Comparación del Gas Natural y Otras Fuentes de Energía con Respecto a su Energía Neta y su Intensidad en Carbono y Otros Contaminantes

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1 Comparación del Gas Natural y Otras Fuentes de Energía con Respecto a su Energía Neta y su Intensidad en Carbono y Otros Contaminantes por Dr. Roberto Dobles San José, Costa Rica 13 de octubre del 2010

2 Indice I. Introducción Evolución hacia nuevos factores de desarrollo energético El gas natural: más energía neta, menos contaminantes, más abundancia y mayor seguridad energética Objetivos y estructura del documento II. Energía neta: retorno energético de la energía invertida (EROI).. 1Error! Bookmark not defined. 1. Definición de EROI EROI: un factor dinámico La disminución de la energía neta con el tiempo Algunos ejemplos de la problemática del EROI de algunas fuentes de energía Datos promedio del EROI Abundancia del gas natural Bajo EROI y alta intensidad en carbono: una combinación negativa Petróleo convencional y no convencional Ventajas del EROI como factor de planificación energética III. Las importaciones de petróleo tienen un menor EROI y emiten más gases de efecto invernadero Consumo de energía en el transporte de energía Consumo de energía en el procesamiento de la energía IV. Retorno energético (EROI) e intensidad de carbono Relación de átomos de hidrógeno y de carbono de los combustibles Emisiones de CO2 por unidad de energía Contaminación del aire Efectos de la contaminación del aire Análisis comparativo de emisiones a la atmósfera V. Intensidad de carbono y otros contaminantes de las fuentes de energía VI. Exergía y la energía como servicio VII. Huella energética y huella de emisiones en el territorio nacional Consumo creciente de energía en el país y la huella energética y de emisiones Importaciones crecientes de petróleo y derivados y derivados Huella energética y huella de emisiones sectorial: caso del sector trasporte Huella energética y huella de emisiones de una empresa o un consumidor individual Huella nacional de emisiones de contaminantes VIII. Conclusiones

3 Comparación del Gas Natural y Otras Fuentes de Energía con Respecto a su Energía Neta y su Intensidad en Carbono y Otros Contaminantes 1 I. Introducción 1. Evolución hacia nuevos enfoques de desarrollo energético La energía neta de las fuentes de energía y el contenido de carbono y otros contaminantes son factores claves para el desarrollo energético del Siglo XXI, además de la abundancia, la existencia tecnología bien establecida, el bajo costo, la baja contaminación, la alta calidad, la escalabilidad para ser una fuente importante en el abastecimiento energético y la seguridad energética (y económica), entre otros factores. La energía neta surge de la relación entre la energía requerida para extraer y procesar una fuente de energía y la energía que al final se obtiene. Entre más alto sea el consumo de energía en los procesos de extracción, procesamiento, entrega y mejora de una fuente de energía, menor será la energía neta proporcionada por esa fuente a la sociedad; pero también el costo y la contaminación serán mayores. "Los bienes y servicios que deseamos y necesitamos para tener lo que llamamos la civilización moderna depende en gran medida el suministro de energía neta para la sociedad. Con respecto a la energía neta total que tenemos a nuestra disposición, alrededor del 90 por ciento de los más o menos 100 quads (o 10 5 EJ) se reducirá a 80% si el costo de la energía se duplicara (como sucedió en la primera parte del 2008), o bajaría hasta 60% si se duplicara de nuevo y así sucesivamente, todo lo cual es muy posible. Desde esta perspectiva es muy probable que el TRE, o Tasa de Retorno Energético (EROI, Energy Returned on Energy Invested) pueda convertirse en un factor sumamente importante en la definición de nuestra economía futura y nuestra calidad de vida 2. El contenido de carbono y otros contaminantes de una fuente de energía primaria se deriva de su composición química y física. Cada fuente de energía tiene una composición física y química muy diferente. Por ejemplo, la leña tiene una relación de más átomos de carbono con respecto a los átomos de hidrógeno que el carbón. As su vez, esta relación es mayor en el carbón con respecto al petróleo. El contenido de otros contaminantes varía mucho igualmente entre las fuentes de energía. Por ejemplo, el carbón contamina más que el petróleo. Pero también las fuentes al interior de cada categoría de energía varían 1 Dr. Roberto Dobles, San José, Costa Rica, Este documento forma parte de una serie de documentos sobre temas energéticos: 1. El Papel del Gas Natural Gas en el Nuevo Paradigma Energético del Siglo XXI. Sostenibilidad ambiental, cambio climático, progreso social, seguridad energética y desarrollo económico, 5 de febrero del El Gas Natural como Combustible Puente o de Transición para el Desarrollo de Matrices Energéticas Óptimas para la Sostenibilidad Energética de Costa Rica en el Siglo XXI, y su Anexo, 17 de marzo del Similitudes entre la Exploración y Producción de Gas Natural y de Energía Geotérmica, 4 de mayo del Pico de la Producción Mundial de Petróleo: Agotamiento de las Reservas Mundiales de Petróleo, 31 de agosto del Impacto del Cambio Climático en las Fuentes Renovables de Energía, 13 de setiembre del Comparación del Gas Natural y Otras Fuentes de Energía con Respecto a su Energía Neta y su Intensidad en Carbono y Contaminantes, 27 de setiembre del Signos de Crisis Energéticas Severas en el Siglo XXI y el Rol del Gas Natural (en proceso de elaboración). 8. Uso del Gas Natural en el Transporte y Perspectivas Futuras (en proceso de elaboración). 2 What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have?, Charles A. S. Hall *, Stephen Balogh and David J. R. Murphy Program in Environmental Science, State University of New York - College of Environmental Science and Forestry, Syracuse NY, 13210, USA, Energies 2009, p. 44, 2, 25-47; doi: /en , 3

4 mucho entre sí. Diversos tipos de carbón o de petróleo varían mucho en su contenido de contaminantes. Por ejemplo, hay tipos de petróleo que contienen mucho más azufre y metales que otros. Las diversas fuentes de energía que existen en el mundo, que son en realidad recursos portadores de energía ( energy carriers ), no son iguales. Entre otras diferencias, tienen un contenido de energía neta y de carbono y contaminantes diferentes. La escogencia de una mezcla o portafolio apropiado de fuentes primarias de energía (matriz energética del país) y su evolución en el futuro van a determinar significativamente los beneficios económicos, sociales y ambientales, al igual que la sostenibilidad y la competitividad que se obtengan del sector energía para mejorar la prosperidad social, la calidad de vida y la calidad ambiental. Conforme el petróleo se va agotando (pico de la producción mundial de petróleo), se estará explotando cada vez más los diversos tipos de petróleo no convencional que existen en el mundo, los cuales no solamente son más caros, sino que también tienen menos energía neta por cada barril (ya que se consume mucho más energía para ser extraídos y procesados) y son más contaminantes, tales como el petróleo pesado ( Heavy Oil ), el petróleo de arenas bituminosas ( Tar Sands ) y el petróleo de esquisto ( Oil Shale o Kerogen Oil ). El mundo está migrando también hacia petróleos medianos más ácidos y con mayor contenido de contaminantes. El país no solamente debe evitar consumir fuentes de energía que tienen cada vez menos energía neta y más contaminantes, como el petróleo pesado, sino también debe evitar sufrir por décadas a venir las serias consecuencias del pico de la producción mundial de petróleo, que conllevará escasez creciente y un continuo escalamiento de los precios. Ambos procesos están ligados, ya que el pico de la producción mundial de petróleo está conduciendo hacia la producción y consumo de petróleo no convencional y petróleo convencional más ácido, ya que conforme las reservas se van agotando, el petróleo restante se vuelve más pesado, fluye menos libre y tiene más impurezas, aumentando no solamente los costos de exploración, extracción y transporte de zonas lejanas, sino que también aumentan los costos de la refinación. Al inicio, primero se explotaron los recursos más fáciles de extraer y de procesar y los más cercanos a la superficie y a los consumidores. Con el avance del tiempo la situación ha cambiado radicalmente. El continuar con las crecientes importaciones de petróleo y con la alta dependencia petrolera nacional (actualmente 2/3 partes del consumo nacional de energía) nos llevará hacia tipos de petróleo con menos energía neta y mayor contenido de contaminantes. Adicionalmente, nos llevará a crecientes problemas económicos, sociales y ambientales y hacia las severas consecuencias económicas, sociales y ambientales debido al pico petrolero. El modelo energético actual de Costa Rica, que está basado en las premisas del Siglo XX, obliga a realizar importaciones crecientes de petróleo y derivados en el futuro que representan aproximadamente las 2/3 partes del consumo nacional de energía comercial. Si no hay cambios importantes, este modelo conducirá en los años a venir a una creciente reducción de la energía neta nacional y a crecientes emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes. El nuevo modelo energético nacional debe ser basado en las premisas y realidades del Siglo XXI, que contemplan, entre otros factores de 4

5 política energética, la mayor energía neta y la menor emisión de gases a la atmósfera posibles en todo momento. El barril de petróleo importado llega al país con una huella de carbono y otros contaminantes y una huella de energía invertida (derivada de los procesos de extracción y transporte marítimo, entre otras actividades). Estas dos huellas deben ser consideradas en las decisiones de desarrollo energético, al igual que la seguridad energética y económica, la sostenibilidad y otros factores de la política energética. Estas huellas ambientales y energéticas aumentarán en el futuro con el advenimiento del pico de la producción mundial del petróleo convencional y la migración hacia los petróleos más pesados, cuyos procesos de extracción y procesamiento son energéticamente más intensivos y producen más emisiones de gases de efecto invernadero y otros gases contaminantes. Una vez importado el petróleo, los procesos nacionales necesarios para entregar esta energía al consumidor final (refinación, almacenamiento, transporte) aumentan la huella energética y ambiental. 2. El gas natural: más energía neta, menos contaminantes, más abundancia y mayor seguridad energética El gas natural es un gas que se compone primordialmente de metano. El metano es sumamente inflamable, se quema fácilmente y casi totalmente, a la vez que emite muy poca contaminación del aire. El gas natural no es ni corrosivo ni tóxico, su temperatura de ignición es alta, y tiene un margen estrecho de inflamabilidad, lo que lo convierte en un combustible fósil inherentemente seguro en comparación con otras fuentes de combustible 3. Las diferencias ambientales del gas natural con otros combustibles son muchas. Las características físicas, químicas y geológicas del gas natural lo hacen ambientalmente superior al petróleo en todas las etapas, desde la extracción al consumo. Desde la producción al consumo, el gas natural es mucho menos dañino desde el punto de vista ambiental 4. Por ejemplo, el gas natural no emite las peligrosas partículas, nocivas para la salud, que son emitidas por la gasolina y el diesel. El uso del gas natural eliminaría la mayor parte del aire contaminado en las principales ciudades del mundo. Cuando el gas natural reemplace a la gasolina y al diesel, las emisiones de CO2 se reducirán en un 20 a 30 por ciento 5. Por sus características, el gas natural es un combustible clave para la descarbonización gradual de la matriz de energía para hacerle frente al cambio climático. Dos de las tendencias más prometedoras en el uso de energía global han pasado casi totalmente inadvertidas: la descarbonización continua del suministro de combustible del mundo y el papel creciente que el gas natural está cumpliendo en esa mezcla 6. El gas es el más limpio de los combustibles fósiles. Emite aproximadamente la mitad del dióxido de carbono del carbón y crea muchos menos contaminantes en el aire. Además, es más 3 UNCTAD, Info Comm, 4 Idem., p Idem,. p The Good News: Decarbonization, Febrero de 2008, Energy Tribune, robertbryce.com. 5

6 barato que el petróleo (por Btu unidad térmica británica) y es abundante 7. El gas natural será el combustible dominante del siglo XXI 8. El gas natural es considerado como un combustible ambientalmente amigable, ofreciendo importantes beneficios ambientales al comparársele con otros combustibles fósiles. Las cualidades ambientales superiores sobre el carbón o el petróleo se dan en que las emisiones de dióxido de sulfuro son insignificantes o que el nivel de las emisiones de óxido nitroso y dióxido de carbono es inferior. Esto ayuda a reducir los problemas de lluvia ácida, la capa de ozono o los gases de efecto invernadero 9. Aunque los recursos de gas natural son finitos y el gas natural no es una fuente renovable de energía, estos recursos son abundantes en todo el mundo 10. El gas natural es incoloro, inodoro, sin sabor, sin forma y más ligero que el aire 11. El gas natural es el único combustible bajo en carbono disponible masivamente en la actualidad. El gas natural es diferente al petróleo en todos los aspectos. Es física, química, geográfica, tecnológica, ambiental, económica y políticamente diferente del petróleo 12. A diferencia del petróleo y el carbón con alto contenido de carbono que contienen mucho más carbono sucio que hidrógeno limpio, el gas natural gas es ligero en carbono con solamente un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. El gas natural es un combustible verde. Su uso elimina la mayoría de las emisiones tóxicas y partículas de carbono que vienen con el uso de carbón y petróleo, a la vez que reduce significativamente las emisiones de CO2 13. La energía neta del gas natural es mucho mayor que la de la mayor parte de las fuentes de energía primaria en el mundo, incluyendo los diversos tipos de petróleo, y es mucho más amigable con el ambiente. Es también la única fuente de energía limpia que puede ser escalable actualmente para enfrentar los retos energéticos y ambientales del futuro. Ningún otro combustible puede ser escalado para desplazar al carbón y al petróleo en cantidades suficientes y al ritmo necesario para estabilizar el cambio climático en las próximas décadas 14. No solamente todavía hay enormes reservas de gas natural convencional (asociado al petróleo en los yacimientos petroleros), sino que también se están encontrando y desarrollando grandes reservas de gas natural no convencional (no asociado al petróleo). Las reservas de gas natural en el mundo están creciendo a ritmos agigantados debido a los descubrimientos de gas natural no convencional. Además, las nuevas reservas de gas natural no convencional están mucho mejor distribuidas en el mundo que las reservas de petróleo. Dos adelantos tecnológicos recientes (perforación horizontal y fracturación hidráulica) permitieron de pronto el acceso a vastas reservas de gas natural no asociado 7 Idem. 8 Idem. 9 UNCTAD, Info Comm, 10 Idem. UNCTAD. 11 Idem., UNCTAD. 12 Idem., p Idem., p Robert A. Hefner III, The Grand Energy Transition, John Wiley and Sons, Inc., 2009, p

