Viabilidad de una sociedad industrial 100% renovable

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Queridos lectores,

El debate sobre el futuro renovable se mueve. Poco después de la discusión originada por Xavier García Casals en su blog, y la respuesta que Emilio García Ladona le dio, esta semana hemos comenzado un debate interno sobre dos artículos recientemente aparecidos (Marvel et al. y Jacobson et al) que cifran el potencial eólico del planeta muy por encima del 1TW que planteaba Carlos de Castro y coautores (en pocas semanas esperamos sacar una nota sobre estos trabajos). Dado el tono poco tecnooptimista del autor de este blog podría darse la impresión de que el discurso del OCO está cerrado en ese aspecto: nada más lejos de la realidad. Nosotros somos científicos y lo discutimos todo, y estamos dispuestos a darle la vuelta a todo si encontramos datos nuevos y argumentos mejores de aquellos en los que nos habíamos apoyado. Esto, que es natural en un ámbito científico, sorprende en los ámbitos políticos, donde las posiciones están tomadas de antemano y se defienden a capa y espada (hasta que la cúpula del partido las cambia, por supuesto).

Antonio García-Olivares, miembro del OCO y autor principal de nuestro artículo sobre un posible mix 100% renovable, es un científico con una capacidad extraordinaria para abarcar los problemas, y una persona aún más extraordinaria. Con mi tocayo he discutido muchas veces sobre qué futuro nos espera verosímilmente, y no siempre estamos de acuerdo en todo; pero donde él pone ingentes cantidades de datos y estudios yo sólo puedo oponer intuición. Antonio es verdadero caballero, una persona de gran honestidad intelectual y enorme capacidad de análisis. Escuchar a Antonio siempre vale la pena, por la lección que se va a aprender.

Esta semana Antonio ha escrito un artículo capital: ¿es viable, desde el punto de vista de todas las variables que solemos considerar -y que son generalmente ignoradas- una sociedad industrial 100% renovable? Ni él ni yo ni mucha otra gente tenemos la respuesta a esta pregunta, pero sus reflexiones al respecto son pertinentes. Espero que disfruten de su artículo y su sabiduría igual que lo he hecho yo.

Salu2,
AMT

 

Reflexiones sobre el futuro de la economía capitalista, el papel de las renovables y la actual crisis

Antonio García-Olivares

El cénit de los combustibles fósiles, predicho para aproximadamente el 2030 por distintos investigadores del tema, y la no disponibilidad de alternativas a los mismos, nos lleva a las energías renovables como única alternativa tras el declive de estos combustibles. El uranio tiene previsto su cénit para una fecha cercana a la citada, y la fusión podría ser viable quizás para el 2070-2100, por lo que tampoco estas fuentes de energía son una alternativa a los combustibles fósiles en los plazos necesarios (unas pocas décadas).

Fig. 1. Estación termosolar Manchasol

Fig. 2. Uno de los muchos parques eólicos con los que tendremos que convivir

Sólo quedan las renovables. Sin embargo, tal como discutimos en un artículo publicado en Energy policy (García-Olivares et al. 2012), la solución renovable global supondrá la utilización del 60% de las reservas probadas de cobre. Lo cual lleva a la conclusión inevitable de que tras su implementación, no queda prácticamente margen (materiales) para la continuación del crecimiento exponencial BAU de la economía que hemos disfrutado en el último siglo y medio.

Más allá de esta conclusión general, ni siquiera entre los cuatro autores del artículo, todos ellos cofundadores del Oil Crash Observatory, hay un acuerdo completo sobre cómo se desarrollarán los acontecimientos en las próximas décadas, ni sobre la evolución social previsible y sus plazos, ni sobre el papel exacto que conseguirán tener las renovables en la economía de las próximas décadas. Y no hay acuerdo porque es un tema complejo sobre el que es difícil hacer predicciones, dado que los sistemas sociales en momentos de crisis son parecidos a sistemas dinámicos con atractores debilitados, en los cuales las fluctuaciones locales (movilizaciones sociales), en simbiosis con nuevas técnicas, ideologías nuevas y antiguas y centros de nucleación, se retroalimentan positivamente en competencia unas con otras, con lo cual el resultado es intrínsecamente inestable y dependiente de factores impredecibles. Hablaré de ello en un futuro artículo (García-Olivares y Solé 2012) que también resumiré como post en este blog, si Antonio Turiel amablemente me cede un hueco.

