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La energía sostenible puede implicar el uso de fuentes de energía renovables como la energía solar (paneles solares en el techo en el asentamiento solar de Schlierberg ).

La energía sostenible es la energía producida y utilizada de tal manera que "satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades". [1] Es similar a los conceptos de energía verde y energía limpia en su consideración de los impactos ambientales, sin embargo, las definiciones formales de energía sostenible también incluyen los impactos económicos y sociales.

La transición energética para satisfacer las necesidades mundiales de electricidad, calefacción, refrigeración y energía para el transporte de manera sostenible se considera ampliamente como uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta la humanidad en el siglo XXI, y es clave para la mayoría de los programas sostenibles de las Naciones Unidas. Objetivos de desarrollo para 2030. La producción y el consumo de energía emite más del 70% de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre que provocan el cambio climático . En todo el mundo, la demanda de energía está aumentando y casi mil millones de personas todavía carecen de acceso a la electricidad , y alrededor de 3 mil millones dependen de combustibles humeantes como leña, carbón vegetal o estiércol de animales para cocinar.

En general, las fuentes de energía renovable como la energía solar , eólica e hidroeléctrica se consideran sostenibles. Sin embargo, aspectos de algunos proyectos de energía renovable, como la tala de bosques para la producción de biocombustibles , pueden causar graves daños ambientales. La energía nuclear es una fuente de bajas emisiones de carbono y tiene un historial de seguridad comparable al de la energía eólica y solar, [2] pero el crecimiento se ha visto limitado por costos de capital persistentemente altos y preocupaciones sobre la proliferación nuclear, los desechos nucleares y los accidentes.

Cantidades moderadas de energía eólica y solar, que son fuentes de energía variables , pueden integrarse en la red eléctrica sin infraestructura adicional, como el almacenamiento de energía de la red y las medidas de respuesta a la demanda . Estas fuentes generaron el 8,5% de la electricidad mundial en 2019, una proporción que ha crecido rápidamente. [3] Se prevé que los costos de la energía eólica, solar y de las baterías sigan cayendo debido a la innovación y las economías de escala derivadas del aumento de la inversión.

Las vías propuestas para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C incluyen la implementación rápida de métodos de baja emisión para producir electricidad y calor, y un cambio hacia un mayor uso de la electricidad en sectores como el transporte. Las vías también incluyen la conservación de energía y el uso de combustibles bajos en carbono , como el hidrógeno producido por electricidad renovable o con captura y almacenamiento de carbono . El logro de estos objetivos requerirá políticas gubernamentales tales como regulaciones que limiten la contaminación , fijación de precios del carbono , eliminación gradual de los subsidios a los combustibles fósiles y otras políticas energéticas específicas .

Definiciones [ editar ]

Las fuentes de energía renovable (una parte de los enfoques de energía sostenible) han aumentado de 2000 a 2019, pero el carbón, el petróleo y el gas natural siguen siendo las principales fuentes de energía mundial. [4]

El concepto de desarrollo sostenible , para el que la energía es un componente clave, fue descrito por la Comisión Brundtland de las Naciones Unidas en su informe de 1987 Nuestro futuro común . Definió el desarrollo sostenible como un desarrollo que "satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades". [1] Esta descripción del desarrollo sostenible ha sido referenciada desde entonces en muchas definiciones y explicaciones de energía sostenible. [5] [6] [7] [1] Ninguna interpretación única de cómo se aplica el concepto de sostenibilidad a la energía ha ganado aceptación mundial. [8] La Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa, y varios académicos en el campo, incluyen varios aspectos de la sostenibilidad en sus definiciones de trabajo:

  • Los aspectos ambientales incluyen las emisiones de gases de efecto invernadero , los impactos sobre la biodiversidad y los ecosistemas, la producción de desechos peligrosos y emisiones tóxicas, [8] el consumo de agua [9] y el agotamiento de los recursos no renovables. [7]
  • Los aspectos económicos y sociales incluyen que la energía confiable sea asequible para todas las personas, [8] [7] y seguridad energética para que cada país tenga acceso constante a suficiente energía. [8] [10]

Antecedentes [ editar ]

Ver también: Objetivo de Desarrollo Sostenible 7

El suministro de energía sostenible se considera ampliamente como uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta la humanidad en el siglo XXI, tanto en términos de satisfacer las necesidades del presente como en términos de efectos en las generaciones futuras. [11] [12] Mejorar el acceso a la energía en los países menos desarrollados y hacer que la energía sea más limpia son fundamentales para lograr la mayoría de los Objetivos de Desarrollo Sostenible 2030 de las Naciones Unidas , que abarcan temas que van desde la acción climática hasta la igualdad de género . [13] El Objetivo de Desarrollo Sostenible 7 exige "acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todos" para 2030. [14]

Problemas ambientales [ editar ]