7 barato y ambientalmente amigable. Costa Rica tiene un potencial importante de gas natural convencional y no convencional. El siguiente punto importante a ser considerado para comprender la abundancia (del gas natural) es el hecho de que el gas natural (no convencional) no está conectado al pico petrolero. Esto se debe a su diferencia geológica con el petróleo. El gas natural siempre es producido junto con el petróleo dentro de contenedores geológicos limitados y específicamente definidos que llamamos estructuras o trampas. Pero también se acumula y puede ser comercialmente producido a partir de las llamadas rocas de depósitos no convencionales, vetas de carbón, esquistos y arenas compactas no favorables para acumulaciones de petróleo que pueden encontrarse bajo toda una cuenca geológica. Esto significa que las áreas de la Tierra y los volúmenes de rocas favorables para la producción del gas natural comercial superan en mucho el volumen de rocas favorables para las condiciones de acumulación de gas y petróleo. es fácil comprender la razón por la que los suministros mundiales de gas natural comercialmente accesibles son mucho mayores que los del petróleo. La única relación que el gas natural tiene con el pico petrolero es el gas natural producido junto con el petróleo en campos petroleros y de gas a partir de depósitos convencionales. Es únicamente esta producción del gas natural asociada al petróleo la que llegará a su pico y a su declive junto con la producción de petróleo. pico petrolero no significa pico del gas natural 15 (la negrita no es del original). El pico de la producción mundial de petróleo se da cuando se llega a aproximadamente al máximo posible de la producción mundial: 15 Idem., p

8 La escasez se da cuando la demanda supera el pico máximo de la producción, tal como se muestra en el siguiente gráfico 16 : Un reciente reporte del Ejército Alemán, publicado por el periódico francés Le Monde indica que es probable que el pico intervenga alrededor del 2010 y sus efectos sobre la seguridad se sentirán en los siguientes quince a treinta años después 17. El periódico The Guardian del Reino Unido reporta también recientemente que el ejército de EE.UU. ha advertido de que el excedente de capacidad de producción de petróleo podría desaparecer pronto y que antes del 2012, el excedente de petróleo medido por su capacidad de producción podría desaparecer por completo, y ya en el 2015, el déficit de la producción podría llegar a casi 10 millones de barriles por día" 18. Este faltante potencial estimado para el 2015 es grande y representa más del 12 % del consumo mundial, lo que empezará a traer severas crisis económicas. Por ejemplo, para el 2011 la Agencia Internacional de Energía estima que el consumo mundial será de 87,89 millones de barriles por día 19. El consumo de petróleo, y consecuentemente el inicio de la escasez debida al pico máximo de producción, van a depender del comportamiento de la economía mundial, tal como se muestra en el siguiente gráfico de alta correlación entre la demanda mundial de petróleo y el crecimiento de la economía mundial: 16 World Oil Shortage Scenarios for Mitigation Planning, Hirsh Robert, Presentation to ASPO-USA, October 17-20, L amée allemande prédit le pire une fois le pic pétrolier atteint, Le Monde, 13 Septembre 2010, p US military warns oil output may dip causing massive shortages by 2015, The Guardian, 19 IEA trims 2011 oil use growth estimate, sees risks, Reuters, By Christopher Johnson, LONDON, Fri Sep 10, 2010, 8

9 El documento Pico de la Producción Mundial de Petróleo: Agotamiento de las Reservas Mundiales de Petróleo del 31 de agosto del 2010 analiza con mayor detalle este tema crítico. Es claro que, tal como lo indicó en el 2008 el Dr. Fatih Birol, Jefe de los Economistas de la Agencia Internacional de Energía (IEA), con respecto al agotamiento progresivo de las reservas mundiales de petróleo, tenemos que dejar el petróleo antes de que éste nos deje 20. De fuentes de energía alternativas al petróleo más inmediatas, tecnológicamente bien establecidas y escalables rápidamente, se encuentran el gas natural y el petróleo no convencional, como por ejemplo el petróleo pesado, el petróleo de esquisto y las arenas bituminosas, mientras surgen comercialmente y de manera escalable en varias décadas las nuevas fuentes de energía, sustitutas del petróleo (tales como el hidrógeno, etc.). El petróleo no convencional enfrenta enormes costos económicos, sociales y ambientales. Por el contrario, el gas natural, ambientalmente amigable y con su nueva abundancia creciente en el mundo, mejor distribución geográfica y menores costos que todas las opciones disponibles, se perfila como una fuente de inicio de transición de la Era de Petróleo hacia la Era de los Gases. Esta Era inicia con el gas natural y migra luego de aquí a varias décadas hacia otros gases, como el hidrógeno. Muchos expertos estiman 20 PEAK OIL AND AUSTRALIA S NATIONAL INFRASTRUCTURE, SUBMISSION TO INFRASTRUCTURE AUSTRALIA, Australian Association for the Study of Peak Oil and Gas, October 2008, UB.pdf 9

10 que el hidrógeno, que tendrá un EROI bajo (baja energía neta) porque se requiere de mucha energía para producirlo, no estará disponible comercialmente de manera masiva hasta dentro de varias décadas y sus condiciones económicas, tecnológicas y ambientales no se conocen aún con detalle. En el campo económico, los expertos de energía estiman que el gran volumen del suministro de gas natural reducirá las oscilaciones de los precios y las angustias sobre el suministro 21. El gas natural cumple con los factores claves para que una fuente de energía se convierta en la fuente principal de energía en el proceso de sustitución de las grandes transiciones energéticas: es abundante, barato, más limpio que la fuente anterior (en este caso el petróleo y el carbón). La abundancia creada por el desarrollo del gas natural no convencional no está asociada a ningún previsible en este momento, como lo está el petróleo y el gas natural convencional (asociado al petróleo). Como un combustible abundante, con un contenido de carbono relativamente bajo y que se quema limpiamente, el gas natural tiene el potencial para cumplir una función significativa en un futuro con energía con restricción de carbono, como una fuente de combustible con un contenido de carbono relativamente bajo 22. Como opción a las serias consecuencias del pico de la producción mundial del petróleo, y a otros desafíos energéticos, económicos, sociales y ambientales, tenemos la alternativa del gas natural, que es un combustible tecnológicamente bien establecido, versátil, globalmente abundante, y listo para hacerle frente a los dilemas energéticos y ambientales del mundo 23. También, es la única alternativa limpia a la gasolina y el diesel que es lo suficientemente escalable como para reducir las importaciones de petróleo 24. Tal como ha sido demostrado en los documentos anteriores, el gas natural es en este momento la única fuente de energía que es abundante, asequible, competitiva, mucho más limpia que el petróleo y escalable. Puede sustituir el petróleo y el carbón desde ya hasta que surjan en el mercado de manera significativa y escalable las nuevas fuentes de energía como el hidrógeno. Está igualmente tecnológicamente bien establecida. Permite además ir desasociando el crecimiento económico de las emisiones de carbono para luchar contra el cambio climático, enfrentar el pico de la producción mundial de petróleo y preparar de manera eficaz la migración del sector energía hacia la economía del hidrógeno. El gas natural cumple una función ayudando al ambiente. El uso de gas natural en vez de otros combustibles puede ayudar a mitigar varias inquietudes ambientales emisiones de gases de efecto invernadero, lluvia ácida, smog, desechos sólidos y contaminación del agua. Cuando el gas natural es quemado, virtualmente no produce emisiones de dióxido de sulfuro o material en partículas y niveles mucho más bajos de gases de efecto invernadero y óxidos de nitrógeno que otras fuentes de energía tales como petróleo y carbón. Además, a diferencia de los procesos del petróleo, del carbón y el nuclear, el 21 El gas natural smart investment, Experts say demand growing for previously ignored energy source, Mark Williams / Associated Press, December , 22 Natural gas has the potential to play a significant role in a carbon-constrained energy future as a relatively low-carbon fuel source, Summary Report, IPIECA Workshop, Washington D.C., USA, 26 September 2006, p. ii. 23 Robert A. Hefner III, The Grand Energy Transition, John Wiley and Sons, Inc., 2009, p Robert A. Hefner III, The Grand Energy Transition, John Wiley and Sons, Inc., 2009, p

11 proceso del gas natural virtualmente no produce desechos sólidos y tiene un impacto mucho menor en la calidad del agua 25. La limpieza inherente del gas natural al ser comparado con otros combustibles, combinada con la alta eficiencia de los equipos de gas natural, significa que usar el gas para reemplazar los demás combustibles puede ayudar a reducir las emisiones de los contaminantes del aire que producen contaminación del aire ( smog ) y lluvia ácida y que podrían exacerbar el efecto de gases de invernadero 26. El gas natural es promovido en la actualidad como parte de la solución al cambio climático como un combustible de transición (hacia la economía del hidrógeno) 27. La demanda creciente de petróleo y las limitaciones previstas de la oferta crearán escasez progresiva y un escalamiento evolutivo de los precios con grandes cambios conforme la situación vaya agravándose. La sustitución de los combustibles tradicionales del Siglo XX como el petróleo y el carbón por las opciones de los combustibles alternativos del Siglo XXI tiene como meta mejorar en cantidad y calidad de los beneficios que se obtienen para la sociedad. Por ejemplo: Beneficios económicos y sociales Energía más abundante, barata, alta calidad, segura, suministro estable y tecnológicamente bien establecida, entre otros. Beneficios ambientales Energía que disminuya aún más los riegos ambientales y las emisiones dañinas al ambiente y a la salud, entre otros. La evolución tecnológica ha sido y continuará siendo un impulsor esencial para incrementar los beneficios para la sociedad. Sin embargo, por sí sola no es suficiente para diseñar un sistema energético. Se requiere de la implementación de políticas apropiadas y la aplicación de técnicas y conceptos adecuados que potencien en el tiempo los beneficios. Entre estas técnicas y conceptos se encuentran los tres siguientes: Energía neta o ganancia energética (rendimiento energético de la inversión energética, llamado Tasa de Retorno Energético (TRE), del inglés EROI ( Energy Return On Investment ) o EROEI ( Energy Return On Energy Investment ) Intensidad en carbono y en otros contaminantes 25 Environmental Benefits of Natural Gas, NiSource Gas Transmission and Storage. 26 Idem. 27 McKinsey & Co., Pathways to a Low Carbon Economy, Version 2 of the Global Greenhouse Gas Abatement Cost Curve, 2009 and Solving Global Warming, Natural Gas (El gas natural contributes to climate change), David Suzuki Foundation, The Sierra Club Comes Out in Favor of the U.S. Natural Gas Industry, Reports Oil and Gas Investor Magazine, redorbit, March 5, American Gas Association (AGA), Environmental Benefits of Natural Gas, 11

12 Estos conceptos se complementan con otros elementos que son también determinantes claves de los sistemas energéticos modernos ( key energy systems drivers ), tales como los siguientes: Seguridad energética Dependencia climática Exergía Densidad de la energía Densidad de potencia Calidad y confiabilidad de la energía Flexibilidad Excedente de energía Disponibilidad y acceso a largo plazo Reservas potenciales Nivel de intermitencia Distribución espacial del recurso Eficiencia energética Potencial de contaminación Avances tecnológicos actuales y futuros La exergía es el término técnico para aquel componente de la energía que está potencialmente disponible para crear trabajo útil. 3. Objetivos y estructura del documento Objetivos El objetivo principal de este documento es analizar las implicaciones de la energía neta en el abastecimiento y consumo de energía (el retorno energético de la energía invertida en explorar, extraer, procesar, entregar y mejorar el recurso) de las diversas opciones de cursos energéticos y de la intensidad de carbono y de otros contaminantes de las opciones energéticas disponibles. No todas las fuentes de energía son iguales. Tienen diferencias importantes que deben necesariamente ser tomadas en consideración en la planificación y desarrollo energético. Si estas diferencias no se entienden bien llevarán a decisiones incorrectas. Se falseará también el debate público sobre la incorporación de las nuevas fuentes de energía en la matriz energética del país (o portafolio de fuentes de energía) y su evolución en el tiempo. De la misma manera que la mayor parte de las actividades humanas tienen impactos (agricultura, industria, turismo, servicios, carreteras y caminos, etc.), las fuentes de energía tienen diferentes impactos o efectos en el ambiente. Algunos de estos efectos pueden incluir emisiones, desechos e impactos en el uso del agua y la tierra, entre otros 28. En este documento se analizan los impactos de la energía neta y las emisiones al ambiente de diversas fuentes de energía. 28 Energy and the Environment Explained, Administración de Información de Energía (EIA por sus siglas en inglés), Gobierno de los Estados Unidos, 12