Pero volviendo al tema que nos trae, me gustaría verter aquí mis opiniones personales sobre algunos de estos temas socio-políticos y tecno-económicos para que se vea que el propio OCO no es una asociación monolítica con una línea de opinión oficial, más allá de una serie de ideas que nos parecen muy obvias, como la insostenibilidad de un modelo económico basado en el crecimiento exponencial en un planeta de recursos y “capital natural” finitos, la dependencia patológica que nuestro sistema económico tiene con el petróleo, o la inevitabilidad de un cénit de todos los combustibles fósiles en las próximas décadas. Más allá de esos acuerdos básicos, no hay unanimidad a la hora de valorar el futuro papel de las renovables, la actitud política que deberíamos tomar para promoverlas, la futura evolución económico-social y temas relacionados. Y si no hay acuerdo completo entre nosotros, menos lo puede haber entre todos los interesados en la temática de este blog.

En particular, una de las conclusiones del artículo citado era que la implementación de la solución renovable global en 40 años supondría una movilización económica equivalente a la de una economía de guerra. Esto ha llevado a algunos a pensar: (i) que la implementación de tal solución será imposible, al menos en su totalidad, en los plazos comentados, (ii) que para cuando comience el declive de los combustibles fósiles las renovables no tendrán aún la capacidad de sustituir la potencia no generada por aquellas y esto provocará un colapso general del modo de vida industrializado, y (iii) que el papel de las renovables no puede ser tan ambicioso, y deberíamos plantearnos únicamente su uso para la generación local de energía inmediatamente consumible en los hogares y granjas, y no como fuente de energía para la red eléctrica y consumo a larga distancia. (iv) También se han vertido dudas en este blog sobre la capacidad de la electricidad de sustituir a muchos de los usos que hoy tiene el petróleo.

Antes de emitir opiniones excesivamente tajantes sobre temas tan delicados y en los que nos jugamos tanto, nosotros y nuestros descendientes, yo primero haría algunos números, en lugar de utilizar la intuición o las preferencias personales.

Comenzando con el punto (iv), el de las limitaciones que la electricidad tiene, decir que sí que las tiene. Para empezar no puede ser usada para la síntesis química de productos orgánicos importantes, cosa que sí se hace con el petróleo (hasta con un 9% del mismo en países como USA). Todo esto tenemos el riesgo de perderlo si no empezamos a economizar el petróleo para usarlo en lo que sobre todo en el futuro será especialmente valioso, la industria bio-química. A muy largo plazo, hacer lo mismo con electricidad será mucho más complejo y caro en energía, aunque posible a base de síntesis a partir de moléculas inorgánicas y energía.

Sin embargo, para usos energéticos la electricidad es la mejor fuente posible para hacer cualquier cosa. La energía eléctrica tiene una proporción de exergía (o energía útil) máxima (1). Esto significa que es teóricamente equivalente al movimiento mecánico, aunque en la práctica la conversión a movimiento con un motor de automóvil eléctrico de eficiencia máxima (0.95 actualmente), desperdiciaría el 5% de la energía al producir este movimiento.

Una energía de exergía máxima puede ser utilizada más óptimamente que cualquier otra para CUALQUIER finalidad, incluida la de calentar. En algún post de este foro he visto comentado que resulta inverosímil el uso de la electricidad para usos como los altos hornos para fundir metales. Sin embargo, conviene aclarar que debido a que la electricidad es energía de máxima calidad puede ser usada también, con pérdidas menores que otros sistemas, para producir altas temperaturas, en realidad cualquier temperatura, por alta que sea.

Por ejemplo, no sólo es verosímil usar electricidad para fusión a altas temperaturas, sino que los sistemas más modernos para este fin son eléctricos, tal como muestra el resumen de presentación siguiente:

Horno eléctricos FAME — Presentation Transcript

(Expositores: Paul Zolon Salas Calderón Fernando Dill`Erva Hernández Rosario Romero Conde Gianni Rivera Bustamante)

El primitivo desarrollo del acero eléctrico y la aplicación de los hornos eléctricos a la metalurgia del acero, fue principalmente estimulada por el deseo de obtener un producto que compitiera con el acero al crisol, bastante caro. El horno eléctrico obtuvo gran éxito. La idea de la construcción de hornos eléctricos comenzó a tomar forma a mitad del siglo XVIII. Su utilización efectiva a escala industrial se inició solamente después de 1900 (Siglo XX), es también utilizado para la fabricación de importantes cantidades de acero de calidad corriente.

Los varios tipos de hornos eléctricos usados actualmente en las industrias metalúrgicas pueden clasificarse como sigue: Hornos de arco eléctrico, Hornos de inducción, Hornos de resistencia.

Para la fabricación de aceros, el horno de arco es el tipo más utilizado; le siguen los hornos de inducción. Los hornos de resistencia no se utilizan debido a las altas temperaturas involucradas pero si para el calentamiento de otros metales.

Fig. 3. Horno eléctrico de arco.

