Tasa de Retorno Energética y progreso tecnológico

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The Old Mine Mule, por Richard Grist

Queridos lectores,

Como saben, uno de los conceptos clave para comprender la gravedad de la crisis energética es el de la Tasa de Retorno Energético (TRE; en inglés EROEI, que corresponde a Energy Return on Energy Investment). La TRE, lo hemos dicho muchas veces, es la relación entre la energía que nos proporciona una fuente y la energía que tenemos que gastar para conseguirla. Así, el petróleo convencional tiene hoy en día una TRE de 20, lo que significa que por cada unidad de energía destinada a la producción de petróleo (en la elaboración de los materiales usados en los pozos, su instalación, la perforación, la operación, el mantenimiento, etc) se consiguen otras 20 unidades de energía. Para corregir algunos errores que he visto comúnmente entre los comentaristas, quiero recalcar que la TRE es un cociente, no una diferencia: es el factor de amplificación correspondiente a la fuente de energía en estudio. El valor crítico de la TRE es 1: cuando la TRE llega a la unidad, se recupera tanta energía como la que se invierte y el sistema deja de tener sentido como fuente de energía. Sin embargo, determinados sistemas de producción que se usan tienen TREs por debajo de 1; se trata entonces de vectores especializados de energía o portadores, pero no de fuentes de energía. Éste sería el caso del hidrógeno o la electricidad, que se usan para el almacenamiento o la operación de determinados aparatos, pero que en su producción se consume más energía que la que luego retornarán (por ejemplo, en la generación eléctrica a partir de centrales térmicas o nucleares se pierde el 65% de la energía, y en la producción de hidrógeno por la electrólisis del agua alrededor del 50%). Por otra parte, la TRE, por definición, es siempre positiva (no hablen de TREs negativas, que eso no significa nada).

Charles Hall es un profesor de la Universidad de Syracuse, en Nueva York, y es una eminencia mundial en el cálculo de TREs. Es muy famoso el siguiente diagrama hecho por él, en el que se expresan TREs en la vertical y volumen de energía generado en la horizontal, para las diversas fuentes de energía operadas en los EE.UU.:

Gráfica sacada de un interesante artículo en Scitizen: http://scitizen.com/future-energies/charlie-hall-s-balloon-graph_a-14-1305.html

Como ven, en el caso del petróleo (el más estudiado) la TRE ha caído de 100 a principios del siglo XX a poco menos de 20 en la actualidad. Este proceso constatado de caída de la TRE está relacionada con la degradación de calidad de los yacimientos explotados, que a pesar de las sucesivas mejoras en las técnicas de explotación acaba pesando más y obliga a gastar más energía por unidad producida. El problema de la caída de la TRE es muy grave, porque puede abocarnos a una situación más complicada de lo que la mera observación de la curva de producción nos podría indicar (como ya analizamos en un post anterior). Se ha de destacar además que algunos estudios antropológicos indican que una sociedad funcional ha de tener una TRE mínima, cifrada entre 5 y 10, por debajo de la cual algunas necesidades (cuidado de niños y mayores, construcción y mantenimiento de infraestructuras, etc) dejan de poder atenderse porque una fracción cada vez mayor del esfuerzo se dedica a la mera producción de energía. Si la sociedad se va adaptando mal a los cambios que le comporta la disminución de la TRE y se empeña en mantener actividades que no pueden sufragarse el riesgo de colapso es elevado. Sin embargo, la cuestión de la TRE es raramente analizada por los autodenominados expertos institucionales, que suelen despreciarla cuando no la ignoran en absoluto.