El sistema energético actual contribuye a muchos problemas ambientales, incluido el cambio climático , la contaminación del aire , la pérdida de biodiversidad , la liberación de tóxicos al medio ambiente y la escasez de agua. La producción y el consumo de energía son responsables del 72% de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero causadas por el hombre a partir de 2014. La generación de electricidad y calor contribuye con el 31% de las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el hombre, el uso de energía en el transporte contribuye con el 15% y el uso de energía en manufactura y construcción aporta el 12%. Un 5% adicional se libera a través de procesos asociados con la producción de combustibles fósiles y un 8% a través de varias otras formas de combustión de combustibles. [15] [16]

La combustión del carbón libera elementos precursores que se forman en ozono a nivel del suelo y lluvia ácida , especialmente si el carbón no se limpia antes de la combustión. [17] Se estima que 3 millones de personas mueren cada año como consecuencia de la contaminación del aire ambiental , con importantes contribuciones de la quema de carbón y biomasa. [18] Los derrames de hidrocarburos durante el transporte en el mar dañan la vida marina ; cuando el aceite se enciende, en cambio, se liberan gases tóxicos a la atmósfera. [19] Alrededor del 10% del uso mundial de agua se destina a la producción de energía, principalmente para enfriar plantas de energía térmica. En regiones ya secas, esto contribuye a la escasez de agua.. La producción de bioenergía, la minería y el procesamiento del carbón y la extracción de petróleo también requieren grandes cantidades de agua. [20]

La biodiversidad se ve muy afectada por el cambio climático, mientras que las amenazas adicionales de la extracción de combustibles fósiles. Las fuentes de energía con bajas emisiones de carbono también tienen el potencial de ser perjudiciales para la biodiversidad, con las mejores ubicaciones para la producción de bioenergía en lugares de alto valor ecológico. [21] La energía eólica y solar en tierra, cuando se construyen en áreas protegidas o en áreas silvestres, también pueden representar un riesgo para la biodiversidad. [22]

Pobreza energética [ editar ]

Artículo principal: Pobreza energética
Mapa mundial que muestra dónde vivían las personas sin acceso a la electricidad en 2016, principalmente en África subsahariana .

En 2016, 940 millones (13% del mundo) de personas no tienen acceso a la electricidad; dos tercios de los cuales viven en África subsahariana. [23] En los países en desarrollo, más de 2500 millones de personas dependen de las estufas tradicionales [24] y las chimeneas para quemar biomasa o carbón para calentar y cocinar. Esta práctica causa una contaminación dañina del aire interior , lo que resulta en un estimado de 3.8 millones de muertes al año, particularmente entre los niños pequeños y las mujeres que pasan mucho tiempo cerca del hogar. [25] A partir de 2017, la mejora del acceso a combustibles limpios para cocinar se retrasó sistemáticamente en cuanto a la obtención de un mayor acceso a la electricidad. [26] Además, graves daños ambientales locales, incluida la desertificación., puede ser causado por la recolección excesiva de madera y otros materiales combustibles. [27]

La energía confiable y asequible, en particular la electricidad, es esencial para la atención médica, la educación y el desarrollo económico. [28] En las clínicas de salud, se requiere electricidad para el funcionamiento del equipo médico, la refrigeración de vacunas y medicamentos y la iluminación, [28] pero una encuesta de 2018 en seis países asiáticos y africanos encontró que la mitad de los establecimientos de salud no tenían acceso a electricidad. [29]

Según un informe de 2019 de la AIE, en África subsahariana "los esfuerzos actuales y planificados para proporcionar acceso a servicios energéticos modernos apenas superan el crecimiento de la población" y aún dejarían a más de 500 millones de personas sin electricidad y a más de mil millones sin una cocina limpia. 2030. [30]

Conservación de energía [ editar ]

Artículos principales: Conservación de energía y Uso eficiente de la energía.
El uso global de energía es muy desigual. Los países de ingresos altos, como Estados Unidos y Canadá, utilizan 100 veces más energía per cápita que algunos de los países menos desarrollados de África.

Aumentar la eficiencia energética es una de las formas más importantes de reducir la contaminación relacionada con la energía y, al mismo tiempo, generar beneficios económicos y mejorar la calidad de vida. Para algunos países, la eficiencia puede mejorar la seguridad energética al reducir la dependencia de las importaciones de combustibles fósiles. La eficiencia tiene el potencial de desacelerar el crecimiento de la demanda de energía para permitir que el aumento de los suministros de energía limpia haga recortes profundos en el uso de combustibles fósiles. [31] La Agencia Internacional de Energía (AIE) estima que el 40% de las reducciones de emisiones de gases de efecto invernadero necesarias para el acuerdo de París se pueden lograr aumentando la eficiencia energética. [32] [33]Las rutas energéticas ambiciosas en línea con París muestran que el uso de energía se mantendrá aproximadamente igual entre 2010 y 2030, y aumentará ligeramente para 2050. [34]