•Horno Eléctrico de Arco: Es el reactor principal que se usa para la fabricación de los aceros especiales. Utiliza el calor generado por un arco eléctrico para fundir la carga que se encuentra depositado en el crisol.

Tiene ventajas respectos a otros hornos como: Instalación mas sencilla y menos costosa que la que cualquier horno utilizados para fabricar aceros; se obtienen temperaturas mas elevadas, del orden de los 3500ºC; No se producen gases de combustión, polvos ni humos ni son necesarios chimeneas, recuperadores, etc.; El aprovisionamiento de materia prima es más fácil y libre; Es menor también la absorción de gases por la masa liquida.

Hay dos tipos de hornos eléctricos de arco son:

-Horno eléctrico de arco indirecto:

Debido al esfuerzo de flexión y choques mecánicos a que están sujetos los electrodos, estos hornos tienen una capacidad limitada a un máximo de 2000 Kg. carga sólida a 4000 Kg. carga líquida.

-Horno eléctrico de arco directo:

Son los hornos de arco más usados en la industria del acero y fundición. Existen dos tipos: de arco directo trifásico y de arco directo monofásico.

Fig. 4. Los electrodos de un horno de arco. Se recomienda no ponerse debajo.

Los electrodos de estos hornos de arco son de grafito, y existen varios diámetros y longitudes. Por ejemplo, 100mm de diámetro y 2m de longitud, sujetados con mordazas de cobre, refrigeradas por agua, a las barras longitudinales.

Si la necesidad de acero liquido por año se determina en 4000 t/año, el horno operaría 282 días al año con tiempos de carga de 30 minutos, Fusión: 75 minutos y Colada: 15 minutos.

Para 1 horno de 5t, el diámetro de los electrodos = 120 mm, con 3 electrodos y un diámetro de la cuba de 3 m.

Un horno de 5TM con un tiempo de 2,5 horas/colada, tiene una potencia de unos 8000 kVA = 8 MVA.

•HORNOS DE INDUCCION

Es un horno eléctrico en el que el calor es generado por calentamiento por la inducción eléctrica de un medio conductivo, un metal) en un crisol alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas. Y son de baja frecuencia (50 ó 60 Hz), de media frecuencia (200 a 10000 Hz) y de alta frecuencia (sobre 10000 Hz).

LOS HORNOS DE BAJA FRECUENCIA: son utilizados para la fusión, mantenimiento y sobrecalentamiento de fierro y sus aleaciones, aluminio y sus aleaciones, bronce, latón, etc. Normalmente estos hornos mantienen metal líquido los fines de semana, trabajando a baja potencia, pues la partida con carga sólida es muy lenta.

LOS HORNOS DE MEDIA FRECUENCIA: Pueden ser utilizados para la fusión de cualquier tipo de aleaciones, tanto ferrosas como no ferrosas (fundiciones, aceros al carbono y especiales, Al y sus aleaciones, Cu y sus aleaciones, oro, plata y sus aleaciones, aleaciones nobles, etc.).

LOS HORNOS DE ALTA FRECUENCIA: son utilizados en laboratorio y en calentamiento de piezas para tratamiento térmico.

Los hornos de inducción específicamente utilizados para la fusión de metales se subdividen en: Hornos de canal y Hornos de crisol. Un horno de crisol de fusión por inducción puede tener típicamente 10 t de capacidad de fundición y una velocidad de fusión de 3.5t/h.

•CONCLUSIONES

Los aceros finos, en particular los altamente aleados, se obtienen en hornos eléctricos.

El empleo del horno eléctrico, considerado el sistema más moderno que existe en el mundo para fabricar acero, así como la planta de hierro esponja, donde se fabrica la materia prima para la acería, son dos de los principales exponentes del permanente compromiso con la inversión en tecnologías de punta que permite una constante mejora de todos los procesos.

La ventaja del horno de inducción es que es limpio, eficiente desde el punto de vista energético, y es un proceso de fundición de metales más controlable que la mayoría de los demás modos de fundición de metales.

El Horno de Resistencia aprovecha al máximo la capacidad de fusión.

•BIBLIOGRAFIA:

http://books.google.com.pe/books?id=GHuGDMSpjzUC&pg=PA438&dq=ventajas+de+hornos+el%C3%A9ctricos#PPA438,M1 Fuente: Libro Ing. Electroquímica- Capitulo 17: Hornos eléctricos.

http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/ApunteHornosIndustriales.pdf Fuente: Hornos Industriales - Apunte Universidad de Buenos Aires.

http://www.metalurgiausach.cl/TECNICAS%20EXPERIMENTALES/UNID8.pdf Fuente: Hornos y Medición de temperatura – Apunte Universidad de Santiago de Chile.