Hay, sin embargo, otro grupo de expertos que sí que reconocen la importancia de la TRE pero que tienen una actitud tecnooptimista y suelen argumentar que los que alertamos sobre el rápido declive de la energía neta tenemos un punto de vista excesivamente pesimista ya que tendemos a considerar la TRE como algo estático mientras que en realidad la TRE evoluciona con el tiempo y con la introducción de mejoras tecnológicas se gana en eficiencia y por tanto la TRE sube, o puede subir en el momento en que estas mejoras se implementen a escala masiva. Durante mucho tiempo mi posición ha sido la de no negar ese posible efecto benéfico pero centrarme en lo que observábamos, y sobre todo alertar sobre los peligros potenciales. Pero con el tiempo he ido madurando mis ideas al respecto, y la conversación con Pedro Prieto y Juan Carlos Barba del otro día me ha llevado a poner en claro mis ideas, y después de reflexionar sobre ello mi conclusión es la absolutamente contraria. A exponer mis conclusiones dedicaré el post de hoy.


La posibilidad de que la tecnología lleve a una mejora de la TRE es, a mi modo de ver, una hipótesis errónea en la tesitura que nos encontramos por dos motivos, a saber: el déficit de capacidad de desarrollo tecnológico y que nuestra tecnología no ha buscado nunca optimizar la TRE.

Respecto a mi primer argumento,  tendemos a suponer que el progreso tecnológico seguirá el mismo rápido desarrollo de los tiempos recientes, que son los que nos han tocado vivir. Y aunque por supuesto que no conocemos todo el potencial de desarrollo de la tecnología futura, lo que sí que es cierto es que la explosión inventiva ha sido propiciada por el acceso a la energía abundante y barata, y a un derivado de ella, la buena financiación. Sin embargo, en este momento laboratorios de todo el mundo, desde EE.UU. hasta China pasando por Europa están reduciendo sus presupuestos debido a la necesidad, sobre todo en Occidente, de destinar capital a otras necesidades más perentorias; y no deja de ser paradójico que se nos pida a los científicos que acometamos los retos más difíciles cuando al tiempo se nos están retirando los recursos para investigar (conste que no me quejo: seguramente el tiempo de investigar alternativas energéticas a gran escala ya pasó y es tiempo de hacer inventario). Pero por ello mismo mi impresión es que los avances tecnológicos, los verdaderos (no la publicitación obsesiva que se hace en los medios de la penúltima nadería) van a ser más difíciles de conseguir en adelante, en parte porque es difícil avanzar cuando ya hemos progresado mucho y en parte por la escasez de recursos.

Respecto al segundo, y más poderoso, de mis argumentos, mi observación es que nuestras tecnologías de extracción de materias primas no renovables no han buscado nunca en realidad la optimización de la TRE, y que el tipo de tecnologías que hemos desarrollado no sólo no nos dará pistas de como mejorarla, sino que nos ha alejado de ese objetivo. Pensémoslo un segundo. ¿Qué es lo que se ha pretendido con la explotación de los materias primas energéticas? ¿Aumentar la TRE? No. Lo que se ha pretendido es aumentar la producción, es decir, la cantidad de energía neta producida por unidad de tiempo. El problema es que nuestro sistema económico, como ya hemos discutido, necesita crecimiento sin fin, y encima a un ritmo muy rápido. Con la gran potencia mecánica que nos han proporcionado los combustibles fósiles hemos tendido a hacer las cosas de manera más masiva y brutal, aún a costa de sacrificar la eficiencia relativa. Es decir, nuestros medios de extracción han tendido a desperdiciar una mayor fracción de energía, primando la rapidez con la que se extrae el recurso sobre la eficacia en su extracción; si el volumen total de energía producida crecía suficientemente rápido el perder una fracción mayor en producirla, es decir, reducir la TRE, no tiene ninguna importancia. Hasta que se llega al cenit de producción del recurso, claro está.

