Desde su fundación en 1973, un objetivo fundamental de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) ha sido la coordinación de las respuestas mundiales a las crisis energéticas. Con la actual crisis climática, los escenarios del World Energy Outlook (Panorama Energético Mundial, WEO por sus iniciales en inglés)de la AIE se han convertido en el abanderado de las proyecciones energéticas mundiales, en particular el escenario de emisiones netas cero para 2050 (NZE), recientemente introducido y publicado por primera vez en 2021, en la misión de la AIE de ayudar a los países a proporcionar energía segura y sostenible para todos.
Una nueva investigación de la finlandesa Universidad LUT examina las proyecciones de las perspectivas, que representan las condiciones sin cambios y las normativas, que apuntan a niveles más altos de escenarios de sostenibilidad, en todos los WEO publicados entre 1993 y 2022. El estudio, titulado «Paving the way towards a sustainable future or lagging behind? An ex-post analysis of the International Energy Agency’s World Energy Outlook» (¿Preparar el camino hacia un futuro sostenible o quedarse atrás? Un análisis ex-post del World Energy Outlook de la Agencia Internacional de la Energía), se ha publicado en la revista científica Renewable and Sustainable Energy Reviews.
El análisis indica que, si bien las proyecciones de indicadores de alto nivel como la demanda de energía primaria y final han sido en gran medida precisas, las proyecciones de crecimiento de la energía renovable en todos los WEO han subestimado en gran medida el crecimiento sin precedentes de la electricidad renovable variable, especialmente la energía solar fotovoltaica, un hallazgo confirmado por Auke Hoekstra en 2019.
La mayor capacidad solar fotovoltaica registrada es la del escenario WEO NZE de 2022, con 15,5 TW para 2050, lo que corresponde a unos 27.000 TWh de generación de electricidad. Aunque estos valores están dentro del rango de la literatura publicada sobre energía 100% renovable, sólo corresponden al 18% de la demanda total de energía primaria. Además, la electricidad renovable sólo suministra el 40% de la energía primaria. Por el contrario, investigaciones anteriores de la Universidad LUT han hallado una capacidad fotovoltaica solar instalada mundial de 63,4 TW, con una generación de electricidad fotovoltaica solar del 69% de la demanda total de energía primaria y toda la generación de electricidad renovable primaria del 87%. Esta conclusión fundamental fue adoptada posteriormente por la comunidad internacional de energía solar fotovoltaica y también es objeto de seguimiento en la International Technology Roadmap for PV (Hoja de ruta tecnológica internacional para la energía solar fotovoltaica).
Las instalaciones solares fotovoltaicas anuales ponen aún más de relieve las subestimaciones del crecimiento de la energía solar fotovoltaica, ya que las adiciones anuales alcanzan un máximo en el escenario NZE 2022 de 657 GW/año en 2040 antes de disminuir en 2050. Esta tasa máxima de instalación de energía solar fotovoltaica es sólo ligeramente superior a la capacidad total instalada en 2024, de 593 GW. Dado el rápido crecimiento y el bajo coste de la energía solar fotovoltaica, cabe esperar que los mercados mundiales de este tipo de energía alcancen 1 TW/año entre 2025 y 2030, y pueden llegar a 3 TW/año en el transcurso de la década de 2030, mucho más allá de lo previsto por la AIE. La pregunta, entonces, es ¿por qué incluso los escenarios más ambiciosos de la AIE conducen a una electrificación renovable y un crecimiento de la energía solar fotovoltaica limitados?
Un elemento central de la investigación sobre la transición de los sistemas de energías renovables es la electrificación de todo el sistema. Los resultados indican que la cuota de electricidad en la demanda final de energía alcanza el 49-52%, lo que coincide en gran medida con la electrificación de la demanda de calor y del transporte por carretera mediante vehículos eléctricos de batería y el valor de la carga inteligente de los vehículos eléctricos y sus oportunidades vehicle-to-grid. La integración de las bombas de calor es esencial para la electrificación de la calefacción, y el escenario NZE de 2022 prevé que el 52% de la demanda de calefacción de los edificios pueda cubrirse con 6,1 TW de bombas de calor.
