de energías renovables.
El hecho de que México no sea un líder mundial en el ámbito de las fuentes de energías renovables es una situación desafortunada dada la gran cantidad de recursos solares, eólicos, de biomasa, hidroeléctricos y geotérmicos. Ante este panorama, se requieren procesos de cambios estructurales importantes en la industria energética bajo tres premisas: Descarbonización, descentralización y diversificación.
Los sistemas descentralizados son una de las transformaciones que permiten un uso más eficiente de las energía renovables.
(*) El autor tiene Licenciatura en Física por la UNAM, Maestría en Ciencias con especialidad en Microelectrónica por el Instituto Nacional de Óptica y Electrónica (INAOE) y Doctor en Ciencias e Ingeniería de Materiales por la UNAM en 2014. Cuenta con un posdoctorado en sustentabilidad energética en la UAM. Actualmente es profesor investigador titular C de la División de estudios de Posgrado e Investigación del Instituto Tecnológico de La Laguna en la Ciudad de Torreón Coahuila. Sus áreas de expertiz incluyen Nanotecnología aplicada al aprovechamiento de Energía Solar Fotovoltaica y optimización de materiales y dispositivos fotovoltaicos. El Dr. Álvarez es miembro de la Asociación Nacional de Energía Solar (ANES), de la Sociedad Internacional de Energía Solar (ISES por sus siglas en Ingles) y del Sistema Nacional de Investigadores nivel I, es responsable de cuerpo académico registrado en PRODEP y ha participado en diversos congresos nacionales e internacionales.
Texto:Carlos Álvarez Macías*
Foto: Ingeniería y Procesamiento Electrónico SA de CV / TORRE SOL Y NERGIA / GESTION PE