Entre 2015 y 2018, cada año se registró una menor mejora en la eficiencia energética en comparación con el anterior. En el transporte, las preferencias de los consumidores por automóviles más grandes son parte del factor que impulsa la desaceleración. A nivel mundial, los gobiernos tampoco aumentaron fuertemente sus ambiciones en la política de eficiencia energética durante este período. [33] Las políticas para mejorar la eficiencia pueden incluir códigos de construcción , estándares de desempeño y precios del carbono . [35] La eficiencia energética y las energías renovables se consideran a menudo los pilares gemelos de la energía sostenible. [36] [37]

Los cambios de comportamiento son otra forma importante de conservar energía. En el escenario de la Agencia Internacional de Energía para alcanzar cero emisiones netas de gases de efecto invernadero en 2050, se describen varios cambios de comportamiento significativos, aproximadamente la mitad de ellos derivados del transporte. En su escenario, algunos vuelos de negocios son reemplazados por videoconferencias , el ciclismo y la caminata aumentan en popularidad, y más personas utilizan el transporte público. [38]

Fuentes de energía renovable [ editar ]

Artículo principal: Energía renovable

Los términos "energía sostenible" y "energía renovable" a menudo se utilizan indistintamente. Sin embargo, los proyectos de energía renovable a veces plantean importantes preocupaciones sobre la sostenibilidad. Las tecnologías de energía renovable son contribuyentes esenciales a la energía sostenible, ya que generalmente contribuyen a la seguridad energética mundial y reducen la dependencia de los recursos de combustibles fósiles , mitigando así las emisiones de gases de efecto invernadero. [39]

Solar [ editar ]

Planta de energía solar de 11 MW cerca de Serpa , Portugal
Artículos principales: La energía solar y calefacción solar de agua

En 2019, la energía solar proporcionó alrededor del 3% de la electricidad mundial. [3] La mayor parte de esto está en forma de paneles solares basados ​​en células fotovoltaicas (PV). Los costos de la energía solar fotovoltaica se han reducido rápidamente, lo que está impulsando un fuerte crecimiento en la capacidad mundial. [40] Los paneles solares se montan en la parte superior de un edificio o se utilizan en parques solares conectados a la red eléctrica. Los paneles típicos convierten menos del 20% de la luz solar que los golpea en electricidad, ya que los materiales de mayor eficiencia son más caros. [41] El coste de la electricidad procedente de nuevas granjas solares es competitivo o, en muchos lugares, más barato que las plantas de carbón existentes. [42]

La energía solar concentrada produce calor para impulsar un motor térmico . Debido a que el calor se almacena, este tipo de energía solar es distribuible : se puede producir cuando sea necesario. [43] Los sistemas de calefacción y refrigeración solares térmicos se utilizan para muchas aplicaciones: agua caliente, calefacción y refrigeración de edificios, secado y desalinización. [44] A nivel mundial en 2018, proporcionó el 1,5% de la demanda de energía final de calefacción y refrigeración. [45]

Energía eólica [ editar ]

Artículos principales: Energía eólica e Impacto ambiental de la energía eólica.
Estaciones de energía eólica en Xinjiang, China: un ejemplo de fuente de energía sostenible.

Las turbinas eólicas funcionan con la energía cinética del viento y, en 2019, sus generadores eléctricos proporcionaron aproximadamente el 6% del suministro eléctrico mundial. [3] Los parques eólicos constan de muchas turbinas eólicas individuales, que están conectadas a la red de transmisión de energía eléctrica . La energía eólica terrestre nueva suele ser más barata que las plantas de carbón existentes y competitiva con el gas natural y la energía nuclear. [42] Aunque los costos de construcción y mantenimiento son más altos en el mar, algunos analistas pronostican que, debido a que los vientos son más estables y más fuertes que en tierra, con palas más grandes en el futuro, la energía eólica marina será más barata que la eólica terrestre a mediados de la década de 2030. [46]

Los parques eólicos terrestres, a menudo construidos en áreas silvestres o rurales, tienen un impacto visual en el paisaje. [47] El ruido y la luz parpadeante creados por las turbinas pueden ser molestos y restringen la construcción cerca de áreas densamente pobladas. En términos de vida silvestre, las poblaciones de murciélagos pueden verse fuertemente afectadas por las colusiones. [48] ​​Las palas de las turbinas aún no son totalmente reciclables y se continúa investigando cómo fabricar palas que sean más fáciles de reciclar. [49] La energía eólica, a diferencia de las centrales nucleares y de combustibles fósiles, no consume agua para producir energía. [50] Se necesita poca energía para la construcción de turbinas eólicas en comparación con la energía producida por la propia planta de energía eólica. [51]

Energía hidroeléctrica [ editar ]

Artículo principal: Hidroelectricidad
Las represas hidroeléctricas son una de las fuentes de energía renovable más utilizadas.

