Electrones contra moléculas
¿Es la electricidad la varita mágica contra el cambio climático?
No es inusual que al valorar soluciones contra el cambio climático se discuta si es una cuestión de energía, ya que, de forma directa o indirecta, está presente en un 70% de las emisiones de gases de efecto invernadero. Y que se acabe hablando de electricidad.
En “Electrify: An optimist’s playbook for our clean energy future”, Saul Griffith, fundador y chief scientist de Rewiring America, defiende esa idea y comparte un plan para parar el cambio climático basado en electrificar todo (“electrify everything”), coherente cpn los recursos para ponerlo en marcha que publica su fundación.
Refrendado por sus credenciales técnicas, Griffith ve la electrificación como una solución que sólo necesita pasar del plan a la realidad. Necesitamos transformar nuestra infraestructura, actualizar la red y adaptar hogares e industrias. Lo que implica crear una red neutral, que permita el acceso igualitario a hogares, negocios y compañías energéticas. Y llama a movilizar la financiación y regulación necesarias para hacerlo posible - y de paso dar lugar a “la mayor ola de creación de puestos de trabajo de nuestro tiempo”.
Electricidad y emisiones
Pero a fecha de hoy electrificar no asegura que no haya emisiones. De hecho, la situación a nivel global es la contraria. La electricidad es una energía final, preparada para el consumo, pero su generación implica todo tipo de energías primarias, desde las renovables hasta el carbón.
Si bien más de un tercio de la electricidad mundial viene generada por energías limpias, incluyendo renovables y nuclear, la fuente primaria más importante de energía sigue siendo el carbón, seguido del gas, la nuclear y la hidroeléctrica. Inmediatamente siguen la energía eólica y solar, que sin embargo son las que mayor crecimiento tienen.
Y es que el futuro de la electricidad pasa por las renovables. Ya son el 30% del mix actual de electricidad, incluyendo eólica, solar, hidroeléctrica y otras emergentes como la biomasa, térmica y marina. Se espera que llegue al 80% en 2050. Y aunque buena parte del crecimiento reciente ha sido a expensas de la nuclear, ya va desplazando energías fósiles.
Esta incorporación de fuentes limpias y renovables están convirtiendo la electricidad en energía limpia. De hecho, ese mix global varía mucho a nivel de país, con ejemplos como Suecia o Francia, que tienen un peso muy reducido de combustibles fósiles por las renovables y la nuclear. En España las renovables ya alcanzan el 50% y han pasado a los fósiles, que reducen su participación por debajo del 30%.
Estos datos son públicos y se pueden customizar en este gráfico interactivo. Herramientas como Electricity Maps permiten dar un paso más y conocer el impacto climático de la producción y consumo de electricidad por región.
Parece que deberíamos apostar de forma decidida por la electricidad en el largo plazo, pero de forma inmediata no ser mucho más rápidos en su adopción que en “limpiar” su mix, para evitar que tenga que tirar de energías con emisiones. En USA el porcentaje de origen fósiles sigue estando en torno al 60% y en China es superior.
Antes del “electrify everything”, empecemos con el “when it dies, electrify: pasemos a eléctricos todos los nuevos productos e instalaciones que repongamos o incorporemos a nuestra vida.
Lo importante es la tendencia. Aunque la electricidad todavía no garantice un corto plazo libre de emisiones, sí parece ser la mejor preparada para canalizarlo.
Electromagnetismo y termodinámica
En la industria se habla de electrones contra moléculas, como monedas de los dos grandes sistemas de energía final que hacen funcionar nuestro mundo. Esta lucha, que no es nueva, ha entrado en una nueva fase.
Un excelente contexto lo da el artículo “The triumph of electromagnetism over thermodynamics” de Noah Smith, que ya se moja desde el título y realiza un recorrido completo desde el origen de estas tecnologías hasta nuestros días:
La electricidad y la combustión son complementarias -por ejemplo, al quemar carbón para hervir agua que enciende una turbina que enciende un generador estás creando electricidad. Y ambas dependen de alguna forma química de energía potencial (un tanque de gas, una batería) para transportar energía de un lugar a otro.