Libro: Hornos Metalúrgicos Industriales, Autor: Arturo Lobato Flores.

Principios de Fundición y Moldeo, Autor: Luis Caso Palpa. Página: 346 – 378.

La potencia de un horno viene dada por:

P = I² (R_a + R_ha) = U² (R + R_a) / [(R+R_a)²+X²]

Donde X es la reactancia del circuito hasta el arco, R es la resistencia del circuito y Ra la resistencia (variable) del arco. Si subimos U lo suficiente o bajamos R, Ra y X lo suficiente (aunque no conviene bajarlas demasiado) podemos alcanzar la potencia que queramos. Las potencias habituales de estos hornos se miden en unidades de millones de VA, y capacidades de carga de 40 a 300 Tm son habituales.

Volviendo a las características de una futura sociedad eléctrica, otro de los problemas a resolver será el suministro de electricidad a la maquinaria agrícola. Esto podría hacerse en gran parte levantando redes de tendidos eléctricos en el interior y límites de las parcelas cultivables, con el fin de permitir la toma directa de electricidad de la red por los vehículos agrícolas, mediante cables extensibles.

La aviación es un problema irresoluble para la electrificación, y habría que acudir a motores de combustión de hidrógeno electrolíticamente generado, y también a pilas de combustible en motores de hélice. Vehículos automóviles con necesidades especiales de altas autonomía y potencia también podrían usar motores de combustión y pilas de combustible de hidrógeno.

Para la navegación habría que plantearse combinaciones de: (a) velas,(b) torres termo-eólicas generadoras de electricidad + batería,(c) generación eléctrica por concentración solar y/o fotovoltaica + batería y (d) motores de pila de combustible.

Fig. 5. Uno de los primeros barcos solares.

Esta clase de problemas no parecen tener una dificultad técnica insuperable y habrá que abordarlos por necesidad antes o después. El principal impedimento con el que podríamos chocar antes de llegar a su solución es el que la economía degradara su capacidad de inversión hasta extremos que convirtieran a la industria moderna en insostenible tras el cénit del petróleo y de los demás combustibles fósiles. Y esto nos lleva a abordar los puntos (i), (ii) y (iii) enunciados en la introducción.

Nuestro fuerte como investigadores no es la economía. Sin embargo, los modelos predictivos que utilizan economistas prestigiosos como Ayres (que tengo entendido ha sido propuesto para el Premio Nobel en alguna ocasión) está basado en ecuaciones dinámicas que son fáciles de entender para investigadores de otros campos. Por ello, en un artículo que será publicado próximamente he estudiado, junto con Joaquim Ballabrera, una manera de tener en cuenta la posible evolución económica de un país occidental (EEUU) tras el cénit de los combustibles fósiles basándonos en los modelos propuestos por Warr and Ayres (2006) . Estos investigadores han utilizado una función de producción que introduce tres inputs: no sólo trabajo y capital, sino también energía útil, y que calcula como output el producto nacional bruto (GDP en inglés) que una economía como la norteamericana puede generar, que es una función no lineal de esos tres inputs relativamente independientes, de ahí su nombre de “función de producción”.

Esta función de producción, llamada LINEX (y basada en Kummel), ha sido calibrada para la economía USA y es capaz de predecir su GDP con una varianza explicada del 98-99% aproximadamente, o sea, de una forma muy precisa, cuando se la alimenta con datos históricos de fuerza de trabajo, capital invertido y energía útil de la economía norteamericana, entre 1900 y el año 2000. La energía útil U es la suma de una serie de aportaciones que proceden de las energías producidas por las fuentes habituales de potencia (petróleo, carbón, gas, nuclear, hidroeléctrica, renovables y biomasa) multiplicadas por sus factores respectivos de eficiencia de conversión a energía útil. Esto hace que la energía útil de la economía USA en el año 2000 tuviera una eficiencia global media del 15% aproximadamente. Esto es, el 15% de la energía contenida en los combustibles de partida han pasado a una forma útil para realizar trabajo y funciones económicas y el 85% se ha perdido a lo largo del camino.

Pues bien, nosotros hemos utilizado esa función de producción para estimar cual puede ser la evolución del GDP norteamericano en varios escenarios posibles.