Las plantas hidroeléctricas convierten la energía del agua en movimiento en electricidad. En promedio, la energía hidroeléctrica se encuentra entre las fuentes de energía con los niveles más bajos de emisiones de gases de efecto invernadero por unidad de energía producida, pero los niveles de emisiones varían enormemente entre proyectos. [52] En 2019, la energía hidroeléctrica suministró el 16% de la electricidad mundial, por debajo de un máximo de casi el 20% a mediados y finales del siglo XX. [53] [54] Produjo el 60% de la electricidad en Canadá y casi el 80% en Brasil. [53] Las centrales hidroeléctricas basadas en embalses proporcionan un suministro de electricidad distribuible y muy flexible . Se pueden combinar con energía eólica y solar para proporcionar una carga máxima y para compensar cuando el viento y el sol están menos disponibles. [55]

En la energía hidroeléctrica convencional, se crea un embalse detrás de una presa. En la mayoría de los casos, la materia biológica que se sumerge en la inundación del embalse se descompone, convirtiéndose en una fuente de dióxido de carbono y metano. [56] Estas emisiones de gases de efecto invernadero son particularmente importantes en las regiones tropicales. [57] A su vez, la deforestación y el cambio climático pueden reducir la generación de energía de las represas hidroeléctricas. [55] Dependiendo de la ubicación, la implementación de represas a gran escala puede desplazar a los residentes y causar importantes daños ambientales locales. [55]

En general, las instalaciones hidroeléctricas de pasada tienen menos impacto ambiental que las instalaciones basadas en embalses, pero su capacidad para generar energía depende del caudal del río, que puede variar con las condiciones climáticas diarias y estacionales. También carecen de las características de regulación del agua que proporcionan los embalses, incluido el control de inundaciones, la energía eléctrica distribuible y el suministro de agua dulce para la agricultura. [58]

Geotermia [ editar ]

Artículos principales: Energía geotérmica y calefacción geotérmica.
Torres de enfriamiento en la central geotérmica de Larderello

La energía geotérmica se produce aprovechando el calor que existe debajo de la corteza terrestre. [59] El calor puede obtenerse perforando el suelo y luego transportado por un fluido caloportador como agua, salmuera o vapor. [59] La energía geotérmica puede aprovecharse para la generación de electricidad y para calefacción. El uso de energía geotérmica se concentra en regiones donde la extracción de calor es económica: se necesita una combinación de calor, flujo y alta permeabilidad . [60] A nivel mundial en 2018, la geotermia proporcionó el 0,6% de la demanda de energía final de calefacción y refrigeración en los edificios. [45]

La energía geotérmica es un recurso renovable porque la energía térmica se repone constantemente desde las regiones vecinas más cálidas. [61] Las emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales eléctricas geotérmicas son en promedio 45 gramos de dióxido de carbono por kilovatio-hora de electricidad, o menos del 5 por ciento de las de las plantas convencionales de carbón. [62] La energía geotérmica conlleva el riesgo de provocar terremotos, necesita una protección eficaz para evitar la contaminación del agua y emite emisiones tóxicas que pueden capturarse. [63]

Bioenergía [ editar ]

Artículo principal: Bioenergía
Plantación de caña de azúcar para producir etanol en Brasil
Estufa de biogás de digestor de estiércol de vaca en Indonesia

La biomasa es una fuente versátil y común de energía renovable. Si la producción de biomasa está bien gestionada, las emisiones de carbono pueden compensarse significativamente mediante la absorción de dióxido de carbono por las plantas durante su vida útil. [64] La biomasa puede quemarse para producir calor y generar electricidad o convertirse en biocombustibles modernos como el biodiésel y el etanol . [65] [66] Los biocombustibles se producen a menudo a partir de maíz o caña de azúcar. Se utilizan para impulsar el transporte, a menudo mezclados con combustibles fósiles líquidos. [64]

El uso de tierras de cultivo para el cultivo de biomasa puede resultar en menos tierra disponible para el cultivo de alimentos . Dado que la fotosíntesis solo captura una pequeña fracción de la energía de la luz solar, y los cultivos también requieren cantidades significativas de energía para cosechar, secar y transportar, se necesita mucha tierra para producir biomasa. [67] Si la biomasa se obtiene de cultivos, como plantaciones de árboles, el cultivo de estos cultivos puede desplazar ecosistemas naturales , degradar suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [68] [69] En algunos casos, estos impactos pueden resultar en emisiones globales de carbono más altas en comparación con el uso de combustibles derivados del petróleo. [69] [70]

En los Estados Unidos, el etanol a base de maíz ha reemplazado menos del 10% del uso de gasolina para motores desde 2011, pero ha consumido alrededor del 40% de la cosecha anual de maíz en el país. [69] En Malasia e Indonesia, la tala de bosques para producir aceite de palma para biodiesel ha tenido serios efectos sociales y ambientales , ya que estos bosques son sumideros de carbono críticos y hábitats de especies en peligro de extinción. [71]

Las fuentes de biomasa más sostenibles incluyen cultivos que se cultivan en suelos no aptos para la producción de alimentos, algas y desechos. [64] Si la fuente de biomasa son residuos agrícolas o municipales, quemarlos o convertirlos en biogás también proporciona una forma de eliminar estos residuos. [68] Los biocombustibles de segunda generación , producidos a partir de plantas no alimentarias, reducen la competencia con la producción de alimentos, pero pueden tener otros efectos negativos, como compensaciones con las áreas de conservación y la contaminación atmosférica local. [64]