13 Estructura En el Capítulo II se analiza los conceptos e información relacionada con la energía neta, el retorno energético de la energía invertida y la ganancia energética, así como la evolución en el futuro. En el Capítulo III se analizan los consumos de energía en el transporte y el procesamiento de la energía y las emisiones correspondientes en ambas actividades. En el Capítulo IV se analiza el retorno energético y la contaminación de la atmósfera por gases de efecto invernadero y otros contaminantes nocivos para la salud y el ambiente. En el Capítulo V se analiza la intensidad de carbono y otros contaminantes de las diversas fuentes de energía. En el Capítulo VI se analizan la exergía y la energía como servicio. En el Capítulo VII se analiza la huella energética de las diversas fuentes de energía la huella de emisiones a la atmósfera en el territorio nacional. Finalmente, en el Capítulo VIII se presentan las conclusiones. II. Energía neta: retorno energético de la energía invertida (EROI) Una de las técnicas de evaluación de sistemas energéticos es el análisis de energía neta, que tiene por objetivo comparar la cantidad de energía entregada a la sociedad mediante una tecnología con respecto a la energía total necesaria para encontrar, extraer, procesar, entregar y mejorar esta energía para que sea socialmente útil 29. La energía mantiene nuestra economía en marcha. La energía es también lo que se usa para obtener más energía. Cuanta más energía que usemos para obtener más energía, menos energía tenemos para el resto de la economía. El concepto de Retorno de la Inversión de Energía (EROI, Energy Return on Investment ), llamado alternativamente Retorno Energético de la Energía Invertida (EROEI, Energy Return on Energy Invested ) ha sido ampliamente utilizado para cuantificar la energía neta 30. El Retorno de la Inversión de Energía (EROI) es un concepto importante de entender y es un concepto que falta de manera grave en el debate político actual sobre las nuevas fuentes de energía 31. Este concepto debe igualmente ser analizado junto con otros factores críticos del desarrollo energético, como los temas económicos, sociales y ambientales y la seguridad energética. Dentro de este contexto, un componente adicional importante del valor de una fuente de energía es su magnitud (abundancia), tanto en la realidad (recursos identificados) como en su potencial. Un combustible puede tener EROI un muy alto, pero su magnitud puede estar limitada como es el caso de la energía eólica en los EE.UU Net energy analysis, Lead Author: Cutler J. Cleveland, July 23, 2010, The Encyclopedia of Earth, 30 Managing the Peak Fossil Fuel Transition: EROI and EIRR, Peak Energy, 31 Understanding Energy Return On Energy Investment (EROEI), Oil Sands Truth, July 15, 2008, 32 EROI on the Web part 2 of 6, (Provisional Results Summary, Imported Oil, Natural Gas) 13

14 En el caso del gas natural, éste tiene un alto EROI y es a su vez abundante y amigable con el ambiente, con un potencial de reservas aún mayor. Dentro de este contexto, pocas de las fuentes de energía que se proponen como alternativas al petróleo y al gas tienen la calidad (por ejemplo, EROI) y la cantidad (recursos totales disponibles a nivel nacional) que necesarias para actuar de una manera significativa como combustibles de reemplazo del petróleo y del gas 33. El retorno o rendimiento energético de la inversión energética (EROI), llamado también en español la Tasa de Retorno Energético (TRE) o Eficiencia EROI, es hoy en día un impulsor clave en el contexto del nuevo entorno de desarrollo los sistemas energéticos ( key energy systems drivers ) del Siglo XXI, junto con otros factores tales como la intensidad de carbono, la densidad energética, la densidad de potencia, la energía neta, la calidad y la confiabilidad de la energía, la flexibilidad, el excedente de energía, la disponibilidad y el acceso en largo plazo, las reservas potenciales, la intermitencia, la distribución espacial del recurso, la eficiencia energética, el potencial de contaminación y la rapidez de los avances tecnológicos actuales y futuros. 1. Definición de EROI El Retorno Energético de la Energía Invertida en producir una fuente de energía, llamado EROI por sus siglas en inglés (EROI, Energy Return On Investment o EROEI, Energy Returned on Energy Invested ). Este es un atributo inherente a cada fuente de energía y es cada vez más importante para enfrentar los retos económicos, sociales y ambientales del Siglo XXI. Es la energía neta que se obtiene de una fuente de energía. En español se le conoce también como Tasa de Retorno Energético (TRE) o Eficiencia EROI. Tiene que ver con la energía que se requiere (energía invertida) para producir una unidad de energía para su uso (energía producida y entregada). El EROI es la relación entre la energía extraída o entregada por un proceso entre la energía utilizada directa e indirectamente en ese proceso 34. Determina la ganancia energética de la inversión de energía que se realiza para poner en el consumidor una unidad de energía. Entre más alto sea el EROI de una fuente de energía, mayor será su ganancia energética. Al análisis de energía neta se le llama a veces la evaluación de los excedentes de energía, el balance energético, o como se prefiere, el retorno energético sobre la inversión energética (EROI o EROEI) 35. Posted by Nate Hagens on April 8, 2008, The Oil Drum, 33 EROI on the Web part 2 of 6, (Provisional Results Summary, Imported Oil, Natural Gas), by Nate Hagens, The Oil Drum, April 8, 2008, 34 Ten fundamental principles of net energy, Encyclopedia of Earth, Cutler J. Cleveland, September 23, What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have?, Charles A. S. Hall *, Stephen Balogh and David J. R. Murphy, Program in Environmental Science, State University of New York - College of Environmental Science and Forestry, Syracuse NY, 13210, USA, Published: 23 January 2009, 14

15 Existen varios tipos de EROI 36 : EROI: Energía Devuelta a la Sociedad Energía Requerida para Conseguir la Energía Devuelta EROImm: Es el EROI estándar a boca de mina ( mine mouth ) o boca de pozo ( wellhead ), o finca ( farmgate ), etc. O sea, en el sitio de producción: Energía Producida Energía Invertida (directa e indirectamente) EROIsocial: Es el EROI que suma de todos las fuentes de energía colectivamente al sumar todas las ganancias y todos los costos: Contenido Energético de Todas las Fuentes de Energía Entregada Costos Energéticos Totales para Obtener la Energía EROIpou: Es el EROI que suma de la energía en toda la cadena de valor al punto de entrega (pou: point of use ): Energía Entregada a la Sociedad Energía Requerida para Obtener y Entregar la Energía EROIext: Es el EROI que suma de la energía en toda la cadena de valor en forma ampliada hasta el uso final (ext: extended EROI ): Energía Entregada a la Sociedad Energía Requerida para Obtener, Entregar y Usar la Energía El EROI es simplemente la energía entregada (al consumidor) por una actividad energética comparada con la energía requerida para obtenerla 37. Si el numerador y el denominador se expresan en las mismas unidades (barriles por barriles, megajulios por megajulios) el resultado es una relación sin dimensiones, es decir, 100:1 o 10:1).Una relación de 30:1 implica que los rendimientos de un proceso en particular son 30 julios de una inversión de 1 julio (o Kilocaloría por Kilocaloría, o Barriles por Barriles, o BTU por BTU, etc.). 36 What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have?, Charles A. S. Hall *, Stephen Balogh and David J. R. Murphy, Program in Environmental Science, State University of New York - College of Environmental Science and Forestry, Syracuse NY, 13210, USA, Published: 23 January 2009, 37 PROVISIONAL RESULTS FROM EROI ASSESSMENTS, Charles A.S. Hall and the EROI study team, State University of New York College of Environmental Science and Forestry, Syracuse, New York, 15

16 Es evidente que una proporción más alta implica un combustible más deseable que una proporción más baja, en igualdad de condiciones (que es raramente el caso) 38. Conforme el EROI baja, aumenta la cantidad de energía que debe ser invertida para lograr poner en el mercado una unidad de energía y, consecuentemente, se reduce la ganancia energética. Una fuente de energía debe tener un EROI alto junto con otros factores positivos, de lo contrario no será ni económica ni energéticamente sostenible. Además, será muy cara para la sociedad. Un país no puede invertir más energía en una fuente de la cantidad de energía que obtiene de ella. Un EROI menor a 1 de una fuente de energía significa que se gasta más energía en producir esta fuente que la energía que contiene. No tiene ningún sentido energético ni económico desarrollar fuentes con esas características. Muchos expertos estiman que para que una fuente de energía sea sostenible, debe tener un EROI mínimo de 5 39 o de Tal como se ha indicado en otros documentos, existen otros factores claves adicionales importantes para el desarrollo energético de un país, como la abundancia y disponibilidad del recurso energético en el largo plazo para que pueda tener un impacto sostenido en el tiempo, bajos costos, las emisiones al ambiente, incluyendo gases de efecto invernadero y el nivel de madurez de la tecnología para que esté disponible rápidamente y pueda tener impacto rápido, la seguridad de suministro, la competitividad del recurso, entre otros. El EROI es un tema clave no solamente en la determinación de las fuentes de energía pasadas y futuras, sino también en el estatus de la sociedad y el progreso humano. En condiciones iguales, una fuente de energía con un EROI superior es preferible a una fuente de energía con un EROI inferior. EROI es una herramienta de análisis de energía neta, es una metodología que pretende comparar la cantidad de energía suministrada a la sociedad mediante una tecnología en relación la energía total necesaria para encontrar, extraer, procesar, entregar y mejorar la energía para que sea socialmente útil. El análisis de energía neta fue desarrollado en respuesta a surgimiento de la energía como una importante fuerza económica, tecnológica y geopolítica tras los aumentos de precios de la energía de y El interés en el análisis energético neto se reavivó en los últimos años a raíz de otra ronda de aumentos de precios de la energía, la creciente preocupación sobre el papel de la energía en el cambio climático, y el debate en torno a la vida útil restante de los combustibles fósiles, especialmente petróleo crudo 41. Las sociedades con acceso a fuentes de energía con una mayor EROI y un gran excedente neto de energía tienen una ventaja económica y militar sobre las sociedades que utilizan fuentes de energía más baja calidad. Un bajo EROI significa que más de los 38 EROI on the Web part 2 of 6, (Provisional Results Summary, Imported Oil, Natural Gas), Posted by Nate Hagens on April 8, 2008, The Oil Drum, 39 EROI on the Web part 2 of 6, (Provisional Results Summary, Imported Oil, Natural Gas), by Nate Hagens, The Oil Drum, April 8, 2008, 40 Recent Applications of Energy Return On Investment, ASPO 2009, Denver, Colorado, David J. Murphy, SUNY ESF, netenergy.theoildrum.com, Oct. 11, 2009, 41 Ten fundamental principles of net energy, Encyclopedia of Earth, Cutler J. Cleveland, September 23,

17 recursos productivos de una sociedad deben dedicarse a la entrega de energía, y por lo tanto no pueden ser utilizados para producir bienes y servicios no energéticos. La energía neta se ha utilizado para explicar las principales transiciones de energía, incluida la revolución industrial y el surgimiento de la sociedad del bienestar, el auge y caída de grandes civilizaciones, el patrón de agotamiento de los recursos y el impacto del cambio tecnológico en las tecnologías energéticas. La energía neta se ha utilizado como una herramienta metodológica para evaluar y comparar los sistemas de energía, como una herramienta para evaluar el impacto climático de las tecnologías energéticas, y desempeña un papel central en el debate de larga data sobre la viabilidad de tecnologías alternativas de energía como el etanol 42. Un cambio a un sistema energético más bajo EROI significa que más de los recursos productivos de la sociedad se dedican - directa e indirectamente - a entregar la misma cantidad de energía. Esa energía por lo tanto no puede ser utilizada para otros fines 43. El retorno de energía de la inversión (EROI) es un factor determinante del precio de la energía, ya que las fuentes de energía que pueden ser aprovechadas de forma relativamente barata permitirán que el precio siga siendo bajo. La proporción disminuye cuando la energía se vuelve más escasa y más difícil de extraer o producir 44. El siguiente gráfico muestra el concepto de EROI (o EROEI) 45 : 42 Ten fundamental principles of net energy, Encyclopedia of Earth, Cutler J. Cleveland, September 23, Ten fundamental principles of net energy, Encyclopedia of Earth, Cutler J. Cleveland, September 23, Energy Return On Investment EROI, Investopedia, 45 REVIEW: A Preliminary Investigation of Energy Return on Energy Investment for Global Oil and Gas Production, by David Murphy on July 28, 2009, The Oil Drum, 17

18 El siguiente gráfico muestra, para el caso del petróleo, el concepto de EROI (o EROEI) 46 : Este otro gráfico muestra el caso de la aplicación del EROI a una planta eléctrica 47 : 46 Net energy analysis, Lead Author: Cutler J. Cleveland, July 23, 2010, The Encyclopedia of Earth, 47 Energy return on investment (EROI), Lead Author: Cutler J. Cleveland, April 16, 2008,The Encyclopedia of Earthhttp://www.eoearth.org/article/Energy_return_on_investment_(EROI) 18

19 Los costos energéticos asociados con un combustible tienen dos componentes: la cantidad de energía liberada en la combustión (entalpía) y la energía necesaria para extraerla, procesarla y entregarla al cliente. El primer componente es la energía química del combustible y por lo general se mide por el calor resultante de la combustión del combustible. Por ejemplo, un barril de 42 galones de petróleo crudo refinado entrega aproximadamente 1,5 millones de kilocalorías de calor cuando se quema. El segundo componente consiste en la energía del procesamiento de la energía, la energía utilizada por un proceso de transformación para asegurar el suministro adicional de energía. La suma de todas las energías de transformación es el costo de energía incorporada de un combustible. La energía contenida en un barril de petróleo incluye las energías necesarias para producir y operar equipos de perforación, oleoductos y refinerías, así como las energías utilizadas para albergar y apoyar la geofísicos y otras personas que trabajan en el negocio del petróleo 48. Cuando se considera la posibilidad de utilizar una fuente alternativa energía a los combustibles existentes (particularmente los combustibles fósiles) parte de los análisis tienen que ver con que si la alternativa es sostenible. Si el mundo puede seguir utilizando esa energía alternativa durante una década o más. Cuando se produce un producto energético, se tiene un insumo de energía ( energy input ) que es la energía consumida para producir el producto energético. Una vez que el producto está disponible se tiene una energía de salida ( energy output ) que es la energía disponible de ese producto. La sostenibilidad energética se da cuando el insumo de energía es menor a la energía disponible en el producto. Si la entrada de energía es superior a la energía de salida, entonces se tiene un déficit de energía que tiene que reponerse de alguna parte. Esto es importante porque, a medida que el pico de la producción mundial del petróleo se convierte en realidad, no vamos a tener disponible ese petróleo para compensar el déficit. O bien la fuente de energía alternativa hace todo el trabajo, o no lo hace, y entonces nos moriremos de hambre todos EROI: un factor dinámico El EROI varía con el tiempo de conformidad con la evolución de varios factores, ya que la energía requerida para producir una unidad de energía depende de mucha circunstancias y factores, incluyendo la tecnología de producción, la tecnología de transporte, la localización geográfica, las características en que se encuentra la fuente de energía y la distancia que se encuentra entre la ubicación de la fuente de energía y los centros de consumo. 48 Net energy analysis, Lead Author: Cutler J. Cleveland, July 23, 2010, The Encyclopedia of Earth, 49 Energy "return on investment" (EROI) study for biofuels, 19