El primer escenario, que llamaré “pesimista” (P) supone que la energía útil de que dispondrá EEUU en el futuro será sólo la derivada de la evolución de los combustibles fósiles y de unas fuentes renovables y nuclear al nivel actual. El segundo, que llamaré “medio” (M) supone que la energía útil de esa economía será la que se derive de la evolución previsible de los combustibles fósiles y de una evolución de las energías renovables con la misma pendiente de crecimiento que ha tenido en los últimos diez años (unos 0.48 EJ/a). El tercer escenario, que llamaré “optimista” (O), supone que las renovables en todo el mundo incrementarán en diez años su pendiente de crecimiento hasta alcanzar la necesaria para llegar en 40 años a la potencia eléctrica necesaria para suplir por completo todas las necesidades globales de un mundo industrializado como el actual (y que Jacobson y Delucchi estimaban en unos 11.5 TW de potencia media utilizada global). Tal potencia, se añadiría a la derivada de los combustibles fósiles que, aunque estará en declive desde el 2030, no caerá abruptamente, sino de una forma aproximadamente gaussiana (la curva descendente de una campana). En todos los escenarios, suponemos que la demanda de energía de EEUU será proporcional al crecimiento de la demanda energética global.

Para predecir cuales podrán ser los factores de eficiencia en una futura economía electrificada, hemos supuesto cinco destinos finales de la energía: calentamiento a baja temperatura (industrial y de espacios habitados), calentamiento industrial de alta temperatura (> 600 ºC), producción de movimiento (transporte y motores industriales), producción de trabajo muscular animal y usos no-combustibles de la energía (producción de sustancias químicas y producción local de movimiento con energías renovables). La pérdida por conversión de energía fósil a energía eléctrica (83% actualmente en EEUU) no existiría en una sociedad basada en renovables, pues la energía primaria vendría ya desde origen en forma eléctrica.

Tales eficiencias están bien documentadas para las fuentes fósiles de energía, y menos para la producción eléctrica de ciertas actividades en que todavía no se usa mayoritariamente la energía eléctrica.

No debería haber una gran diferencia entre la eficiencia de calentar a alta temperatura con combustibles fósiles (0.31 aproximadamente) y el hacer eso mismo eléctricamente.

En cuanto al acondicionamiento térmico de espacios, por ejemplo mantener un ambiente a 20ºC mientras el exterior está a 10ºC, exige que el flujo de exergía (o energía útil) del calor que damos al ambiente sea el 3.3% de la exergía total de la fuente (entalpía en el caso de un combustible, energía eléctrica en el caso de calentamiento con resistencia eléctrica). Es mucho más eficiente usar una bomba de calor, que no obtiene la totalidad del calor de la degradación de una cantidad igual de energía eléctrica, sino que utiliza sólo una parte pequeña de energía eléctrica para transportar una cantidad mucho mayor de calor desde el exterior frío hasta el ambiente interior. En nuestro ejemplo, el máximo teórico son 28 unidades de calor extraídas del foco frío, y 29 unidades de calor transferidas al foco cálido, por cada unidad de energía eléctrica degradada (Eficiencia máxima: e = Tc /(Tc - Tf) = 293 / 10 = 29.3). Aunque en la práctica, una bomba de calor real transferirá solamente unas 5 unidades de calor por cada unidad eléctrica consumida. Unas 4/5 partes de la energía eléctrica (el 80%) permanecerá pues en forma útil para producir movimiento. En comparación, la resistencia dejaría sólo un 3% útil de energía en el aire y degradaría el 97% de la exergía eléctrica inicial, que es como decir su totalidad, pues del aire 10º más caliente que el ambiente poco movimiento se puede sacar y por ello no se le suele dar ningún uso posterior . La proporción de hogares americanos con bombas de calor fue del 12.3% en el 2009 y podría ser del 14% para el 2020 si su implantación sigue al ritmo actual, con precios del gas natural estables. Pero con precios del gas crecientes, la instalación de bombas y de sistemas pasivos se acelerará y a largo plazo esto podría mejorar la eficiencia del acondicionamiento térmico de los hogares.

Esto de la bomba de calor ilustra muy bien la idea que planteaba al principio de que con una fuente de energía de calidad máxima, como la electricidad, se puede hacer lo mismo o más que con una fuente de peor calidad, como un combustible o, peor aún, un gas a cierta temperatura. Por ejemplo, calentar un espacio se puede hacer eléctricamente a lo bestia, degradando la electricidad con una resistencia, con lo que se obtiene el mismo calor que quemando un combustible con el mismo contenido energético o entalpía. Pero también se puede hacer de forma mejor, aprovechando la calidad de la fuente (que es equivalente a un movimiento mecánico o trabajo) para mover el motor de una bomba de calor y traer el calor desde el foco frío hasta el caliente, con lo que se obtiene más calor que quemando un combustible energéticamente equivalente. Desgraciadamente, cuando se trata de fundir un metal (a 2727 ºC por ejemplo) con una bomba de calor, la diferencia de temperatura con respecto al medio ambiente (que está por ejemplo a unos 10ºC) es tan grande que su eficiencia baja hasta 3000/2990 que es poco mayor que 1, y es escasamente mejor que degradar toda la energía eléctrica con una resistencia o un arco eléctrico, que son dispositivos más simples. Pero en cualquier caso, con una energía de alta calidad como la electricidad se puede hacer lo mismo o más que con otra equivalente de peor calidad.