Según el Comité de Cambio Climático del Reino Unido , a largo plazo, todos los usos de la biomasa deben maximizar el secuestro de carbono , por ejemplo, utilizándolo junto con la captura y almacenamiento de carbono ( BECCS ) cuando se quema la biomasa, [72] y alejarse "de utilizando biocombustibles en el transporte de superficie, biomasa para calentar edificios o biomasa para generar energía sin CCS ”. [73] Debido a la falta de alternativas tecnológicamente viables, el biocombustible de aviación puede ser uno de los mejores usos de la biomasa, siempre que se capture y almacene algo de carbono durante la fabricación del combustible. [72]

Energía marina [ editar ]

Artículo principal: Energía marina

La energía marina representa la participación más pequeña del mercado energético. Abarca la energía de las mareas , que se acerca a la madurez, y la energía de las olas , que se encuentra en una etapa más temprana de su desarrollo. Dos sistemas de barrera de mareas, en Francia y Corea, representan el 90% de la producción total. Si bien los dispositivos individuales presentan un riesgo mínimo para el medio ambiente, los impactos de los dispositivos de matriz múltiple son menos conocidos. [74]

Fuentes de energía no renovables [ editar ]

(Fósil) cambio de combustible [ editar ]

Una mujer de la zona rural de Rajastán (India) recoge leña para cocinar. La leña no se considera una fuente de energía sostenible o limpia, ya que requiere mucha mano de obra y causa una contaminación dañina del aire exterior o interior .

Para una determinada unidad de energía producida, las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de gas natural son alrededor de 40 veces las emisiones de viento o la energía nuclear, pero mucho menor que la de carbón . El gas natural produce alrededor de la mitad de las emisiones de carbón cuando se usa para generar electricidad y alrededor de dos tercios de las emisiones de carbón cuando se usa para producir calor. La reducción de las fugas de metano en el proceso de extracción y transporte de gas natural reduce aún más las emisiones. [75] El gas natural también produce una contaminación del aire significativamente menor que el carbón.

La construcción de centrales eléctricas de gas y gasoductos se promueve como una forma de eliminar gradualmente la contaminación por combustión de carbón y madera, y aumentar el suministro de energía en algunos países africanos con poblaciones o economías en rápido crecimiento, [30] sin embargo, esta práctica es controvertida. El desarrollo de la infraestructura de gas natural corre el riesgo de crear un bloqueo de carbono y activos varados . [76] [77] Sin embargo, cambiar la cocina de combustibles sucios como la madera o el queroseno a GLP , biogás o electricidad proporciona rápidamente importantes beneficios para la salud. [78]

Energía nuclear [ editar ]

Artículo principal: Debate sobre energía nuclear

Las plantas de energía nuclear se han utilizado desde la década de 1950 para producir un suministro constante de electricidad con bajas emisiones de carbono, sin generar contaminación atmosférica local. En 2020, las centrales nucleares de más de 30 países generaron el 10% de la electricidad mundial. [79] Las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de la energía nuclear (incluida la extracción y el procesamiento del uranio ) son similares a las emisiones de las fuentes de energía renovables. [80] Reducir el tiempo de construcción y el costo de operación de la energía nuclear han sido objetivos durante décadas, pero el progreso ha sido limitado . [81] [82] A partir de 2020, los costos por unidad de electricidad producida para la energía nuclear son aproximadamente 4 veces más altos que para la energía solar a gran escala.y energía eólica terrestre (sin incluir los costos de almacenamiento de energía), y aproximadamente 3 veces más alta que la del gas natural de carga base . [42]

Existe una controversia considerable sobre si la energía nuclear puede considerarse sostenible, con debates que giran en torno al riesgo de accidentes nucleares , la generación de desechos nucleares radiactivos y el potencial de la energía nuclear para contribuir a la proliferación nuclear . Estas preocupaciones impulsaron el movimiento antinuclear . El apoyo público a la energía nuclear es a menudo bajo como resultado de preocupaciones de seguridad; sin embargo, por cada unidad de energía producida, la energía nuclear es mucho más segura que la energía de combustibles fósiles y comparable a las fuentes renovables. [83] El mineral de uranioutilizado para alimentar plantas de fisión nuclear es un recurso no renovable, pero existen cantidades suficientes para proporcionar un suministro durante cientos de años. [84] Las vías coherentes con una política climática ambiciosa suelen ver un aumento en el suministro de energía nuclear, pero el crecimiento no es estrictamente necesario. [85]

Se están desarrollando varias formas nuevas de energía nuclear, con la esperanza de abordar los inconvenientes de la energía nuclear convencional. La energía nuclear basada en torio , en lugar de uranio, puede proporcionar una mayor seguridad energética para los países que no tienen un gran suministro de uranio. [86] Los reactores modulares pequeños también pueden tener varias ventajas sobre los reactores grandes actuales: debería ser posible construirlos más rápido y su modularización permitiría reducir los costos mediante el aprendizaje práctico . [87] Varios países están intentando desarrollar reactores de fusión nuclear, que generarían cantidades muy pequeñas de desechos y conllevarían un menor riesgo de explosiones. [88]