Pero son dos formas muy diferentes de mover la energía. La combustión ocurre en una avalancha desordenada, mediante la producción de calor por rápidas reacciones químicas de forma descontrolada. La electricidad es un proceso mucho más estable y controlado, enviando de forma deliberada electrones a través de cables y otros materiales de conducción. Para entender la combustión, hay que entender la física del movimiento aleatorio; para entender la electricidad, hay que entender la física más precisa de cómo los campos magnéticos mueven partículas.
Con frecuencia, electricidad y combustión han satisfecho propósitos diferentes. La combustión, que libera energía muy rápidamente y permite un almacenamiento muy denso de energía, ha permitido el “oomph” para que rueden los vehículos. Pero la electricidad, con su control más fino, es lo que usamos para ordenadores, radios y otros instrumentos electrónicos. Como enviar electrones en una línea ordenada es más eficiente que liberar energía como calor, la electricidad es también mejor para aplicaciones como iluminar nuestro hogar. Por ello, durante siglos las dos han coexistido de la mano. Una ofreciendo potencia y portabilidad, la otra precisión.
Su evolución posterior parece haberse decantado del lado de la precisión que proporciona la electricidad, que permite usar la energía sólo cuando es necesaria, lo que le ha permitido ser protagonista de la explosión de la eficiencia industrial. Además, se ha beneficiado de dos grandes revoluciones tecnológicas, los semiconductores y las baterías. Mientras, los avances de la combustión han sido modestos. Ventaja para los electrones.
El imparable momento de la electricidad
En consonancia, el Rocky Mountain Institute (RMI), en su informe The Cleantech Revolution, ve este avance de la electricidad como inevitable, y la corona como la principal fuente de energía final :
Lo que ha ido consiguiendo sector a sector. Tras los edificios y la industria, ahora le toca al transporte:
Este avance es resultado de la combinación de 3 fuerzas que le son inherentes y se refuerzan entre sí: la propia electrificación, la revolución de las renovables y la mejora de eficiencia. Gráficamente:
Los electrones avanzan sobre las moléculas, impulsados por su nuevo mix más competitivo gracias a la revolución renovable, y mejoran el rendimiento global del sistema energético, dada su superior eficiencia y capacidad de mejora.
Aunque el impacto medioambiental de la eficiencia no es mencionado con tanta frecuencia, juega un papel fundamental a favor de los electrones frente a las moléculas, como resume el propio RMI:
El sistema actual de energías fósiles es increiblemente ineficiente. Casi dos tercios de toda la energía primaria se desperdicia antes de haber hecho ningún trabajo. O sea, más de $4.6 trillones al año, casi un 5% del PIB global, se convierte en humo por ineficiencia.
Estamos en un momento histórico en el que estas 3 fuerzas pueden convertir a la electricidad en la moneda dominante en el mercado de la energía, de igual manera que el carbón superó a la madera y el petróleo al carbón. ¿Hay algo que pueda parar esta tendencia?
Las moléculas se defienden
Sin embargo, no olvidemos que la posición inicial sigue siendo una ventaja amplia para las moléculas, pese al impacto negativo de las energías fósiles.
Los productores y distribuidores de estas energías son más que combustibles fósiles. Cuentan con redes de distribución de gran alcance, resultado de una gran inversión acumulada. Y han desarrollado capacidades de extracción, gestión de proyectos e ingeniería extensibles a otras posibles energías basadas en moléculas.
Desafortunadamente, pocos de estos activos parecen tener un buen encaje en el imparable mundo de la electricidad, quizás salvo la extracción para las plataformas eólicas marinas y minerales necesarios en las baterías. ¿Es que no hay futuro para las moléculas?
Hay operadoras como Shell que no lo ven así. De hecho su nuevo posicionamiento es el de “agente clave en la energía molecular de hoy y del futuro”. Abarcando, junto a las energías fósiles, otras energías emergentes basadas en “moléculas limpias” como los biocombustibles y el hidrógeno. Además, las tecnologías de absorción de CO2 como el CCS (carbon capture and storage) permiten poner sus capacidades vinculadas al carbono al servicio de la lucha contra el cambio climático.
La complementariedad de estas oportunidades emergentes con sus negocios y redes actuales son claras, como ya lo demuestran los combustibles con porcentaje renovable que están comercializando, donde combinan sus energías tradicionales con biocombustibles, o los proyectos combinados de producción y absorción de CO2. No sorprende tampoco que estén apostando por una energía tan emergente como el hidrógeno, más afín a su ADN.