La electrificación directa parece estar suficientemente considerada en la NZE 2022; sin embargo, esto no es suficiente para la defosilización de todo el sistema, ya que el 40-50% restante de la demanda final de energía requerirá hidrógeno y combustibles a base de hidrógeno para el calor a alta temperatura, el transporte marítimo y aéreo de larga distancia y las materias primas en las industrias siderúrgica y química. La demanda de combustibles y materias primas en el escenario NZE 2022 parece estar cubierta en gran medida por la bioenergía y el petróleo fósil. Sin embargo, se ha descubierto que las rutas «power-to-X» que utilizan hidrógeno basado en la electricidad son capaces de defosilizar la demanda de combustible utilizando líquidos e-Fischer-Tropsch y e-amoniaco. El e-metanol y el e-amoniaco también serán fundamentales para que la industria defosilice las materias primas químicas junto con el e-hidrógeno para defosilizar la fabricación primaria de acero y servir de apoyo a otras industrias de alto consumo energético.
Sin embargo, estas rutas de conversión de la energía en X requieren una entrada de electricidad renovable de bajo costo para ser económicamente viables. A su vez, los sistemas energéticos mundiales ganarán una flexibilidad considerable, ya que los electrolizadores podrán funcionar a medida que se disponga de un exceso de electricidad renovable, lo que reducirá las cantidades de electricidad que será necesario equilibrar mediante el almacenamiento. La falta de penetración del power-to-X en los escenarios normativos del WEO puede ser un factor que limite el crecimiento de la energía solar fotovoltaica. Aunque la producción de hidrógeno en la NZE de 2022 alcanza unos 12.000 TWhH2,LHV, sólo el 41% se utiliza como intermediario para la conversión power-to-X, y el 27% del suministro de hidrógeno es hidrógeno azul basado en combustibles fósiles.
Sin la flexibilidad de la demanda del sistema energético, el equilibrio de la electricidad renovable variable tendrá que venir del almacenamiento, principalmente del almacenamiento en baterías. La capacidad de almacenamiento en baterías está disponible en los WEO más recientes, y la NZE de 2022 proyecta 3,9 TW para 2050. Investigaciones anteriores de la Universidad LUT indican que, para 2050, la capacidad total de las baterías podría alcanzar más de 13,5 TW. La investigación sobre el modelo utilizado para el WEO sugiere que sólo se incluye el almacenamiento de baterías a escala de servicios públicos, pero las baterías de prosumidores distribuidas y las conexiones de vehículos a la red pueden proporcionar un almacenamiento distribuido barato para ayudar a igualar la oferta de electricidad renovable con la demanda.
Todos estos factores contribuyen a que los futuros sistemas energéticos puedan dar cabida a elevados porcentajes de energía solar fotovoltaica y eólica, y pueden apoyar el desarrollo de una mayor economía «Power-to-X». Las grandes reducciones de costos de la energía solar fotovoltaica favorecen en gran medida a las regiones ricas en sol, donde cabe esperar la mayor parte del crecimiento de la demanda. En Pakistán se está produciendo un «bombardeo solar» que podría ser un ejemplo mundial de cómo las economías en desarrollo pueden instalar rápidamente electricidad renovable para descarbonizar sus suministros de electricidad y superar la intensidad de carbono comúnmente entendida asociada al crecimiento económico.
Un cambio similar puede observarse en Etiopía, donde se están adoptando rápidamente los vehículos eléctricos con baterías.
Si los cambios globales pueden producirse rápidamente con la suficiente fuerza de voluntad social, ¿por qué no debería la AIE inspirar a los responsables mundiales de la toma de decisiones con escenarios técnica y económicamente viables que representen el mejor de los casos para la estabilidad climática a largo plazo: un suministro de energía totalmente renovable para 2050 que cuente con los enormes beneficios de la energía solar fotovoltaica, la energía eólica, otras energías renovables, baterías, vehículos eléctricos, bombas de calor y combustibles basados en la electricidad, entre otras tecnologías de gran relevancia para la emergente Power-to-X Economy?
Autores: Gabriel López, Dominik Keiner y Christian Breyer
Este artículo forma parte de una columna mensual de la Universidad LUT.
La investigación en la Universidad LUT abarca diversos análisis relacionados con la energía, el calor, el transporte, la desalinización y las opciones de emisiones negativas de CO2. La investigación sobre energía es un tema central de la universidad, integrado en las áreas de Energía, Aire, Agua y Empresa y Sociedad. La energía solar desempeña un papel clave en todos los aspectos de la investigación.
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