Sistemas de energía sostenible [ editar ]

Captura y almacenamiento de carbono [ editar ]

Las emisiones de gases de efecto invernadero de las plantas de energía de biomasa y combustibles fósiles pueden reducirse significativamente mediante la captura y almacenamiento de carbono (CAC); sin embargo, el despliegue de esta tecnología sigue siendo muy limitado, con solo 21 plantas CAC a gran escala en funcionamiento en todo el mundo a partir de 2020. [ 89] El proceso de CCS es costoso, y los costos dependen considerablemente de la proximidad de la ubicación a una geología adecuada para el almacenamiento de dióxido de carbono . [46] [90] El CCS se puede adaptar a las centrales eléctricas existentes, pero en ese caso consume más energía. [91] La mayoría de los estudios utilizan la suposición de trabajo de que la CAC puede capturar entre el 85 y el 90% del CO
2emisiones de una planta de energía. [92] [93] Si el 90% del CO emitido
2se captura de una planta de energía de carbón, sus emisiones no capturadas aún serían muchas veces mayores que las emisiones de energía nuclear, solar o eólica por unidad de electricidad producida. [94] [95]

Cuando se utiliza CCS para capturar las emisiones de la quema de biomasa en un proceso conocido como bioenergía con captura y secuestro de carbono (BECCS), el proceso general puede resultar en la eliminación neta de dióxido de carbono de la atmósfera. El proceso BECCS también puede resultar en emisiones netas positivas dependiendo de cómo se cultive, recolecte y transporte el material de biomasa. [96] A partir de 2014, las vías de mitigación de menor costo para alcanzar el objetivo de 2 ° C suelen describir el despliegue masivo de BECCS. [96] Sin embargo, el uso de BECCS a la escala descrita en estas vías requeriría más recursos de los que están disponibles actualmente en todo el mundo. Por ejemplo, para capturar 10 mil millones de toneladas de CO 2por año requeriría biomasa del 40 por ciento de las tierras de cultivo actuales del mundo. [96]

Gestión de fuentes de energía intermitentes [ editar ]

La energía solar y la eólica son fuentes de energía renovables variables que suministran electricidad de forma intermitente según el clima y la hora del día. [97] [98] La mayoría de las redes eléctricas se construyeron para fuentes de energía no intermitentes, como las centrales eléctricas de carbón. [99] Dado que se integran mayores cantidades de energía solar y eólica en la red, es necesario realizar cambios en el sistema energético para garantizar que el suministro de electricidad se adapte a la demanda. [100]

Hay varias fuentes de flexibilidad disponibles. A menudo, la producción eólica y solar es complementaria a escala diaria y estacional: en muchos lugares hay más viento durante la noche y en invierno, cuando la producción de energía solar es baja. [100] La vinculación de diferentes regiones geográficas a través de líneas de transmisión de larga distancia permite anular aún más la variabilidad. [101] La demanda de energía se puede modificar en el tiempo mediante la gestión de la demanda de energía y el uso de redes inteligentes , coincidiendo con los momentos en que la producción de energía variable es más alta. Con el almacenamiento, la energía producida en exceso puede liberarse cuando sea necesario. [100] El desajuste final puede cubrirse mediante la sobreproducción de energía variable (yreducir aún más el exceso), y mediante el uso de energía distribuible, como centrales hidroeléctricas, bioenergéticas, gas natural o nucleares. [102]

Almacenamiento de energía [ editar ]

Artículo principal: almacenamiento de energía
Construcción de tanques de sal para almacenar energía térmica

El almacenamiento de energía ayuda a superar las barreras para la energía renovable intermitente y, por lo tanto, es un aspecto importante de un sistema de energía sostenible. [103] El método de almacenamiento más utilizado es la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo , que requiere ubicaciones con grandes diferencias de altura y acceso al agua. [103] Las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías y el almacenamiento de energía doméstica se están implementando ampliamente. [104] Algunas baterías de iones de litio contienen cobalto , que ahora se extrae en gran parte en el Congo de manera insostenible. Abastecimiento responsable de cobalto [105]y un abastecimiento geográfico más diverso puede garantizar una cadena de suministro más estable. Los impactos ambientales pueden ser reducidos por downcycling y reciclaje. [106] Las baterías suelen tener capacidad para almacenar suficiente electricidad para que duren períodos cortos; Se está investigando una tecnología con capacidad suficiente para durar temporadas. [107] En algunos lugares se ha implementado almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo y conversión de energía a gas con capacidad para un uso de varios meses. [108] [109]

A partir de 2018, el almacenamiento de energía térmica generalmente no es tan conveniente como la quema de combustibles fósiles. Los altos costos iniciales constituyen una barrera para la implementación. El almacenamiento de energía térmica estacional requiere una gran capacidad; se ha implementado en algunas regiones de latitudes altas para la calefacción doméstica. [110]