La producción de movimiento es también mucho más eficiente eléctricamente que con un combustible (0.12 en el 2000). Los motores eléctricos tienen eficiencias del 90%, aunque al ser usados frecuentemente fuera de sus parámetros óptimos de diseño, su eficiencia cae al 60% típicamente, y hasta al 30% si los rozamientos internos de las transmisiones del movimiento se descuidan (como en algunos talleres industriales donde un motor produce movimiento giratorio para muchas máquinas diferentes alejadas del mismo). Aún así, su eficiencia es mucho mayor que las de los motores de combustión.

Aún estoy trabajando en el cálculo detallado de estas eficiencias parciales, pero los primeros resultados me indican que la eficiencia económica global podría aumentar de 0.15 hasta cerca de 0.3 con técnicas muy parecidas a las existentes actualmente si la sociedad se electrificase completamente. Por ello, he supuesto que en 100 años la eficiencia podría subir a 0.28 y a más largo plazo, puede tender a valores del orden de 0.4 en otro siglo más. Esto no creo que sea pecar de excesivamente optimistas, dado el límite teórico de eficiencia eléctrica para producir eficiencia es 1 y que ya hay funcionando motores de vehículos eléctricos con eficiencia 0.95.

Otra hipótesis de nuestro modelo es que la fracción que se reinvierte un año con respecto al PIB del año anterior (que en el 2000 ha bajado a 0.56 veces la observada en 1900 en USA) decrecerá proporcionalmente a medida que haya menos capital disponible para reinvertir, debido a la bajada de la TRE. La TRE la calculamos, para cada combustible fósil, siguiendo el modelo de Dolores García:

TRE_i (t) = c 100 f_i(t)²

Donde f_i(t) es la fracción de combustible fósil “i” que queda por extraer en el tiempo t. Esta expresión tiene la propiedad de que cuesta la misma energía extraer la primera mitad de combustible que la que cuesta extraer la siguiente mitad (1/4 restante) y así sucesivamente.

Calculamos el TRE social efectivo como la media de cada TRE_i pesada con el peso que tenga en ese momento cada combustible en el mix energético. Para las renovables supongo un TRE constante igual al actual.

Suponemos también que la fracción de capital invertido en el sector energético (x) con respecto al GDP es la misma fracción que la energía invertida en producción energética con respecto a la energía total consumida: x=1/TRE.

La figura siguiente muestra los ajustes efectuados con los distintos combustibles fósiles a curvas gaussinas de Hubbert. Las cantidades totales finalmente recuperables (URR) de cada combustible son un importante parámetro que disminuye la incertidumbre del ajuste. Basándonos en Laherrere (2007), quien ha efectuado análisis muy detallados país por país, de las reservas creíbles de petróleo convencional o no, gas y carbón, estas URR son las siguientes:

Líquidos: 400 Gtoe; Gas: 300 Gtoe; Carbón: 600 Gtoe.

La figura siguiente muestra los tres ajustes efectuados con esas URR y los datos históricos de producción (líquidos: línea punteada; carbón: línea discontinua; gas: línea punteada-discontinua), así como la suma de los tres combustibles y la curva suma de los tres ajustes (línea fina continua), que da idea de la evolución futura de todo el input energético fósil en EJ.

Fig. 6. Ajustes de Hubbert de los datos históricos de consumo de los tres combustibles fósiles

Obsérvese que el ajuste predice un máximo de todos los combustibles fósiles agregados para el 2029 aproximadamente.

El GDP predicho por el modelo para el escenario pesimista se muestra en la figura siguiente.

Fig. 7. GDP de EEUU según el escenario P

Puede observarse un máximo de producción en torno al 2035 seguido de un declive hacia un estado estacionario asintótico derivado de la fuente constante que hemos supuesto de origen nuclear y renovable. Esta curva está muy correlacionada con la curva de evolución de la energía útil, a la que la función de producción de Ayres-Kummel es muy sensible. 

El GDP predicho por el modelo para el escenario intermedio se muestra a continuación.

Fig. 8. GDP de EEUU según el escenario M

Se observa un máximo en el 2035 seguido de un declive hasta niveles algo inferiores a los actuales, seguido de una recuperación a largo plazo del GDP. La causa de la recuperación es el aumento de la eficiencia de conversión eléctrica a trabajo útil, que hemos supuesto pasa de 0.3 a 0.4 en un siglo.

El GDP predicho por el modelo para el escenario más optimista se muestra a continuación.