20 La tendencia general es clara: la energía del futuro tendrá un EROI menor que la energía del pasado 50. O sea, se requerirá más energía en el futuro para producir y entregarle al consumidor la misma cantidad de energía que se le entregó en el pasado. El siguiente cuadro, a partir de un documento SCIAM, muestra el EROI de diversas fuentes de energía, con la sección de la barra crema representando el rango de los EROIs según la fuente y la tecnología utilizada. Hemos visto muchas otras estimaciones de EROI, y éstas parecen estar del lado optimista (elevados EROI) para la mayoría de las fuentes renovables de energía 51 : El gráfico también muestra claramente la disminución de la EROI a lo largo del tiempo para el petróleo. Otros combustibles fósiles, como carbón y gas natural, también tienen un menor EROI a lo largo del tiempo. Esto sucede porque siempre se explota primero los recursos más fáciles explotar. Los yacimientos más grandes de carbón, que están más cerca a la superficie y más cerca de los consumidores serán los primeros que se explotarán. Cuando éstos se agotan aquellos, se pasa a los yacimientos menos fáciles de 50 Managing the Peak Fossil Fuel Transition: EROI and EIRR, Peak Energy, 51 Managing the Peak Fossil Fuel Transition: EROI and EIRR, Peak Energy, 20

21 explotar. El descenso no será lineal, y nuevas tecnologías pueden aportar también mejoras temporales en el EROI, pero las nuevas tecnologías no pueden cambiar el hecho de que ya hemos explotado todos los yacimientos más fáciles de extraer, y las nuevas fuentes y tecnologías para la extracción de combustibles fósiles a menudo no dan los resultados esperados 52. Si bien hay margen para mejorar las tecnologías de energía renovable, no es menos cierto que los combustibles fósiles nos permiten aprovechar la energía de luz solar de millones de años almacenada a la vez en esa época. Toda la energía renovable (solar, eólica, biomasa, geotérmica) consiste en extraer un flujo actual de energía (la luz del sol, el viento, el crecimiento de plantas, o el calor de la tierra) conforme llega. En esencia, los combustibles fósiles son biocombustibles, pero biocombustibles de plantas que crecieron y recolectaron la luz solar durante millones de años. Las mejoras tecnológicas no pueden compensar la ventaja inherente del TRE de los muchos millones de años de tiempo de compresión que tienen los combustibles fósiles 53. El EROI del petróleo importado por los EE.UU. ha evolucionado en el tiempo de manera significativa. Una de estas estimaciones se nuestra en el gráfico siguiente 54 : 52 Managing the Peak Fossil Fuel Transition: EROI and EIRR, Peak Energy, 53 Managing the Peak Fossil Fuel Transition: EROI and EIRR, Peak Energy, 54 EROI on the Web part 2 of 6, (Provisional Results Summary, Imported Oil, Natural Gas), by Nate Hagens, The Oil Drum, April 8, 2008, 21

22 El siguiente gráfico muestra otros datos de la evolución de la producción de petróleo y gas en los EE.UU. 55 : Los impactos ambientales y sociales potenciales de las importaciones de petróleo de los EE.UU. incluyen no solamente derrames y emisiones rutinarias de los buques que transportan petróleo (por ejemplo, Hall et al. 1978), sino que también incluyen todos los impactos asociados a toda la economía de EE.UU., ya que es el resultado de la actividad económica que paga por las importaciones La disminución de la energía neta con el tiempo Otro conductor ( driver ) de la escalera hacia abajo es que la energía neta (TRE, o la energía devuelta con respecto a la energía invertida) de casi toda la producción de combustibles fósiles se está cayendo. El Dr. Cutler Cleveland de la Universidad de Boston ha observado que la energía neta de extracción de petróleo y gas (convencional) en los EE.UU. ha disminuido de 100:1 en la década de 1930, a 30:1 en la década de 1970, a alrededor de 11:1 en el En pocas palabras: Conforme la calidad de los combustibles fósiles restantes se reduce, y se vuelven más difíciles de extraer, se necesita más energía para seguir produciendo energía. Esto plantea la pregunta siguiente: Qué TRE (EROI) deben tener los sustitutos para compensar el agotamiento del petróleo? Vail ha presentado varios modelos para intentar responder a esta pregunta. En el escenario optimista, suponiendo una tasa de disminución de energía neta de 5% y un TRE de 20 para las energías renovables, la "brecha de las energías renovables" se llenó en el año 3. En el escenario pesimista, asumiendo una tasa de 10% de disminución de 55 REVIEW: A Preliminary Investigation of Energy Return on Energy Investment for Global Oil and Gas Production, by David Murphy on July 28, 2009, The Oil Drum, 56 EROI on the Web part 2 of 6, (Provisional Results Summary, Imported Oil, Natural Gas), by Nate Hagens, The Oil Drum, April 8, 2008, 22

23 energía neta y un TRE de 4 para las energías renovables, la brecha no se llenó hasta el año 7. Los estudios reunidos por David Murphy han puesto la media del TRE de la energía eólica en 18 (Kubiszewski, Cleveland y Endres, 2009); la solar en 6.8 (Battisti y Corrado, 2005), y la energía nuclear entre 5 y 15 (Lenzen, 2008; Hall, 2008). No hay datos disponibles para la energía geotérmica o la energía del mar. Todos los biocombustibles están en menos de 2, lo que las hace soluciones no sostenibles ya que el mínimo de TRE requerido para la sociedad es 3 (Hall, Balogh y Murphy, 2009). No tengo conocimiento de ningún estudio sobre la TRE de la biomasa para usos que no sean combustibles líquidos (biocombustibles). Por ejemplo, digestores de metano con los residuos, gases de rellenos sanitarios, y así sucesivamente 57. En trabajos anteriores resumimos los costos de la energía relacionados con la extracción de petróleo de EE.UU. y otros recursos energéticos y encontramos, en general, que la energía devuelta con respecto a la energía invertida (TRE) tendió a disminuir con el tiempo para todos los recursos energéticos analizados. Por ejemplo, la TRE del petróleo en los EE.UU. se ha reducido de un valor de al menos 100 a 1 para los descubrimientos de petróleo en la década de 1930, a cerca de 17 a 1 hoy en día para extracción de petróleo y gas (convencional). No tenemos conocimiento de tales estimaciones para otras partes del mundo, aunque sí sabemos que el petróleo pesado en Venezuela y de las arenas bituminosas de Alberta requieren una gran parte de la energía producida, así como los suministros importantes de hidrógeno a partir de gas natural que se requieren para hacer que el petróleo fluya al a la superficie. Los combustibles alternativos líquidos como el etanol de maíz tienen una TRE muy baja Algunos ejemplos de la problemática del EROI de algunas fuentes de energía Caso del petróleo: En la primera parte del siglo pasado, para extraer un barril de crudo era necesario invertir una cantidad muy pequeña de la energía contenida en el mismo. Esto como consecuencia de que los primeros yacimientos contenían un petróleo de altísima calidad a escasas profundidades, en lugares accesibles y fáciles de explotar (Texas...); de forma que la energía necesaria para la búsqueda, prospección, perforación, bombeo y transporte del crudo era muy poca 59. A medida que los yacimientos más accesibles y superficiales se agotaron, fue necesario buscar, prospectar y perforar a mayor profundidad o en lugares menos convenientes: lejanos de los centros de consumo, en alta mar... de tal manera que los costos energéticos de estas extracciones han ido creciendo con el tiempo Energy Sector Outlook, Falling Net Energy, by Chris Nelder, October 30th, 2009, Energy and Capital, 58 Hydrocarbons and the evolution of human culture, Charles Hall, Pradeep Tharakan, John Hallock, Cutler Cleveland and Michael Jefferson, 59 Tasa de retorno energético, 60 Tasa de retorno energético, 23

24 "En los inicios del Siglo XX, el petróleo era fácil de extraer. En muchos lugares estaba justo debajo de la superficie en campos abiertos. La TRE fue en esa época de 100:1 en unidades de energía recibida por una unidad de energía de extracción y procesamiento. Desde entonces ha habido un marcado descenso, y como los Estados Unidos pasaron el pico de la producción de petróleo (la tasa de producción máxima) en la década de 1970, y como hemos comenzado a importar la mayor parte de nuestro petróleo, la TRE para el petróleo en los EE.UU. es de aproximadamente 20:1 61. Esta evolución se muestra en el gráfico siguiente: Este otro gráfico muestra la disminución progresiva del EROImm del petróleo y del gas natural (convencional o asociado al petróleo) 62 : 61 Gulf Oil Leak: A Systems Thinking Perspective, June 30, 2010, 62 Order from Chaos (hopefully): A Preliminary Protocol for Determining EROI for fuels, Charles A.S. Hall, David Murphy, Nate Gagnon, 24

25 Por qué está disminuyendo? Porque el petróleo más puro y más fácil de encontrar y de procesar ha sido posiblemente encontrado y quemado (mucho del cual se encuentra en nuestra atmósfera, pero eso es otro punto). Ahora tenemos que ir a lugares más lejanos - en alta mar, en el Ártico - para buscar petróleo. A menudo, el petróleo ya no está en la forma más pura. La conversión de la "pasta de petróleo" de las arenas bituminosas de Alberta, Canadá, es un buen ejemplo 63. Esta tendencia continúa avanzando. Usando la perspectiva de pensamiento de sistemas, podemos concluir que el evento de aguas profundas de la plataforma Deepwater Horizon (de BP en el Golfo de México) es una continuación inevitable de una tendencia (que incluye el Exxon Valdez). Y es probable que la tendencia empeore a medida que nuestra necesidad (sed) de petróleo aumente, lo cual ocurrirá conforme los países en vías de desarrollo continúen tratando de alcanzar al mundo desarrollado, y logremos la recuperación económica (en los países desarrollados) 64. Esto lleva a varias preguntas: a. Si bien es cierto que los petróleos más fáciles de extraer y de procesar se han encontrado y utilizado ya, cuáles son los riesgos que vamos a incurrir en el futuro, ya que se requiere un esfuerzo cada vez mayor para obtener petróleo? Más de perforación en aguas profundas? La degradación o daño ambiental para obtener más petróleo, como el caso las arenas bituminosas? b. Cuánto petróleo queda realmente? Cuánto tiempo vamos a seguir teniendo barato este recurso? c. Además, si nos enfrentamos a los crecientes riesgos y los costos por cada unidad de petróleo que adquirimos, cuándo se empezará a tener las graves consecuencias para nuestra economía (conforme el costo por unidad de las cosas que amamos aumente - ipods, automóviles, vuelos a Europa, etc.) y cuando los márgenes de utilidad de nuestras empresas disminuyan? d. Y cuándo vamos a decidir sobre la necesidad que tenemos de desarrollar una forma de vida que sea independiente de este recurso? Para recuperarse de nuestra adicción al petróleo 65. En el caso de un descubrimiento de petróleo liviano en el territorio nacional, el EROI de este petróleo sería mucho mejor que el EROI del petróleo importado porque los posibles yacimientos serían fáciles de explorar. Las emisiones asociadas a los procesos de extracción, de procesamiento y de transporte serían mucho menores. Si fuera gas natural nacional, la situación de retorno energético (EROI) y de emisiones sería aún mejor. 63 Gulf Oil Leak: A Systems Thinking Perspective, June 30, 2010, 64 Gulf Oil Leak: A Systems Thinking Perspective, June 30, 2010, 65 Gulf Oil Leak: A Systems Thinking Perspective, June 30, 2010, 25

26 Caso de la energía eólica: La tasa de retorno energético de la energía eólica es igual a la energía eléctrica generada a lo largo de la vida útil de una turbina eólica dividida entre la suma de la energía requerida para construir la máquina y su infraestructura, más el coste energético de su mantenimiento a lo largo de su vida útil, más el coste energético de su desmantelamiento. La TRE es fuertemente proporcional al tamaño del aerogenerador, de modo que los generadores más grandes de última generación son los que obtienen los valores mayores del rango 66. Puesto que la energía producida es, en cualquier caso, varias veces la energía consumida, hay una ganancia de energía neta. La energía empleada en la construcción de una turbina eólica y su infraestructura se recupera en unos pocos meses de funcionamiento de la misma 67. Caso de los biocombustibles: Los biocombustibles tienen un EROI bajo porque su producción requiere de mucha energía, tanto en las actividades agrícolas (energía utilizada en la producción de fertilizantes, uso de combustibles en las actividades agrícolas, etc.) como en las actividades industriales (usos de la energía en las destilerías en el caso del etanol o en las plantas de extracción de aceite y producción de biodiesel en el caso del biodiesel El EROI de los biocombustibles varía mucho dependiendo de varios factores, incluyendo la fuente de biomasa, la tecnología utilizada y la región. Por ejemplo, caña de azúcar, maíz, yuca o sorgo en el caso del etanol o aceite de palma africana, jatrofa o higuerilla en el caso de biodiesel. En general el EROI de los biocombustibles es bajo, debido a las grandes cantidades de energía requeridas para producir una unidad de energía de biocombustible. En el caso de la producción de etanol y biodiesel en EE.UU. con relación a varias fuentes de biomasa, existen expertos que cuestionan su sostenibilidad en ese país. Por ejemplo, los expertos de la Universidad de Cornell (en Ithaca, Nueva York) la Universidad de California en Berkeley 68 : Un nuevo estudio de la Universidad de Cornell y la Universidad de California-Berkeley directamente cuestiona que la conversión del maíz, la soja y el girasol en combustible ya que utiliza mucha más energía que la energía contenida en el etanol o el biodiesel resultantes Simplemente no hay beneficio de energía a la utilización de la biomasa vegetal para combustibles líquidos, indica David Pimentel, profesor de ecología y agricultura en la Universidad de Cornell. Estas estrategias no son sostenibles. 66 Tasa de retorno energético, 67 Tasa de retorno energético, 68 Academic Study Discredits Ethanol, Biodiesel, 26