Hidrógeno [ editar ]

Artículos principales: economía del hidrógeno , combustible de hidrógeno , y el almacenamiento de hidrógeno

El hidrógeno se puede quemar para producir calor o puede alimentar pilas de combustible para generar electricidad, con cero emisiones en el punto de uso. Las emisiones generales del ciclo de vida del hidrógeno dependen de cómo se produzca. Muy poco del suministro actual de hidrógeno del mundo se crea actualmente a partir de fuentes sostenibles. Casi todo se produce a partir de combustibles fósiles, lo que genera altas emisiones de gases de efecto invernadero. Con las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono , se podría eliminar una gran fracción de estas emisiones. [111]

El hidrógeno se puede producir mediante electrólisis , utilizando electricidad para dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, y si la electricidad se genera de forma sostenible, el combustible resultante también será sostenible. Este proceso es actualmente más caro que la creación de hidrógeno a partir de combustibles fósiles, y la eficiencia de la conversión de energía es intrínsecamente baja. [111] El hidrógeno se puede producir cuando hay un excedente de electricidad renovable intermitente, luego se almacena y se utiliza para generar calor o para volver a generar electricidad. La conversión adicional a amoníaco permite que la energía se almacene más fácilmente a temperatura ambiente en forma líquida. [112]

Existe la posibilidad de que el hidrógeno desempeñe un papel importante en la descarbonización de los sistemas energéticos porque en ciertos sectores, reemplazar los combustibles fósiles por el uso directo de electricidad sería muy difícil. [111] El combustible de hidrógeno puede producir el calor intenso necesario para la producción industrial de acero, cemento, vidrio y productos químicos. [113] Se considera que la siderurgia es el uso de hidrógeno que sería más eficaz para limitar las emisiones de gases de efecto invernadero a corto plazo. [113]

Sectores [ editar ]

Emisiones producidas por diferentes sectores económicos, incluidas las emisiones generadas por la producción de electricidad y calor utilizado por los sectores, según el informe IPCC AR5.

Generación de electricidad [ editar ]

A partir de 2018, aproximadamente una cuarta parte de toda la generación de electricidad provino de fuentes renovables modernas (excluyendo el uso tradicional de biomasa). El crecimiento del uso de energías renovables ha sido significativamente más rápido en este sector que en la calefacción y el transporte. [114] Esos sectores dependen más de los combustibles fósiles, el gas para calefacción y el petróleo para el transporte, y hay menos alternativas para ellos en comparación con la energía, donde la energía nuclear, eólica, solar e hidráulica proporcionan energía con bajas emisiones de carbono. [115]

La electrificación es una parte clave del uso de energía de manera sostenible. Existen muchas opciones para producir electricidad de forma sostenible, pero la producción sostenible de combustibles o calor a gran escala es relativamente difícil. [116] Específicamente, puede ser necesaria la electrificación masiva en el sector de la calefacción y el transporte para que estos sectores sean sostenibles, y las bombas de calor y los vehículos eléctricos desempeñan un papel importante. [117] Una política climática ambiciosa permitiría duplicar la energía consumida como electricidad para 2050, desde el 20% en 2020. [118]

Calefacción y refrigeración [ editar ]

Más información: Calor renovable

Una gran parte de la población mundial no puede permitirse el lujo de tener suficiente refrigeración o vivir en casas mal diseñadas. Además del aire acondicionado , que requiere electrificación y una demanda de energía adicional, se necesitará un diseño de edificios pasivos y una planificación urbana para garantizar que las necesidades de refrigeración se satisfagan de manera sostenible. [119] De manera similar, muchos hogares en el mundo desarrollado y en desarrollo sufren de pobreza energética y no pueden calentar sus casas lo suficiente. [120] Las prácticas de calefacción existentes a menudo son contaminantes. Las alternativas al calentamiento con combustibles fósiles incluyen la electrificación ( bombas de calor o el calentador eléctrico menos eficiente ), geotermia, biomasa, energía solar térmica ydesperdicio de calor . [121] [122] [123] Los costos de todas estas tecnologías dependen en gran medida de la ubicación, y la adopción de la tecnología suficiente para una descarbonización profunda requiere intervenciones políticas estrictas. [123]

Transporte [ editar ]

Artículo principal: Transporte sostenible
El ciclismo es un método de transporte sostenible.