Fig. 9. GDP de EEUU según el escenario O

Se observa un máximo de producción al final de la implantación masiva de todas las renovables, un suave descenso debido al declive de los combustibles fósiles, que es compensado en un siglo por la subida de la eficiencia de conversión. A más largo plazo, la producción tiende a un estado estacionario tras el año 2300 y siguientes siglos, pero en niveles de producción que son aproximadamente el doble que el actual. La causa última de este nivel estacionario tan alto es, como antes, la alta eficiencia de conversión a trabajo útil que se puede lograr, plausiblemente, en una sociedad electrificada.

Esta curva está muy correlacionada con la evolución de la energía útil, que se muestra a continuación. Las unidades están normalizadas a la energía útil consumida en USA en el año 1900.

Fig. 10. Energía útil suministrada a la economía de EEUU (normalizada al valor en 1900)

Obsérvese que, adjunta a la línea continua hay una línea de color rojo hasta el año 2000, que corresponde a los datos históricos de energía útil consumida por la economía USA, y que es adecuadamente ajustada por el modelo. 

Todas las tendencias a largo plazo tienden a un estado estacionario debido a que la instalación de fuentes renovables de energía que es necesaria para mantener a una sociedad industrial parecida a la actual implica el consumo de la mayor parte de las reservas de cobre, con lo cual a largo plazo hay que conformarse con una producción energética que no crezca.

Volviendo ahora a los puntos (i), (ii) y (iii) de la introducción, los números arriba esbozados indican que la implementación de la solución que proponíamos en el artículo de Energy Policy no es vital que se haga en 40 años. Incluso al ritmo de instalación renovable actual, la producción primaria de energía podría ser suficiente para sostener un crecimiento BAU hasta 2035. La suma de la contribución renovable y fósil tiene la capacidad de evitar un colapso general del modo de vida industrializado, al menos hasta esas fechas (2035 en un escenario, 2060 en otro), pero siempre que los ecosistemas globales no empiecen a colapsar catastróficamente antes. Y no parece que haya sensibilidad ambiental suficiente como para evitarlo.

En contestación a la objeción (iii) pienso que las renovables tienen la capacidad de generar un sistema global de energía primaria eléctrico y conectado por bloques continentales, capaz de mantener un tipo de sociedad industrializada análoga a la actual, y su uso para la generación local de energía inmediatamente consumible en los hogares y granjas es perfectamente complementario con el primero y se estabilizarían mutuamente. Una sociedad de producción energética local y no interconectada no es la única solución accesible a nuestros medios técnicos. Aunque una sociedad estacionaria futura no podrá ser capitalista sino de estado estacionario, y habrá que buscar una economía capaz de prestar sin interés y de dar trabajo a la gente sin crecer.

La actual crisis de estancamiento de las economías occidentales podría tener más que ver con la burbuja derivada de la reinversión de los excedentes de capital en sectores altamente especulativos y que no respondieron a las expectativas de un crecimiento sostenido de al menos el 3% que espera siempre la clase capitalista (Harvey 2010). Esta insuficiencia de la tasa de crecimiento puede deberse en parte a una mayor rigidez de la oferta de petróleo, como muestran distintos datos recogidos previamente en este blog y también, probablemente, a cierto agotamiento del último ciclo de Kondratieff, que se basó en el consumo de masas unido al derroche y al crédito. Las bases de esta expansión sin igual del consumo fue minada por la contrarrevolución neoliberal de Reagan y Thatcher, que deterioró la capacidad de consumo de las clases medias y bajas. Me inclino a pensar que el actual frenazo del GDP de las economías occidentales tiene un origen mixto, económico-político por un lado y energético por otro. Sin embargo, tras hacer cuentas, no veo motivo para que la actual crisis capitalista no pudiera ser superada por el capitalismo, momentáneamente, con una inversión masiva en energías renovables (sobre todo eólica y termosolar, en las que por cierto España es primera potencia mundial, aunque el actual gobierno parece no haber sido informado de ello). Ello probablemente iniciaría un nuevo ciclo de Kondratieff de reinversión en nuevas técnicas energéticas, que podría ser reforzado luego por inversiones en biomedicina , cibernetización, reciclado y automatización industrial. Al menos hasta el año 2060.

Tal como muestran nuestros escenarios medio y optimista, con el apoyo masivo de las renovables, la escasez energética podría no producirse aún en las próximas décadas sino que podría atrasarse hasta el 2035 o 2060 gracias a la aportación de las renovables, dependiendo de su ritmo de instalación. Sin embargo, a partir del 2060, e independientemente de si el ritmo de crecimiento de las renovables es el actual (escenario M) o el aún más alto del escenario O, el GDP no puede seguir creciendo, y comienza a decrecer hasta el año 2150 aproximadamente, en ambos escenarios. Este periodo de 90 años es una barrera para el modo de producción capitalista, debido a que el capitalismo está fuera de sus “parámetros de diseño” en una situación de no-crecimiento, y mucho más, de decrecimiento. No puede haber reinversión ampliada de capital para defenderse de los competidores, los intereses de la deuda social agregada no pueden ser devueltos y, en decrecimiento, se destruye capital, etc.