27 Pimentel y Tad Patzek, W., profesor de ingeniería civil y ambiental en Berkeley, realizaron un análisis detallado del insumo-rendimiento energético de la producción de etanol de maíz, pasto aguja y la biomasa de madera, así como de la producción de biodiesel de la soya y las plantas de girasol. En términos de producción de energía en comparación con el insumo de energía para la producción de biodiesel, el estudio encontró que la soya requiere 27 por ciento más energía fósil que el combustible producido, y el girasol requiere 118 por ciento más energía fósil que el combustible producido. En la evaluación de los insumos, los investigadores consideraron factores como la energía utilizada en la producción de los cultivos (incluida la producción de pesticidas y fertilizantes, maquinaria agrícola y el riego, molienda y transporte de la cosecha) y en la fermentación / destilación del etanol a partir de la mezcla del agua. Aunque se incurre en costos adicionales en la producción de biocombustibles, tales como los subsidios federales y estatales que se pasan a los consumidores y los costos asociados con la contaminación y la degradación ambiental, estas cifras no se incluyeron en el análisis. Los Estados Unidos necesitan desesperadamente un reemplazo de combustibles líquidos de petróleo en el futuro cercano, dice Pimentel, pero la producción de etanol o biodiesel a partir de biomasa de las plantas va por el camino equivocado, porque se utiliza más energía para producir estos combustibles de lo que se obtiene de la combustión de estos productos. El gobierno gasta más de $ 3 mil millones al año para subsidiar la producción de etanol, cuando no ofrece un balance energético neto o ganancia energética, no es una fuente de energía renovable o un combustible económico, dijo Pimentel. Además, su producción y uso contribuyen a la contaminación de la atmósfera, el agua y el suelo y al calentamiento global. La producción de etanol en los Estados Unidos no beneficia a la seguridad energética de la nación, su agricultura, la economía o el medio ambiente, dijo Pimentel. Caso de las arenas bituminosas: El caso del petróleo almacenado en las arenas bituminosas es un caso típico de la problemática de la migración hacia los petróleos pesados como consecuencia del avance hacia el pico de la producción mundial del petróleo convencional. Por ejemplo: En caso de perforar un pozo de petróleo hasta pies y recibir barriles por día, esto podría costar $ 1.00 en energía para producir cada barril. Este $ 1.00 sería utilizado para pagar la energía en el acero necesario para la plataforma de perforación y la tubería, la capacidad de operar el equipo de perforación y la electricidad bomba de petróleo del pozo. Si el petróleo se vende a $ 140 por barril, la TRE (EROI) es de 140. Este es el tipo de retorno que se tenía para encontrar las grandes reservas en el Medio Oriente. Si se tiene que perforar en aguas profundas en el mar, esto podría costar 20 dólares en energía por barril por lo que la TRE sería de 7. Se estima que el desarrollo de petróleo tradicional tiene un TRE de

28 Conforme las fuentes de combustibles fósiles se hacen más 'marginales', esto significa que la cantidad de inversión necesaria para devolver una unidad de energía es muy alta. Esto podría significar una TRE que comienza a acercarse a 1,0. Si la TRE se va por debajo de 1,0 entonces se obtiene menos energía de la cantidad de energía que se utilizó. Por ejemplo, el desarrollo petróleo de esquisto ( oil shale ) es muy intensivo en capital y en energía. Shell ha estado desarrollando un proceso in situ para la extracción de petróleo de esquisto. Su proceso consiste en perforar pozos de a pies de profundidad donde se calienta el petróleo de esquisto a 700 grados. Esto hace que el kerógeno en el esquisto se convierta en petróleo crudo y gas natural. Se perforan pozos de producción en la formación para extraer el petróleo y el gas natural. Este proceso utiliza una gran cantidad de energía para calentar la roca. Esto podría venir en la forma de electricidad de una planta eléctrica a carbón. Shell afirma que la TRE de su proceso es de aproximadamente 3 lo que significa que se utiliza una unidad de energía para producir 3 unidades de petróleo. Las arenas bituminosas son otro ejemplo de un proceso con una muy baja TRE. Las arenas bituminosas son típicamente minadas, lo que requiere una gran cantidad de energía para iniciar el proceso. Las arenas bituminosas se calientan con agua caliente o vapor para extraer el bitumen, que es un petróleo muy pesado y muy viscoso. La energía para crear el agua caliente o vapor, por lo general proviene del gas natural. El bitumen tiene que ser mejorado para que pueda ser refinado. Esto puede hacerse mediante la adición de metano o hidrógeno a partir de más gas natural para que el bitumen pueda crear un petróleo más ligero. La TRE de este proceso es de aproximadamente 5. Las arenas bituminosas no son tan energéticamente eficientes como la extracción de petróleo convencional, pero son más eficientes que el petróleo de esquisto 69. Muchas compañías podrían recurrir a las arenas de bituminosas para tratar de evitar los faltantes de petróleo con el advenimiento del pico de la producción mundial de petróleo convencional. Ante la escasez creciente en la época post pico, muchos países podrían importar este petróleo, incluyendo eventualmente Costa Rica, ya que el país no tiene normas de origen. Los ambientalistas temen que al agotarse los suministros del petróleo convencional, los gobiernos se verán forzados a explotar alternativas aún más sucias, tal como las reservas masivas de arenas bituminosas en Alberta, Canadá, lo que sería inmensamente dañino para el ambiente debido a la cantidad de energía necesaria para extraer un barril de petróleo de arenas de alquitrán en comparación con la energía necesaria para extraer la misma cantidad de crudo convencional 70. Una menor TRE tiene una relación directa con la cantidad de dióxido de carbono liberado por el combustible a la atmósfera y con los impactos en el calentamiento global. Hay que tomar en cuenta todo el dióxido de carbono liberado por el proceso de producción para evaluar el impacto total que una fuente de energía tiene sobre el calentamiento global. 69 Understanding Energy Return On Energy Investment (EROEI), Oil Sands Truth, July 15, 2008, 70 Warning: Oil supplies are running out fast, Catastrophic shortfalls threaten economic recovery, says world's top energy economist, The Independent, By Steve Connor, Science Editor, Monday, 3 August 2009, 28

29 El presidente Bush anuló la prohibición presidencial de la perforación en el mar ( offshore ) y pidió al Congreso que levante su prohibición. Tiene sentido perforar para buscar petróleo costa afuera si se está tratando de reducir nuestras emisiones de dióxido de carbono? Puede parecer que esto contribuiría al calentamiento global, pero no es así de simple. Nos llevará décadas para cambiar nuestra infraestructura energética hacia energía limpia y renovable. No hay manera de reemplazar el 85% de nuestra energía que actualmente proviene de combustibles fósiles de manera más rápida. Podríamos prescindir del petróleo, pero esto causaría graves dificultades económicas para la mayoría de la gente en este país (EE.UU.) que ya no podía conducir sus automóviles o calentar sus hogares. La reducción drástica del uso de combustibles fósiles en este país causaría una grave recesión con alto desempleo y alta inflación. Vamos a continuar con la necesidad de petróleo y otros combustibles fósiles durante el tiempo que sea necesario para desarrollar nuevas tecnologías y nuevas fuentes de energía limpia. Lo que deberíamos hacer es utilizar los recursos de petróleo que tienen la mayor TRE primero y no usar las fuentes de petróleo, como el petróleo de esquisto ( oil shale ) que tiene la TRE (Tasa de Retorno Energético) más baja. Al restringir la perforación, nuestra economía de mercado conducirá el precio del petróleo hacia arriba y creará las condiciones económicas requeridas para desarrollar en mayor medida las fuentes de petróleo no convencional como las arenas bituminosas. No podemos detener el desarrollo de las arenas bituminosas, ya que se encuentran en un país extranjero, Canadá. Vamos a terminar comprando petróleo de las arenas bituminosas de Canadá para reemplazar el petróleo convencional que se ha conseguido en plataformas marinas. La restricción de perforación en el mar le hará daño a nuestra economía al aumentar los precios del petróleo, al reducir el crecimiento económico, aumentar nuestro déficit de balanza de pagos, y afectando el valor del dólar. Si los altos precios de la energía en este país (EE.UU.) causan el cierre de las actividades intensivas en energía, vamos a terminar comprando esos productos procedentes de países como China, que son menos eficientes en carbono que nuestra economía. Todo esto generará más emisiones de gases de efecto invernadero que la extracción de petróleo en el mar ( off-shore ). Estar en contra de perforación de petróleo en el mar podría parecer una buena idea para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. La realidad es que éste es un problema mundial que tendrá que resolverse teniendo en cuenta lo que otros países hagan. La perforación de petróleo en el mar puede ser una manera inteligente de reducir efectivamente las emisiones de gases de efecto invernadero en el largo plazo, mejorar nuestra balanza de pagos, mejorar nuestra economía, y generar los beneficios que necesitamos invertir en el futuro de energía limpia Datos promedio del EROI A continuación se presentan los datos promedio más recientes en el mundo de los EROI (TRE en español, Tasa de Retorno Energético) para las principales fuentes de energía 72 : 71 Understanding Energy Return On Energy Investment (EROEI), Oil Sands Truth, July 15, 2008, 72 Recent Applications of Energy Return On Investment, ASPO 2009, Denver, Colorado, David J. Murphy, SUNY ESF, netenergy.theoildrum.com, Oct. 11, 2009, 29

30 Los biocombustibles, a como los conocemos hoy, no son tan complicados de hacer pero son los que tienen el EROI más bajo. Esta situación hace que, solamente por este factor, sin contar otros factores, los biocombustibles no serán sustitutos de importancia del petróleo. 30

31 Muchos expertos sugieren que fuentes de energía con EROIs por debajo de 8 no son sostenibles en el largo plazo, por la gran cantidad de energía que se requiere consumir para producir una unidad de energía. Esta situación deja por fuera a los biocombustibles 73 : 73 Recent Applications of Energy Return On Investment, ASPO 2009, Denver, Colorado, David J. Murphy, SUNY ESF, netenergy.theoildrum.com, Oct. 11, 2009, 31

32 El siguiente cuadro y gráfico siguientes muestran los EROI de diversas fuentes de energía en los EE.UU. para los años indicados 74 : Provisional Results Summary - TD= top down, EI= Energy intensities times dollars, LS = Literature summary, MA = Meta Analysis, BU= Bottom up, LR = literature review, O = other (Some are mixed) 74 EROI on the Web part 2 of 6, (Provisional Results Summary, Imported Oil, Natural Gas), Posted by Nate Hagens on April 8, 2008, The Oil Drum, 32

33 El gráfico anterior de globos representa la calidad (eje y) y la cantidad (eje x) de diversos combustibles en varios años de la economía de los Estados Unidos. Las flechas conectan los combustibles a partir de diferentes fechas (petróleo nacional en 1930, 1970 y 2005). El tamaño del globo representa parte de la variación posible asociada con las estimaciones del EROI 75. El grado de variación del EROI y del potencial que se muestran en el gráfico anterior a través del tamaño de los globos se debe en parte a que las condiciones de las fuentes de energía que se muestran en cada globo no son iguales. Por ejemplo, no todos los petróleos son iguales en EROI porque las características y localización de cada uno de los yacimientos que contienen las estimaciones anteriores son diferentes. En ellas se encuentran fuentes de petróleo de fácil acceso y bajo costo energético para extraer esas reservas y fuentes de petróleo de difícil acceso con alto costo energético para su extracción. El hidrógeno no aparece todavía en los estudios como combustible porque su impacto comercial está todavía a varias décadas de distancia y varias de sus condiciones económicas, tecnológicas y ambientales no se conocen todavía. 75 EROI on the Web part 2 of 6, (Provisional Results Summary, Imported Oil, Natural Gas), Posted by Nate Hagens on April 8, 2008, The Oil Drum, 33

34 El EROI del hidrógeno va a ser más bajo que el EROI del gas natural y muchas otras fuentes de energía, porque este combustible no se encuentra libre en la naturaleza. Su producción requiere de una cantidad importante de energía. Muchos expertos estiman que el hidrógeno podrá ser escalable a los niveles del petróleo una vez que sea factible el desarrollo de la fusión nuclear (fusión de átomos de hidrogeno en reactores) en condiciones de costos que permitan precios asequibles. Con electricidad abundante generada a precios asequibles se podrá producir el hidrógeno por electrólisis, ya que su producción por esta vía es intensiva en electricidad. Por el momento, la principal fuente para producir hidrógeno hoy en día es el gas natural. También, para el caso del gas natural en los Estados Unidos de América, el gráfico anterior considera únicamente el gas convencional (asociado al petróleo) y no las vastas reservas de gas no convencional (no asociado al petróleo) que está siendo posible extraer ahora. Lo anterior debido a los recientes adelantos tecnológicos que lo están permitiendo. Al ser recientes no se encuentran todavía en muchos estudios anteriores. De pronto se creó una enorme abundancia de un potencial energético que no estaba accesible anteriormente 76. Básicamente se trata de dos tecnologías nuevas. Una fue perforación horizontal. En vez de perforar simplemente hacia abajo en el recurso, los pozos horizontales irán de lado después de cierta profundidad, abriendo un área mucho más grande de la formación que contiene el recurso. La otra tecnología es conocida como fracturación hidráulica, conocida también como fraccing o fracking. Aquí, el productor inyecta una mezcla de agua y arena a alta presión para crear múltiples fracturas en toda la roca, liberando el gas atrapado para que fluya hacia el pozo. El impacto de los suministros ha sido dramático. Lograr que la base de recursos se expanda tanto de repente cambia el juego 77. La revolución del gas natural que está emergiendo y los esfuerzos nacionales y globales para descarbonizar gradualmente las economías y sus matrices de energía, a fin de luchar contra el cambio climático, reduce la contaminación ambiental y permite moverse más rápidamente hacia la economía del hidrógeno, la cual estará comercial y operacionalmente disponible de aquí a varias décadas, de acuerdo con los expertos. Estos procesos de cambio incrementarán el uso y los beneficios del gas natural. 6. Abundancia del gas natural La mayor innovación energética de la década es el gas natural más específicamente el llamado gas natural no convencional. Algunos la llaman una revolución 78. Una de las fuentes primarias de gas natural no convencional es el gas de esquisto ( Shale Gas ). Las estimaciones preliminares sugieren que los recursos de gas esquisto alrededor del mundo podrían ser equivalentes o hasta mayores a las reservas actuales y 76 The Quiet Energy Revolution, Max Schultz, The American, The Journal of the American Enterprise Institute, 4 Feb 2010, 77 America's Natural Gas Revolution, A 'shale gale' of unconventional and abundant U.S. gas is transforming the energy market, The Wall Street Journal, NOVEMBER 2, 2009, Mr. Yergin, author of the Pulitzer Prize-winning "The Prize: The Epic Quest for Oil, Money, & Power" (Free Press, new edition, 2009) is chairman of IHS CERA. Mr. Ineson is senior director of global gas for IHS CERA. 78 Idem. 34