Veamos ahora algunos ejemplos de cómo se ha optado más por la fuerza bruta que por la mejora de la eficiencia en la extracción. En EE.UU. y en otros países existe una fuerte campaña en contra de la extracción mineral, particularmente de carbón, por desmontado de montañas (top removal). Como indica su nombre, esta técnica se base en el despiece de una montaña desde su cima, a base de dinamita y excavadora. El énfasis, como ya hemos dicho, se ponen en mantener un elevado nivel de producción, aunque es evidente que machacarlo todo, con gran consumo de energía, no es la manera más eficiente de extraer carbón. Aparte de la baja TRE, este tipo de explotación trae consigo una serie de externalidades bastante adversas (degradación del suelo y del hábitat, contaminación, etc). Para que se hagan una idea vean la siguiente imagen:

La extracción del gas no convencional es otro ejemplo de baja eficiencia extractiva, a pesar de ser lo más puntero en la industria hoy en día y que ha permitido dar alas a la industria creando una burbuja que está a punto de explotar con grave daño económico (léanse el post "¿Un mar de gas natural?", sobre todo los que creen en una nueva supremacía gasística en Argentina y ahora en España). Mediante la técnica conocida como fractura hidráulica (hydrofrac) se inyecta agua a presión para fracturar las láminas de pizarra en el subsuelo y así liberar las burbujitas de metano contenidas y extraer el gas. En el proceso se arruina el recurso (la pizarra una vez fracturada ya no se puede aprovechar, ni siquiera para extraer más gas), se contamina el acuífero y, en casos extremos, se produce ligera sismicidad por el deslizamiento de las placas de pizarra (como ha pasado en las recientes prospecciones en Blackpool, en el Reino Unido). De nuevo, es un método de fuerza bruta que obtiene su rendimiento de "tirar sobre todo lo que se mueve".

Pero ahora nos encontramos en una encrucijada histórica. Las fuentes no renovables de energía, a pesar de los progresos hechos en su extracción, tienen producciones declinantes o a punto de declinar (recordemos: petróleo convencional desde 2005 y todos los líquidos a punto de declinar, si no lo está haciendo ya; gas a partir de 2025, antes incluso a escala regional; carbón posiblemente a partir de este año; y uranio en algún momento entre 2015 y 2035, aunque los estudios más recientes apuntan más hacia la parte baja de esa horquilla). Y el tipo de tecnología que hemos desarrollado para la explotación de los recursos no nos permite aumentar la TRE si no es a costa de disminuir la producción total. Es decir, que hagámoslo como lo hagamos la energía neta tiende a disminuir. Necesitaríamos ser capaces de desarrollar sistemas inteligentes capaces de arrancar los filones dispersos de una mina y seleccionar prácticamente grano a grano lo que es aprovechable y lo que no. Lo malo es que no tenemos esa capacidad tecnológica; los sistemas de reconocimiento de patrones en imagen más avanzados no permiten ni de lejos hacer esas tareas tan especializadas a gran velocidad y en entornos ruidosos y sucios como son las minas. Así que no parece que podamos mejorar la cantidad de energía neta yendo hacia adelante en el progreso tecnológico. Pero, ¿qué pasa si vamos hacia atrás? Fíjese el lector en qué necesitamos: un sistema inteligente, capaz de optimizar el consumo de energía siendo selectivo, adaptable a todo tipo de entornos... De hecho, ya tenemos ese sistema. Se llama ser humano.

No se escandalice el lector, porque ese retorno a los sistemas de explotación de minas del pasado hace tiempo que se está dando, y para mayor agravamiento con un considerable deterioro de las condiciones de vida de los mineros (puesto que la toma de medidas de seguridad también cuesta energía, lo cual se traduce en dinero, que es lo que el propietario de la mina mira). Y no estoy hablando de lugares remotos donde todos hemos oído que pasan todo tipo atrocidades (por ejemplo, las minas de coltan, oro y diamantes en Zaire). Pasaba por ejemplo en mi León natal hace ya casi dos décadas, cuando la cuenca minera se llenó de caboverdianos que venían a trabajar, en condiciones no siempre óptimas, en las minas de carbón; allí, las grandes explotaciones de otrora dieron paso con los años a pequeñas explotaciones casi familiares que explotaban filones marginales, arrancando el negro carbón casi con los dientes por sueldos que desde luego no eran los de otras épocas. Y estoy seguro que si los lectores tienen familia o amigos que trabajan o han trabajado en las minas de las diversas materias primas podrá constatar que en la mayoría de las regiones de este ancho planeta -casi todas salvo las que tienen la suerte de contar aún con filones ricos- las condiciones de vida en la mina, nunca muy gratas, se han ido degradando.