Adicionalmente, hay sectores en los que las moléculas son difíciles de sustituir, como las industrias de difícil descarbonización (“hard to abate”): el cemento, el acero, el vidrio, la petroquímica o la aviación. Tal vez sea cuestión de tiempo que el avance imparable de la electricidad les alcance de forma competitiva, como ya empieza a suplir la continuidad en el suministro gracias al abaratamiento y mejora de rendimiento de las baterías. Pero entre medias puede haber el suficiente tiempo y oportunidades para extender el ciclo actual de las moléculas y desarrollar las nuevas soluciones por las que están apostando.
Otras operadoras, como TotalEnergies, se posicionan apostando por la transición energética, jugando un papel entre moléculas y electrones, a los que su CEO Patrick Pouyanné llama Sistema A y Sistema B. Como recoge The Economist:
“Texas es El Dorado para nosotros, El Dorado de la energía. Puedes tener energía en todas sus formas, del gas a las renovables.”
TotalEnergies seguirá invirtiendo en el SIstema A mientras lo necesite el mundo, lo que nos debería proporcionar suficientes recursos para invertir en el Sistema B, necesario para lograr los objetivos de clima.
Retos para los electrones
Los productores y distribuidores de electrones también tienen sus retos, más allá de la discontinuidad planteada por las renovables.
Probablemente el mayor sea adaptar su red a las nuevas oportunidades. Una red que las incorpore con todas sus ventajas, con la descentralización y neutralidad que establecía Griffith para asegurar el acceso igualitario a hogares, negocios y compañías energéticas. Y un esquema tarifario y marco normativo que incentive la generación distribuida y facilite trasladar mejores precios al consumidor final impulsados por la energía renovable y distribuida.
Esta red, que a corto plazo requiere un proceso de inversión y actualización muy ambiciosos, podría convertirse en una gran ventaja competitiva. Así lo ven en el legendario fondo de Silicon Valley A16Z:
La red eléctrica, un vasto y complejo sistema de cables y centrales, es esencial para nuestra economía y fortaleza industrial. Hoy nos enfrentamos a un reto crítico: nuestra demanda de energía se espera que se duplique para 2040, empujada por factores como la IA, la reubicación de industrias y la electrificación, pero nuestra infraestructura y operaciones de red tienen dificultades para servirla.
Para asegurar un futuro de abundancia energética, debemos simplificar la generación, transmisión y consumo de electricidad, lo que implica descentralizar la red. Las grandes centrales eléctricas y largas líneas de distribución son complejas de construir, pero las tecnologías como solar, baterías y los reactores nucleares avanzados presentan nuevas posibilidades. Serán estos, junto a tecnologías más “locales”, los que pueden ahorrarse costosas infraestructuras y ayudar a asegurar su crecimiento durante las próximas décadas.
Mientras la expansión industrial histórica se basó en grandes plantas centralizadas, este siglo marca un cambio a fuentes más descentralizadas e intermitentes, pasando de un modelo de “hub and spoke”a una red distribuida. Evoluciones como esta traen grandes cambios, que la innovación debe resolver.
La hora de la verdad
¿Estamos por tanto ante un combate igualado, o está alguna de las partes en ventaja? Si las tres grandes fuerzas señaladas por RMI componen un ciclo exponencial basado en una superioridad tecnológica, parece que los electrones serán inevitablemente la nueva moneda energética dominante .
Pero conviene no olvidar la posición de partida y que los operadores de moléculas van a seguir tratando de hacer todo lo posible para apalancar sus redes y capacidades, Lo cual también puede tener un efecto positivo en cuanto sirva para fomentar la innovación y el desarrollo de fuentes de energía alternativas y nuevas tecnologías que no emitan o absorban gases de efecto invernadero. Todo suma. Quizás hasta haya desarrollos que fuercen una segunda vuelta.
En cualquier caso, la electricidad está llamada a ser el protagonista de esta lucha y no puede decepcionar. Necesitamos energía limpia y abundante, que también permita hacer rentable la economía circular.
Todo parece indicar que la electricidad ya está en racha. Y no debería parar. Como Griffith sugería, el mapa está claro y es el momento de ejecutar.