35 demostradas de gas natural. Quizás mucho mayores 79. Una revolución de gas de esquisto ( shale gas revolution ) en Europa y en Asia cambiaría la dinámica competitiva del mercado de gas globalizado, alterando los cálculos económicos y la política internacional 80. El siguiente punto importante a ser considerado para comprender la abundancia del gas es el hecho de que el gas natural no está conectado al pico petrolero. Esto se debe a su diferencia geológica con el petróleo. El gas natural siempre es producido junto con el petróleo dentro de contenedores geológicos limitados y específicamente definidos que llamamos estructuras o trampas. Pero también se acumula y puede ser comercialmente producido a partir de las llamadas rocas de depósitos no convencionales, vetas de carbón, esquistos y arenas compactas no favorables para acumulaciones de petróleo que pueden encontrarse bajo toda una cuenca geológica. Esto significa que las áreas de la Tierra y los volúmenes de rocas favorables para la producción del gas natural comercial superan en mucho el volumen de rocas favorables para las condiciones de acumulación de gas y petróleo es fácil comprender la razón por la que los suministros mundiales de gas natural comercialmente accesibles son mucho mayores que los del petróleo. La única relación que el gas natural tiene con el pico petrolero es el gas natural producido junto con el petróleo en campos petroleros y de gas a partir de depósitos convencionales. Es únicamente esta producción del gas natural asociada al petróleo la que llegará a su pico y a su declive junto con la producción de petróleo. pico petrolero no significa pico del gas natural 81. Muchos consideran que el gas natural es la fuente de energía más importante para el futuro. La abundancia del gas natural, en todo el mundo así como localmente (EE.UU.), acoplada con su seguridad ambiental y sus múltiples aplicaciones en todos los sectores, significa que el gas natural continuará cumpliendo una función cada vez más importante para satisfacer la demanda de energía en los Estados Unidos 82. Sabemos muchas cosas sobre el gas natural que no se aplican al petróleo: El gas natural existe en la más amplia gama de condiciones físicas de presión y temperatura. El gas natural fue una substancia abundante en la nube molecular primordial que siguió al Big Bang. El gas natural ha existido en grandes cantidades desde la creación no biológica, empezando en el origen del sistema solar, o está siendo creado continuamente a tasas suficientes para crear vastas acumulaciones de gas natural en los cuerpos planetarios en todo nuestro sistema solar. Posiblemente ambas cosas están sucediendo. Por lo tanto, podemos concluir que, además del gas natural que fue creado durante la creación del petróleo, y el gas natural que fue también creado de manera biológica fuera de las condiciones físicas de la ventana petrolera, es sumamente probable que la Tierra también sea bendecida con una abundancia de gas natural creado no biológicamente que ha existido desde el origen de nuestro sistema solar, o que los microbios productores de 79 Idem. 80 Idem. 81 Idem., p Natural Gas Demand, NaturalGas.org, 35

36 gas natural de la Tierra están creando gas natural en cantidades mucho mayores a las que se pensaba previamente. El hecho es que este gas natural se suma al gas natural creado junto con el carbón y el petróleo, acoplado con el hecho de que el gas natural puede ser producido comercialmente muchas más veces en los volúmenes de rocas de la Tierra que el petróleo, nos lleva a la conclusión de que el gas natural debe ser considerado el hidrocarburo más abundante del mundo 83. Esta es una de las muchas razones por las que muchos expertos consideran que el gas natural es verdaderamente el combustible puente para el futuro sostenible de la civilización Bajo EROI y alta intensidad en carbono: una combinación negativa Un bajo EROI, combinado con una alta intensidad en carbono, hace una muy negativa pareja. Este es el caso de las arenas bituminosas. Una nueva revisión concluye que el bajo EROI del petróleo de esquisto ( Oil Shale ) en combinación con la alta intensidad de carbono, probablemente lo convierten en una alternativa inadecuada al petróleo crudo convencional 85. El esquisto bituminoso es un esquisto que contiene kerógeno, una combinación de compuestos químicos que pueden ser convertidos en petróleo sintético. Las dos opciones principales para el procesamiento del esquisto bituminoso son la retorta en la superficie ( surface retorting ) y en la extracción in situ. En el primer caso, el esquisto se extrae con minería y se trae a la superficie, y el material entonces se calienta en una retorta para extraer los compuestos que se procesan en el petróleo crudo sintético. En métodos in situ el material subterráneo se calienta y se bombean los líquidos a la superficie, donde se someten luego a transformaciones adicionales. El Retorno de Energía de la Inversión Energética (EROI) de los esquistos bituminosos es extremadamente bajo, encontrándose en el rango de 1:1 a 2:1 cuando la energía propia - la energía liberada por el proceso de conversión del petróleo de esquisto que se utiliza para auto alimentar la operación - se contabiliza como un costo. Un EROI de 1:1 significa que no hay ganancia energética de la inversión de energía. Si se excluye la energía interna y sólo se utiliza la energía comprada como entrada, entonces el EROI está en el rango de 2 a Idem., p Idem., p New Review Concludes Very Low EROI of Oil Shale Combined with High Carbon Intensity Likely Makes it an Unsuitable Alternative to Conventional Crude Oil, Green Car Congress, 3 August 2010, 86 New Review Concludes Very Low EROI of Oil Shale Combined with High Carbon Intensity Likely Makes it an Unsuitable Alternative to Conventional Crude Oil, Green Car Congress, 3 August 2010, 36

37 A continuación se presenta una comparación entre el petróleo de esquisto ( Oil Shale ) y el petróleo convencional 87 : Las diferencias aplican no solamente para la materia prima sino también para los productos refinados: 87 New Review Concludes Very Low EROI of Oil Shale Combined with High Carbon Intensity Likely Makes it an Unsuitable Alternative to Conventional Crude Oil, Green Car Congress, 3 August 2010, 37

38 El bajo EROI del esquisto bituminoso está estrechamente relacionado con una importante liberación de gases de efecto invernadero 88. No solamente las necesidades de energía para extraer y procesar este tipo de petróleo son altas, pero el consumo de agua es igualmente alto. Además, entre 1 y 3 barriles de agua son necesarios por cada barril de petróleo producido en una operación de esquisto bituminoso Petróleo convencional y no convencional Clasificación En general, existen dos clases de petróleo: El petróleo convencional, que es petróleo liviano típicamente de alta calidad que fluye libremente a la superficie bajo presión y en la mayoría de casos se bombea a sí mismo a la superficie. Sin embargo, conforme las reservas se van agotando, el petróleo restante se vuelve más pesado, fluye menos libre y tiene más impurezas, aumentando así los costos de la refinación para los vehículos que requieren cada vez más combustibles mucho más limpios para reducir la contaminación del aire. En muchos casos hay que bombear el petróleo en estas etapas de evolución de los yacimientos. El petróleo no convencional es en su mayoría petróleo pesado y bituminoso, que requiere de mucha inversión y energía para extraerlo de las de arenas o rocas en la superficie o bajo tierra. A menudo se incluye en esta categoría algunos tipos de petróleo de alta calidad, que fluye libremente, como el de los de yacimientos de petróleo en aguas profundas (<500 m) o de las regiones polares. También se le llama así al petróleo que se sintetiza a partir de carbón o gas natural, pero a un altísimo costo. Los tipos de petróleo que requieren cada vez más energía para extraerlos y procesarlos, y consecuentemente emiten mayores cantidades de gases de efectos invernadero, son los petróleos no convencionales como los siguientes: Petróleo de arenas bituminosas ( Tar Sands ) Petróleo de esquisto ( Oil Shale or Kerogen Oil ) Petróleo pesado ( Heavy Oil ) En general, el petróleo se clasifica por su gravedad API 90 : Petróleo ligero, también llamado petróleo convencional, posee una gravedad API de al menos 22 y una viscosidad inferior a 100 centipoise (cp). 88 New Review Concludes Very Low EROI of Oil Shale Combined with High Carbon Intensity Likely Makes it an Unsuitable Alternative to Conventional Crude Oil, Green Car Congress, 3 August 2010, 89 Idem. 90 Water Issues Associated with Heavy Oil Production, Argonne National Laboratory, November 2008, p. 11, 38

39 Petróleo pesado es un petróleo asfáltico, denso (baja gravedad API) y viscoso que se caracterizada químicamente por su contenido de asfaltenos (moléculas muy grandes que incorporan la mayor parte del azufre y 90 por ciento de los metales en el petróleo). Aunque hay varias las definiciones, el límite superior para el petróleo pesado se ha fijado en 22 gravedad API y una viscosidad de 100 cp. Petróleo extra pesado es la porción del petróleo pesado con una gravedad API inferior a 10. Bitumen natural, también llamado arenas bituminosas o arenas de petróleo, comparte los atributos del petróleo pesado, pero es aún más denso y viscoso. El bitumen natural es el petróleo con una viscosidad mayor que cp. El Centro Canadiense para Información Energética hace la siguiente clasificación 91 : Petróleo liviano: gravedad API mayor que 31,1. Petróleo mediano: gravedad API entre 31,1 y 22,3. Petróleo pesado: gravedad API entre 22,3 y 10. Petróleo extra pesado (incluyendo bitumen): gravedad API inferior a 10. El siguiente gráfico muestra otra perspectiva de la clasificación del petróleo 92 : 91 Water Issues Associated with Heavy Oil Production, Argonne National Laboratory, November 2008, p. 12, 92 Non Conventional Hydrocarbons, What and Hoe Much, J. Peter Gerling, BGR Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover, Germany, 39

40 Tal como se demostró en un documento anterior 93, con el advenimiento del pico de la producción mundial de petróleo, el mundo está migrando hacia la explotación de fuentes de petróleo que requieren cada vez más energía para extraerlos y procesarlos (bajo EROI), que más caros y que tienen mayores impactos en el ambiente, incluyendo mayores emisiones de gases de efecto invernadero. Reservas petroleras convencionales y no convencionales Los recursos petroleros disponibles en el planeta se muestran en el gráfico siguiente 94 : 93 Pico de la Producción Mundial de Petróleo: Agotamiento de las Reservas Mundiales de Petróleo, Dr. Roberto Dobles, San José, Costa Rica, 31 de agosto del Non Conventional Hydrocarbons, What and How Much, J. Peter Gerling, BGR Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover, Germany, 40

41 Las reservas de petróleo no convencional se encuentran muy concentradas en tres países, lo cual no es buena noticia para los compradores 95 : El siguiente gráfico muestra las reservas de petróleo convencional y no convencional por país 96 : 95 Non Conventional Hydrocarbons, ENI, 96 Non Conventional Hydrocarbons, What and How Much, J. Peter Gerling, BGR Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover, Germany, 41

42 Vemos que Canadá, Venezuela y Rusia sobresalen como países con grandes reservas de petróleo no convencional, de bajo EROI y alto contenido en carbono y contaminantes. La Faja del Orinoco es conocida por tener grandes reservas de petróleo pesado. Su ubicación es la siguiente 97 : A través de la alta dependencia de Costa Rica del petróleo importado y con las crecientes importaciones que se proyectan, en un escenario post pico el país podría importar en el futuro petróleo o productos de petróleo pesado, con las serias consecuencias económicas, sociales y ambientales. Hay muchas formas de extraer el petróleo pesado, pero todas requieren de grandes cantidades de energía (en la forma de calor, etc.). Por ejemplo las siguientes 98 : 97 Water Issues Associated with Heavy Oil Production, Argonne National Laboratory, November 2008, p. 14, 98 Water Issues Associated with Heavy Oil Production, Argonne National Laboratory, November 2008, p. 28 y 32, 42

43 A continuación se muestran los principales campos de arenas bituminosas y campos de petróleo pesado de Canadá 99 : 99 Water Issues Associated with Heavy Oil Production, Argonne National Laboratory, November 2008, p. 15, 43

44 Para el caso del petróleo de esquisto ( Oil Shale ), que existe en muchas partes del mundo, también hay muchas formas de extraer el petróleo de estas rocas. A continuación se muestra una de ellas 100 : Costos estimados de la producción de los diversos tipos de petróleo Los costos estimados de la producción de diversos tipos de petróleo se encuentran en el siguiente gráfico 101 : 100 Water Issues Associated with Heavy Oil Production, Argonne National Laboratory, November 2008, p. 39, 101 Can non-conventional oil fill the gap?, David Strahan, 44

45 Lo anterior muestra la tendencia hacia la producción de petróleo no convencional como consecuencia del advenimiento del pico de la producción mundial de petróleo. Gran parte de los altos costos se deben al consumo de energía requerido para extraer el petróleo no convencional y producir los derivados (gasolina, diesel, etc.). Esta situación conduce a un bajo EROI (baja ganancia energética) y altas emisiones de carbono y otros contaminantes en los procesos de extracción y de producción de derivados de petróleo para el consumo final. 9. Ventajas del EROI como factor de planificación energética Los economistas biofísicos y ecológicos argumentan que el análisis de energía neta tiene varias ventajas sobre el análisis económico estándar. En primer lugar, el análisis de energía neta evalúa el cambio en la escasez física de recursos energéticos y, por lo tanto, es inmune a los efectos de las imperfecciones del mercado que distorsionan los datos monetarios. En segundo lugar, porque los bienes y servicios son producidos a partir de la conversión de la energía en trabajo útil, la energía neta es una medida del potencial de hacer un trabajo útil en los sistemas económicos. En tercer lugar, la TRE puede ser utilizada para clasificar las tecnologías alternativas de suministro de energía de acuerdo con sus capacidades potenciales para realizar trabajo útil en la economía (la negrita no es del original) 102. III. Las importaciones de petróleo tienen un menor EROI y emiten más gases de efecto invernadero 1. Consumo de energía en el transporte de energía Si ampliamos el costo energético de la obtención de un combustible a partir de la boca del pozo hacia el consumidor final, la energía suministrada disminuye y el costo energético de llevarla a ese punto se va para arriba, lo que la reduce la TRE (Tasa de Retorno Energético) 103. Transporte marítimo de petróleo y derivados El transporte mundial de petróleo por vía marítima es una actividad de grandes proporciones, tal como se muestra en el gráfico siguiente: 102 Net energy analysis, Lead Author: Cutler J. Cleveland, July 23, 2010, The Encyclopedia of Earth, 103 What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? Part 3, by David Murphy, Energy Bulletin, Apr , 45