Con el uso masivo de seres humanos en las minas se puede mejorar sensiblemente la TRE manteniendo un nivel relativamente elevado de producción. Sin embargo, en muchos casos a pesar de la introducción de muchos humanos no se puede conseguir mantener la producción total al mismo nivel, y entonces el recurso para mantener la producción de energía neta es aumentar la TRE a base de disminuir el consumo energético de cada unidad humana. Es decir, reducir a los mineros a condiciones de práctica esclavitud.

Este problema, el de la explotación de seres humanos para mejorar la TRE de nuestras fuentes de energía, no afecta exclusivamente a las fuentes de energía no renovable. Nuestros sistemas de producción de energía renovable más avanzados requieren de materiales raros y exóticos - neodimio en el caso de los aerogeneradores de más altas prestaciones, telurio en el caso de las células fotovoltaicas más avanzadas - cuya explotación es de naturaleza no económica, como ya discutimos en su día en el post  "La guerra de las tierras raras". Allá explicábamos que en este momento China ha llegado a controlar más del 97% de la producción y refinado de esas materias primas, elementos químicos mayoritariamente de número atómico elevado y que se encuentran en el planeta Tierra en forma dispersa y sólo pueden ser explotados como subproducto de la extracción de otro mineral principal, como el hierro o el aluminio. Aún así, estas tierras raras no resultan económicas con nuestras técnicas industriales occidentales, ya que con nuestros métodos de explotación serían excesivamente caras. ¿Por qué China ha conseguido producir ese 97% de tierras raras? Porque utiliza otros medios de explotación menos occidentales en su propio país y en las minas que explota en otros lugares, principalmente en África aunque también tiene algunas explotaciones importantes en Sudamérica y próximamente incluso en Canadá y los EE.UU. De las quejas de algunos mineros chilenos sabemos que los métodos chinos no se distinguen precisamente por su buen trato hacia sus trabajadores; pero es que la única manera de que tengan precios competitivos su aerogenerador, su placa fotovoltaica de última generación, su Toyota Prius tan poco contaminente, su iPhone, su iPad, etc es que algunas decenas de miles de personas sean esclavizadas y arriesguen su salud.

El problema de la tendencia a la esclavitud y sacrificio de seres humanos no es, por supuesto, privativo de las fuentes de energía que he mencionado, sino de todas ellas explotadas en un marco de sociedad industrial orientada al consumo masivo. Pondré un par de ejemplos más: hace años, cuando se construían los primeros pantanos que hubo en España se utilizaba una mano de obra masiva, en ocasiones forzados "prisioneros de guerra", muchos de los cuales no volvieron nunca a casa (o a la prisión) por los frecuentes accidentes. En el caso de la energía nuclear, al principio del accidente de Fukushima acaecido en Japón en Marzo de este año se llamó a trabajadores de cierta edad, ya retirados, para trabajar en las primeras y más críticas horas, en un movimiento que recordó a los infortunados "liquidadores" de Chernóbil. En suma, cuando se atascan los engranajes del gigantismo de la sociedad industrial la grasa que los lubrica para ponerlos de nuevo en marcha está hecha de seres humanos machacados.


¿Pasará algo así en Occidente? Yo estoy persuadido de que sí, sobre todo después de ver lo que pasa con las minas de carbón en mi provincia natal. Cuando el hambre o la necesidad aprietan uno se ve obligado a hacer lo que sea. La cuestión al final es que podremos ganar TRE, sí, pero a qué precio: al precio de que cada vez menos personas se puedan beneficiar del acceso a la energía abundante y de calidad. Y entonces cabría preguntarse si este "progreso" merecía la pena.


Salu2,
AMT