Sin embargo, podría ser que la actual crisis no empalmara con la crisis energética inevitable a largo plazo, sino que hubiera un intento de reinversiones masivas entre el final de esta crisis y el año 2060. Esta posibilidad se realizará o no, pienso, dependiendo de la flexibilidad que tenga la economía capitalista actual para sustituir en la próxima década sus equipos alimentados por combustibles fósiles por equipos eléctricos y en la capacidad que tenga de hacer lo análogo con su sistema de transporte, así como de la lucidez que tenga la simbiosis estado-capital para apostar decididamente por la implantación de fuentes renovables de energía, a pesar de los intereses creados del sector fósil.

Los investigadores de orientación marxiana, como Harvey (2010) tienden a pensar que la cintura del capitalismo a la hora de destruir para crear y relanzar nuevos ciclos de Kondratieff es enorme, a pesar de la degradación ambiental que un nuevo ciclo expansivo generaría. Por ello, opinan que el capitalismo superará la crisis actual, salvo que los movimientos sociales adquieran antes una dimensión revolucionaria, algo difícil de predecir en cualquier caso. Yo no tengo opinión formada acerca de la cintura del actual sistema y sólo diría que se avecinan décadas “interesantes”.

Barnosky et al. (2012) avisa de que el 43% de los ecosistemas globales están ahora seriamente perturbados y que una perturbación del 50% de ellos probablemente constituirán un punto de no retorno para muchos ecosistemas, con sorpresas locales y globales impredecibles en todas las escalas. Sólo con el actual nivel de consume y de crecimiento de la población esta perturbación se produciría ya en el año 2025. Pero si iniciamos un ciclo expansivo nuevo, las consecuencias probablemente serán aún más catastróficas, con lo cual es posible que un nuevo intento de revitalizar el capitalismo por la vía del crecimiento ampliado conduzca ya en una o dos décadas a una crisis medioambiental no vista hasta ahora. De modo que el colapso del modo de producción capitalista, en mi modesta opinión, debería esperarse entre el año 2025 y poco después del año 2060.

En una situación tan delicada como la actual, cercana al límite absoluto de recursos cruciales y de la estabilidad de la biosfera, lo políticamente más inteligente sería comenzar a establecer sinergias entre los grupos que vamos cobrando conciencia de la insostenibilidad del modo de producción y reproducción social. Esto es esencial para generar “centros de nucleación” en los que ensayar nuevas prácticas e ideas-guía que, cuando las cosas se pongan mucho peores y la gente no vea salida, puedan servir como ordenadoras del cambio cualitativo necesario, propagándose a toda la sociedad. Las diferencias en el modo de concebir la futura economía me parecen secundarias frente a esto, primero, porque probablemente no será como imaginamos ahora ninguno de nosotros , segundo porque dependerá de qué sinergia entre grupos e ideas sociales se convierta en dominante. Yo trataría de evitar divisiones por cuestiones secundarias e intentaría establecer alianzas lo más grandes posibles entre los grupos que buscamos alternativas a este absurdo insostenible y suicida.

Referencias.

García-Olivares, A. Ballabrera, J., García-Ladona, E. and Turiel, A. (2012). A global renewable mix with proven technologies and common materials. Energy Policy 41, p. 561-574.

García-Olivares, A., Ballabrera J. (2012). The Peak of Energy and Minerals and the Economic Future. Proceedings of The 2^nd World Sustainability Forum, 1-30 November 2012. http://www.sciforum.net/conf/wsf2/

García-Olivares, Solé, J. (2012). Limits of Energy and Resources and the Crisis of Capitalist Growth. Proceedings of The 2^nd World Sustainability Forum, 1-30 November 2012. http://www.sciforum.net/conf/wsf2/

Harvey, D. (2010). The Enigma of Capital and the Crises of Capitalism. Profile Books Ltd., London.

Laherrere (2007), Fossil fuels: what future? Workshop “Global Dialogue on Energy Security”, The Dialogue International Policy Institute, China Institute of International Studies. http://hubbertpeak.com/laherrere/Beijing20061009.pdf (06/06/2011).

Warr, B. and Ayres, R.( 2006), REXS: A forecasting model for assessing the impact of natural resource consumption and technological change on economic growth, Structural Change and Economic Dynamics 17, p. 329-378.