46 El combustible quemado para este transporte ha venido creciendo rápidamente a través de los años 104 : 104 Second IMO GHG Study 2009, International Maritime Organization, p. 26, 46

47 El consumo de combustibles de la actividad de transporte por categoría principal se muestra en el siguiente gráfico 105 : La gran mayoría del transporte marítimo de productos ( commodities ) es seco o líquido. En un estudio en el Mar Báltico, este transporte fue el siguiente (en millones de toneladas), donde se muestra que el transporte de petróleo tienen una alta participación 106 : 105 Second IMO GHG Study 2009, International Maritime Organization, p. 29, 106 ARTEMIS, Sea transport emission modeling for the European Commission DG Tren Project, February 2005, p. 21, 47

48 Además de representar riegos importantes de derrames de petróleo en el mar, la actividad de trasporte marítimo genera una cantidad significativa de emisiones de contaminantes a la atmósfera 107 : La evolución de las emisiones de contaminantes a la atmósfera de la actividad de transporte marítimo total (en millones de toneladas) ha venido creciendo de manera acelerada 108 : 107 Second IMO GHG Study 2009, International Maritime Organization, p. 28, 108 Second IMO GHG Study 2009, International Maritime Organization, p. 29, 48

49 Los factores de emisiones asociados con la operación en el mar de barcos en la Comunidad Europea por categoría de buque es la siguiente 109 : 109 Representative emission factors for use in Quantification of emissions from ships associated with ship movements between port in the European Community (ENV.C.1/ETU/2001/0090), FINAL REPORT, p.25, David Cooper, IVL Swedish Environmental Research Institute Ltd., http://projects.dnv.com/portenv/portal/Documents/Finalfinalreport31May.pdf 49

50 Los factores de emisiones asociados con la operación en el puerto de barcos en la Comunidad Europea por categoría de buque es la siguiente 110 : Transporte terrestre El petróleo pesa alrededor de 0,136 toneladas por barril. El transporte en camión utiliza alrededor de BTU / tonelada-kilómetro y 3,58 MJ por tonelada-milla. Transporte por tubería de combustible requiere 500 BTU / tonelada-milla o 0,52 MJ por tonelada-milla. Supongamos que la distancia media a la que se mueve el petróleo del puerto petrolero o de los campos petroleros a los mercados es de aproximadamente 600 millas. Bajo este supuesto, un barril de petróleo, con alrededor de 6,2 GJ de energía química contenida, requiere en promedio alrededor de 600 millas de viaje x toneladas por barril x 3,58 MJ por tonelada-milla = 292 MJ por barril consumido en el transporte, o alrededor del 5% del contenido energético total de un barril de petróleo para moverlo donde se utiliza. Si el petróleo se mueve por tubería, este porcentaje se convierte en un 1%. Supongamos que el carbón se mueve un promedio de millas, sobre todo en tren a unos BTU por tonelada / milla o aproximadamente 1.81 MJ por tonelada-milla, por lo que el costo de la energía para mover una tonelada de carbón bituminoso con cerca de 110 Representative emission factors for use in Quantification of emissions from ships associated with ship movements between port in the European Community (ENV.C.1/ETU/2001/0090), FINAL REPORT, p.25, David Cooper, IVL Swedish Environmental Research Institute Ltd., http://projects.dnv.com/portenv/portal/Documents/Finalfinalreport31May.pdf 50

51 32 GJ / toneladas a su destino promedio es de millas x 1,81 MJ por tonelada-milla = MJ por tonelada de carbón, o sea 2,715 GJ por tonelada de carbón, que es cerca de 8 por ciento del contenido energético. Las pérdidas de línea eléctrica, si se envía como la electricidad, son más o menos similares. Si adicionamos entre 1 y 8 por ciento del valor energético de los combustibles para los gastos de transporte no parece razonable 111. El Cuadro 1 siguiente muestra los detalles de estos costos energéticos: Los costos energéticos para llevar los combustibles al consumidor disminuyen así el EROI (TRE, Tasa de Retorno Energético) de la fuente de energía y dependen de la forma en que se realiza el transporte y la distancia entre el punto de extracción y el centro de consumo. Nos encontramos así con que nuestro EROIpou (el EROI de toda la cadena de valor, donde pou= punto de uso ) es de aproximadamente 40 por ciento (17 por ciento de pérdidas no relacionadas con el combustible, más el 10 por ciento para la operación de la refinería, más el 10 por ciento de la extracción, más de cerca del 3 por ciento de pérdidas de transporte) menos que la EROImm (a boca de mina, o boca de pozo, o finca productora ), lo que indica que al menos por el petróleo que se usa se necesita un EROI en la boca de pozo de aproximadamente 1,4 para llevar la energía hasta el punto de uso final 112. Debemos recordar que por lo general lo que queremos son servicios de energía, no la propia energía que por lo general tiene poca utilidad económica intrínseca. Por ejemplo, para la mayor parte del petróleo lo que queremos son kilómetros recorridos, no sólo el combustible que hace eso. Esto significa que tenemos que contar en nuestra ecuación no sólo los costos energéticos río arriba ( upstream ) de la búsqueda y producción de los combustibles sí mismos, sino también todos los costos energéticos río abajo ( downstream ) de la energía necesaria para prestar el servicio (en este caso el servicio de transporte). Es decir, el costo energético de 1) la construcción y mantenimiento de 111 What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? Part 3, by David Murphy, Energy Bulletin, Apr , 112 What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? Part 3, by David Murphy, Energy Bulletin, Apr , 51

52 vehículos, 2) la construcción y el mantenimiento de las vías utilizadas, 3) la incorporación de la depreciación de los vehículos, 4) la incorporación de los costos de seguro, 5) etc. Todas estas cosas son tan necesarias para conducir una milla como la propia gasolina. Por este motivo las empresas pagan entre 45 o 50 centavos de dólar por milla cuando un automóvil personal se utiliza para fines de la empresa, no sólo los 10 centavos de dólar aproximadamente por milla para cubrir los costos de la gasolina. Así que en cierto sentido el dólar necesario para prestar el servicio (una milla conducida) es alrededor de 4 a 5 veces más que los costos del combustible directo, y esto no incluye los impuestos para mantener la mayor parte de las carreteras y puentes. Ahora, muchos de estos costos, especialmente seguros, consumen menos energía por cada dólar gastado que el combustible en sí mismo, y también menos que el costo de la construcción o reparación de automóviles o carreteras, aunque esto no es ciertamente el caso con el dinero utilizado para entregar el combustible que se utiliza en estas las operaciones. Por otro lado la intensidad energética del valor de un dólar de combustible es alrededor de 8 veces mayor que la de un dólar de los costos de infraestructura. El Cuadro 2 siguiente muestra nuestras estimaciones del costo de la energía de crear y mantener toda la infraestructura necesaria para usar todos los combustibles de transporte consumidos en los EE.UU. La intensidad de la energía se basa en estimaciones aproximadas de la energía utilizada para llevar a cabo cualquier actividad económica derivada de la relación media nacional del PIB a la energía (alrededor de 8,7 MJ / dólar), el calculador de energía del sitio web de la Universidad Carnegie-Mellon y de comunicaciones personales con Robert Herendeen). Herendeen estima que para 2005 la construcción pesada utiliza alrededor de 14 MJ por dólar. En la década de 1970 los seguros y otros servicios financieros tenían alrededor de la mitad (7 MJ) de las intensidades de energía dela industria pesada. 52

53 Nuestro cálculo, de añadir al consumidor los costos de la energía necesaria para conseguir el petróleo en el subsuelo (40 por ciento) más el costo de la energía prorrateada de la infraestructura necesaria para usar el combustible (24 por ciento) da un 64 por ciento del petróleo inicial en el suelo (Cuadro 3). De esta manera, la energía necesaria para prestar los servicios de una unidad de petróleo crudo (es decir, en la estación de servicio) es más o menos 3 unidades de crudo, y probablemente una proporción similar para otros tipos de combustibles. Esto reduce nuestro EROImm de10:1 a 3:1 para un galón de uso final, ya que cerca de dos tercios de la energía extraída se necesita para hacer las otras cosas necesarias para obtener el servicio de un galón consumido. También significa que necesitamos un mínimo de EROI (TRE, Tasa de 53

54 Retorno Energético) de 3:1 en la boca del pozo para entregar una unidad de ese petróleo a la demanda final. Futuras investigaciones podrían ampliar nuestro "EROIext" final (ext: extended EROI ) mediante la inclusión de la energía consumida por todas las personas y la energía consumida por la actividad económica, incluyendo la energía consumida directa e indirectamente para entregar la energía 113. El cuadro anterior muestra claramente las diferencias las diferencias de los componentes del EROI del diesel y la gasolina y del etanol producido con maíz en los EE.UU. 2. Consumo de energía en el procesamiento de la energía Costos energéticos del procesamiento de la energía La refinación de petróleo es la industria que más energía consume en los Estados Unidos y representa alrededor del 7,5% del consumo total de energía consumido en los EE.UU. Las compras de energía de fuentes externas le costaron a la industria casi $ 3.8 mil millones en Esto puede parecer bajo, teniendo en cuenta que las refinerías de petróleo son los principales usuarios de energía en el sector industrial. Sin embargo, un 113 What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? Part 3, by David Murphy, Energy Bulletin, Apr , 54

55 gran porcentaje de la energía consumida en las refinerías se produce en el mismo lugar, y no es comprada a fuentes externas. Si el valor de esta energía de subproductos se incluye en los costos de la energía, los costos de la energía podrían ser más de $ 10 mil millones (suponiendo que un 60% de la energía del proceso de refinación se produce en el mismo lugar, tomando un valor de $ 3 por millón de BTUs) 114. "La industria de refinación de petróleo utiliza la energía tanto para el suministro de calor y como energía para las operaciones de las plantas y como materia prima para la producción de productos petroquímicos y otros productos distintos de los combustibles. Según la más reciente Encuesta de Consumo de Energía del Sector Manufactura ( Manufacturing Energy Consumption Survey MECS), la industria de la refinación del petróleo de los EE.UU. consume alrededor de 7,1 quads ( quadrillion o BTUs) de energía en Las refinerías de petróleo utilizan una gran cantidad de energía para convertir el petróleo crudo en gasolina, diesel, bunker, productos químicos y otros productos. Casi la mitad de los costos de operación de una refinería (43 por ciento) es energía 116. Las refinerías de petróleo utilizan aproximadamente el 10 por ciento de la energía contenida en el petróleo para refinarlo a la forma que en que lo utilizamos (derivados de petróleo). Además, cerca del 17 por ciento del material contenido en un barril de crudo termina como otros productos de petróleo no combustibles. Así, por cada 100 barriles que entran en una refinería sólo alrededor de 73 barriles deja como combustible utilizable 117. El consumo de energía de una refinería promedio de escala internacional (caso de las refinerías de SUNOCO en USA) es el siguiente (en millones de BTUs por mil barriles de procesamiento) 118 : 114 Energy Consumption, Energy Information Administration (EIA), US Department of Energy, 115 Energy Consumption, Energy Information Administration (EIA), US Department of Energy, 116 Energy Consumption, p. 46, 117 What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? Part 3, by David Murphy, Energy Bulletin, Apr , 118 SUNOCO, Energy Conservation, Trends in Energy Use, 55

56 Existen varias tendencias que van a impactar el uso de energía en el futuro en la producción de derivados de petróleo: Se espera que los crudos pesados y los crudos ácidos, que requieren un procesamiento más intensivo en energía que los crudos premium, contribuyan con una fracción cada vez mayor de la producción. Como las reservas existentes de petróleo se agotan y hay una mayor la competencia en todo el mundo con los crudos premium (por ejemplo, ligeros y dulces), las refinerías utilizarán cada vez más crudos pesados y / o crudos ácidos para satisfacer la demanda. Se espera que haya cada vez más un mayor uso de fuentes no convencionales de petróleo como el petróleo de las arenas bituminosas ( tar sands ) y el petróleo de esquisto ( shale oil ). Estos recursos energéticos también requieren procesos más intensivos en energía para separar el petróleo de los estratos de arena o roca. La eliminación de los subproductos de roca después del procesamiento es también una preocupación ambiental y daría lugar a un mayor consumo de energía para hacer los ajustes de petróleo procesado para que pueda refinarse en productos de combustible. La producción de combustibles sintéticos (principalmente utilizados como componentes de mezcla de diesel) aumentará, utilizando los procesos con carbón a líquidos (CTL), gas a líquidos (GTL), u otros procesos, sobre todo de cara a precios más altos del petróleo. La producción de combustibles sintéticos es generalmente 56