Hay varias formas de hacer que el transporte sea más sostenible. El transporte público con frecuencia emite menos por pasajero que los vehículos personales como los automóviles, especialmente con una alta ocupación. [124] [125] El transporte puede hacerse más limpio y saludable estimulando el transporte no motorizado como el ciclismo , particularmente en las ciudades. [126] La eficiencia energética de los automóviles ha aumentado como consecuencia del progreso tecnológico. [127]

Es más fácil producir electricidad de forma sostenible que producir combustibles líquidos de forma sostenible. Por tanto, la adopción de vehículos eléctricos es una forma de hacer que el transporte sea más sostenible; [117] Los vehículos de hidrógeno pueden ser una opción para los vehículos más grandes que aún no han sido ampliamente electrificados, como los camiones de larga distancia. [128] Muchas de las técnicas necesarias para reducir las emisiones del transporte marítimo y la aviación se encuentran todavía en las primeras etapas de su desarrollo. [129]

Industria [ editar ]

De la demanda energética final, la industria utiliza más de un tercio. La mayor parte de esa energía se utiliza en procesos térmicos: generación de vapor, secado y refrigeración . La participación de la energía renovable en la industria fue del 14,5% en 2017, que incluye principalmente calor a baja temperatura suministrado por bioenergía y electricidad. La parte más intensiva en energía de la industria tiene la menor proporción de energía renovable, ya que enfrentan limitaciones para satisfacer la demanda de calor por encima de los 200 ° C. [130] Para algunos procesos industriales, como la producción de acero , es necesaria la comercialización de tecnologías que aún no se han construido u operado a gran escala para eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero. [131]La producción de plástico, cemento y fertilizantes también requiere cantidades importantes de energía, con posibilidades limitadas disponibles para descarbonizar. [132]

Políticas gubernamentales [ editar ]

Parte de una serie sobre
Energía sostenible
Visión general
  • Energía baja en carbono
  • Combustible neutro en carbono
  • Eliminación de combustibles fósiles
Conservación de energía
  • Cogeneración
  • Uso eficiente de la energía
  • Almacen de energia
  • Edificio verde
  • Bomba de calor
  • Microgeneracion
Energía renovable
  • Bioenergía
  • Geotermia
  • Hidroelectricidad
  • Solar
  • De marea
  • Ola
  • Viento
Transporte sustentable
  • Vehículo eléctrico
  • Vehículo verde
  • Híbrido enchufable
  •  Portal de energías renovables
  •  Portal de medio ambiente
  • v
  • t
  • mi
Artículo principal: Política energética

Clima [ editar ]

Artículo principal: Mitigación del cambio climático

A nivel internacional, el principal vehículo de la política climática es el Acuerdo de París, que alienta a los países a realizar esfuerzos para mantener el calentamiento global por debajo de 1,5 ° C (2,7 ° F). [133] Según el IPCC, tanto la fijación de precios explícita del carbono como las políticas energéticas específicas complementarias son mecanismos necesarios para limitar el calentamiento global a 1,5 ° C. Algunos estudios estiman que combinar un impuesto al carbono con políticas específicas de energía sería más rentable que un impuesto al carbono solo. [134]

Históricamente, los programas y regulaciones de energía específica han sido los pilares de los esfuerzos para reducir las emisiones de combustibles fósiles. Los casos exitosos incluyen la construcción de reactores nucleares en Francia en las décadas de 1970 y 1980, y estándares de eficiencia de combustible en los Estados Unidos que conservaron miles de millones de barriles de petróleo. [135] Otros ejemplos de políticas energéticas específicas incluyen los requisitos de eficiencia energética en los códigos de construcción, la prohibición de nuevas centrales eléctricas de carbón, las normas de rendimiento para los aparatos eléctricos y el apoyo al uso de vehículos eléctricos. [136] [134]

Los impuestos al carbono proporcionan una fuente de ingresos que puede utilizarse para reducir otros impuestos [137] o para ayudar a los hogares de menores ingresos a afrontar mayores costos de energía. [138] Los impuestos al carbono se han enfrentado a un fuerte retroceso político en algunas jurisdicciones, mientras que las políticas energéticas específicas tienden a ser políticamente más seguras. [135] Según la OCDE , el cambio climático no se puede frenar sin impuestos al carbono sobre la energía, pero el 70% del CO relacionado con la energía
2las emisiones no se gravaron en absoluto en 2018. [139] Las subvenciones a los combustibles fósiles constituyen una barrera importante para la transición energética . [140]

Seguridad energética [ editar ]

La seguridad energética es otro objetivo político importante. Históricamente, la independencia energética ha sido el centro de la política de seguridad energética, y los países han querido volverse menos dependientes de los exportadores de petróleo. Con la integración de las energías renovables variables, los países están considerando cada vez más los beneficios de la interdependencia para compensar la intermitencia. [141] El mercado de metales y minerales necesarios para la energía sostenible a veces está dominado por un pequeño grupo de países o empresas, lo que plantea preocupaciones geopolíticas. [142]

En 2020, la Agencia Internacional de Energía advirtió que la agitación económica causada por el brote de coronavirus puede impedir o retrasar la inversión de las empresas en energía verde. [143] [144] El brote podría potencialmente significar una desaceleración en la transición de energía limpia del mundo si no se toman medidas, pero también ofrece posibilidades para una recuperación verde . [145]

Desarrollo sostenible [ editar ]

Los trabajadores construyen una estructura de paneles solares en Malawi.

Ver también [ editar ]

  • Emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida de las fuentes de energía

Referencias [ editar ]

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