57 una forma de producción de combustibles más intensiva en energía que los procesos tradicionales de refinado de petróleo, y también está asociada con mayores emisiones de dióxido de carbono. Las regulaciones requieren que las refinerías de petróleo fabriquen más mezclas de gasolina para apoyar el aumento de la producción de etanol. La producción de etanol es también más intensiva en energía que la refinación de petróleo. Por último, se espera que disminuya la eficiencia de las refinerías porque el proceso de hidrotratamiento para la remoción de azufre es altamente consumidor de energía. Lo anterior debido a las regulaciones de la EPA ( US Environmental Protection Agency ) de bajar el contenido de azufre en el diesel de transporte y el diesel que no es de transporte 119. Todo lo anterior nos indica que en el futuro los costos energéticos de la conversión de petróleo en combustibles y las emisiones al ambiente van a aumentar significativamente. Es importante resaltar el hecho que el petróleo que se ha descubierto en Costa Rica (en cantidades no comerciales) en el pasado ha sido un petróleo premium (ligero y dulce). Un descubrimiento comercial de este petróleo en el territorio nacional conllevaría a costos energéticos mucho menores (en extracción, transporte marítimo y refinación) y a emisiones mucho menores de gases de efecto invernadero y de otros contaminantes. Lo anterior es adicional a otros beneficios claves, como la seguridad energética y económica, la prosperidad social la protección ambiental y de la salud. El procesamiento de gas natural no es tan amplio como el caso del petróleo para separar el gas en sus diversos componentes para asegurar una calidad estándar. Consecuente el consumo de energía para este fin es mucho menor. En Costa Rica se ha descubierto gas natural en cantidades no comerciales (producto de las actividades de exploración de petróleo realizadas en el pasado). Si se diera un descubrimiento comercial, la situación del país sería aún mucho mejor todos los aspectos energéticos, económicos, sociales y ambientales. El carbón se suele usar en el mundo en industrias intensivas en energía, tales como la generación eléctrica, la producción de acero, entre otros, con una eficiencia promedio de 35 a 40 por ciento. La extracción es igualmente intensiva en energía. En el subsector eléctrico, los procesos de generación hasta los de elevación de voltaje en las subestaciones y el transporte en las redes eléctricas (alta, median y baja tensión) generan pérdidas que reducen el EROI y aumentan las emisiones. En Costa Rica, una parte importante de la generación eléctrica en la estación seca se hace con diesel y bunker. La eficiencia de estos equipos debe andar cercana al 30% 35%. Las pérdidas en las redes de transmisión y distribución son aproximadamente del 10%. Una vez entregada la energía al consumidor se dan pérdidas adicionales. Por 119 Energy Trends in Selected Manufacturing Sectors: Opportunities and Challenges for Environmentally Preferable Energy Outcomes, Final Report, March 2007, U.S. Environmental Protection Agency (EPA), p y 3-90, Prepared for: U.S. Environmental Protection Agency Office of Policy, Economics, and Innovation Sector Strategies Division, Prepared by: ICF International 9300 Lee Highway Fairfax, VA (703)

58 ejemplo, en los procesos de cocción, donde la eficiencia propia de la cocina puede estar cercana al 30% - 36%. Esta eficiencia puede verse reducida por la eficiencia del uso por parte del consumidor (uso de ollas no apropiadas para los disco de la cocina, por ejemplo). La eficiencia en el consumo, como en el caso del ejemplo anterior de la cocina, es un factor clave. Otro ejemplo es el caso de los motores eléctricos, con una eficiencia parecida al ejemplo anterior. El transporte público con electricidad producida con diesel y bunker no es conveniente, debido a que se requerirá quemar una cantidad de combustibles mucho mayor que usarlos directamente en el transporte, con las consecuentes emisiones adicionales de gases contaminantes. Producción de etanol La situación del EROI ampliado (EROIext o Extended EROI ) para el etanol basado en maíz es la siguiente: Dado que nuestro objetivo nacional (EE.UU.) es entregar 36 mil millones de galones (2,9 EJ) de etanol, entonces podemos trabajar hacia atrás para calcular que algo así como 111 mil millones de galones de etanol (o su equivalente de los combustibles fósiles) se requieren en la granja para generar y entregar el original de 36mil millones de galones de servicio de energía al usuario final con su componente de producción, de transporte y costos energéticos de la infraestructura. Esta cantidad es el original de 2,9 EJ entregados como combustible, más de 1,9 EJ para las necesidades energéticas de la infraestructura (24/36 de petróleo x 2,9 EJ entrega), más 0,24, EJ de la energía utilizada en el transporte de la energía (0,05 x (2,9 + 1,9)), más 3.9 EJ de la energía para producir el etanol necesario (0,76 x 5,1). Así, un adicional de 75 mil millones de galones (o 6.1 EJ) se requieren entregar 36 mil millones de galones en las estaciones de servicio, por lo que un EROI (TRE) de al menos 3:1 es necesario para que el combustible no sea subvencionado por los combustibles fósiles. EROIs por encima de 3:1 son rara vez reportados para los biocombustibles líquidos What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? Part 3, by David Murphy, Energy Bulletin, Apr , 58

59 IV. Intensidad de carbono y otros contaminantes de las fuentes de energía Al igual que el EROI, las diversas fuentes de energía tienen intensidades de carbono diferentes, tanto en su composición atómica de energía como en las emisiones (de CO2 y de otros contaminantes nocivos) por unidad de energía. 1. Relación de átomos de hidrógeno y de carbono de los combustibles Los siguientes gráficos muestran la relación entre átomos de hidrógeno y átomos de carbono de diferentes fuentes de energía: 59

60 Los gráficos anteriores muestran claramente que el contenido átomos de hidrógeno en relación con los átomos de carbono favorece por mucho al gas natural en relación con todas las otras opciones de combustibles. Desde la perspectiva de la mitigación de gases 60

61 de efecto invernadero y de la lucha contra el cambio climático, el gas natural es por mucho la mejor opción. 2. Emisiones de CO2 por unidad de energía El gráfico siguiente muestra las emisiones totales de CO2 por fuente de energía (en Toneladas de CO2 por Barril Equivalente de Petróleo, BEP y en Toneladas de CO2 por Terajulio, TJ) 121 : En todos los casos, con respecto a la composición atómica y a las emisiones de gases de efecto invernadero (y otros gases contaminantes), el gas natural es muy superior a todos los otros combustibles, ya que tiene una razón de 4 a 1 (4 átomos de hidrógenos contra 1 de carbono) y menores emisiones totales de CO2 por unidad de energía (Terajulios). La intensidad de carbono ( carbon intensity ) es un atributo cada vez más importante de los sistemas de combustibles y de energía eléctrica. Las fuerzas sociales y políticas que se están dando para abordar el cambio climático van a producir este otro factor distintivo de la próxima transición energética Dirección Sectorial de Energía (DSE) 122 Energy Transitions Past and Future, by Nate Hagens, August 8, 2007, 61

62 A continuación se muestran los estándares de valor calórico (MJ/Unidad) y de emisiones de CO2 (Kg/GJ) 123 : 123 The Netherlands: list of fuels and standard CO2 emission factors, Document was written by SenterNovem at the request of the Ministry of VROM of the Netherlands (Spatial Planning, Housing and the Environment), April 2009, 62

63 3. Contaminación del aire Fuentes de la contaminación del aire La contaminación del aire viene de muchas diferentes fuentes, tales como fábricas, plantas de energía, limpieza en seco, automóviles, buses, camiones y hasta polvo traído por el viento e incendios sin control. La contaminación del aire puede amenazar la salud de seres humanos, árboles, lagos, cosechas y animales, así como dañar edificaciones y la capa de ozono. La contaminación del aire también puede causar neblina, reduciendo la visibilidad en parques nacionales y áreas silvestres 124. Hay seis contaminantes principales del aire (también conocidos como contaminantes de criterio): monóxido de carbono (CO), plomo (Pb), dióxido de nitrógeno (NO2), ozono (O3), material en partículas (PM) y dióxido de sulfuro (SO2). Los contaminantes CO, Pb, NO2, y SO2 son el resultado de emisiones directas provenientes de una variedad de fuentes, incluyendo fuentes de origen puntual. El PM puede ser el resultado de emisiones directas o puede formarse cuando emisiones y otros gases reaccionan en la atmósfera. El ozono no es emitido directamente, pero se forma cuando óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (VOCs) reaccionan en presencia de la luz solar 125. La contaminación del aire es una mezcla de partículas sólidas y gases en el aire. Emisiones de automóviles, químicos de fábricas, polvo, polen y esporas de moho pueden estar suspendidos como partículas. Ozono, un gas, es una parte importante de la contaminación del aire en las ciudades. Cuando el ozono forma contaminación del aire, es también llamado smog. 124 US Environmental Protection Agency (EPA), 125 Point Source, Pollution Issues, 63

64 Algunos contaminantes del aire son venenosos. Inhalarlos puede incrementar la posibilidad de que las personas sufran problemas de salud. La gente con enfermedades del corazón o pulmonares, los adultos mayores y los niños, corren un mayor riesgo con la contaminación del aire. La contaminación del aire no se produce solamente en el exterior el aire dentro de edificios puede estar contaminado y afectar la salud Contaminación del aire del sector transporte El sector transporte es una de las principales fuentes de polución del aire. Los contaminantes del aire primarios que se encuentran en la mayoría de las áreas urbanas son monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, óxidos de sulfuro, hidrocarburos y material en partículas (tanto sólido como líquido). Estos contaminantes son dispersados en toda la atmósfera del mundo en concentraciones lo suficientemente altas para causar gradualmente serios problemas de salud 127. Las fuentes móviles contaminan el aire a través de combustión y evaporación de combustible. Estas emisiones contribuyen en mucho a la contaminación del aire a nivel nacional (Estados Unidos) y son la causa principal de contaminación del aire en muchas áreas urbanas 128 Las fuentes móviles también producen otros varios contaminantes del aire importantes, tales como tóxicos del aire y gases de efecto invernadero. A nivel nacional, las fuentes móviles representan las mayores contribuyentes de tóxicos en el aire. Los tóxicos en el aire son contaminantes de los que se sepan o se sospeche que causan cáncer u otros serios efectos para la salud o el ambiente. Los gases de efecto invernadero, tal como el dióxido de carbono (CO2), atrapan calor en la atmósfera de la Tierra contribuyendo al cambio climático global 129. El gas natural reducirá de manera significativa en el futuro las emisiones futuras de gases de efecto invernadero y otras fuentes de contaminación, porque es un combustible más limpio que también está tecnológicamente bien establecido, es versátil y globalmente cada vez más abundante. Será una fuente clave para resolver, durante el período de transición, los problemas críticos intolerables energéticos, climáticos, ambientales, macroeconómicos, sociales y geoestratégicos del petróleo. Como un combustible de respaldo, también potenciará el desarrollo de fuentes renovables de energía, tales como energía eólica y energía solar, y acelerará la transición hacia la economía del hidrógeno, por medio de una ruta de mezcla de energías ( energy mix pathway ) o matriz energética más limpia y segura. 4. Efectos de la contaminación del aire Los efectos a corto y a largo plazo de la contaminación del aire en el ambiente son variados y profundos. La lluvia ácida, el calentamiento global, el smog y el agotamiento 126 Medline Plus, 127 Tom Socha, Air Pollution Causes and Effects, , 128 Mobile Source Emissions - Past, Present, and Future, US Environmental Protection Agency (EPA), 129 Idem. 64

65 de la capa de ozono son apenas unos cuantos de los resultados más alarmantes de la contaminación. La contaminación del aire también representa un riesgo significativo para la salud humana, al causar serias enfermedades respiratorias y de otro tipo 130. La contaminación del aire es responsable de serios efectos en la salud. Cada año, la salud de infinidad de personas es arruinada o puesta en peligro por la contaminación del aire. Muchos químicos diferentes en el aire afectan el cuerpo humano de maneras negativas. El grado al que la gente se enferma dependerá de a cuáles químicos se expone, a cuáles concentraciones y durante cuánto tiempo. Los estudios han estimado que el número de gente que muere anualmente en los Estados Unidos por esta causa podría ser de más de 50,000. La gente mayor es sumamente vulnerable a enfermedades inducidas por contaminación del aire. Los que tienen trastornos cardíacos o pulmonares corren un riesgo adicional. Los niños y los bebés también corren un serio riesgo. Debido a que la gente está expuesta a tantos contaminantes potencialmente peligrosos, es con frecuencia difícil de saber cuáles contaminantes son los responsables de causar una enfermedad. Asimismo, debido a que una mezcla de contaminantes diferentes puede intensificar una enfermedad, es con frecuencia difícil aislar aquellos contaminantes que la causan. Muchas enfermedades podrían ser causadas por contaminación del aire sin que eso sea aparente por un largo tiempo. Enfermedades tales como bronquitis, cáncer del pulmón y enfermedades del corazón pueden todas eventualmente aparecer en gente expuesta a la contaminación del aire. Los contaminantes del aire, tal como ozono, óxidos de nitrógeno y dióxido de sulfuro también tienen efectos nocivos en los ecosistemas naturales. Pueden matar a las plantas y a los árboles al destruir sus hojas, y pueden matar animales, especialmente peces en ríos sumamente contaminados Análisis comparativo de emisiones a la atmósfera Gasolina y gas natural Un reciente estudio del Ministerio de Energía de los EE.UU. que compara las emisiones de vehículos livianos de gasolina y gas natural indica lo siguiente 132 : Reducción de emisiones de monóxido de carbono: 90% - 97% Reducción de emisiones de dióxido de carbono: 25% Reducción de emisiones de óxido de nitrógeno: 35% - 60% Reducción de emisiones de hidrocarburos volátiles: 50% - 75% Eliminación de partículas sólidas en suspensión (PTS) Eliminación de emisiones por evaporación. 130 Air pollution effects, 131 The Environment, A Global Challenge, 132 Natural Gas Vehicle Emissions, Alternative and Advanced Vehicles, US Department of Energy, 65

66 Mezclas de gas natural con hidrógeno Ya se está probando una mezcla de gas natural e hidrógeno en motores que está siendo positiva. Informes del Ministerio de Energía de los EE.UU. indican lo siguiente 133 : El gas natural puede ser mezclado con el hidrógeno para hacer HCNG ( hydrogen/natural gas blends ). Los vehículos alimentados con mezclas de hidrógeno y de gas natural (HCNG) son un paso inicial hacia el transporte futuro basado en el hidrógeno. Los vehículos de HCNG ofrecen el potencial de beneficios inmediatos en las emisiones, tales como una reducción de los óxidos de nitrógeno (NOx). Al mismo tiempo, pueden allanar el camino para una transición a vehículos de pilas de combustible ( fuel cell vehicles ) mediante el desarrollo de la demanda anticipada de infraestructuras para el uso del hidrógeno 134. Los motores de H-GNC (20% hidrógeno, 80% GNC) han demostrado que tienen menores emisiones, incluyendo un 50% de reducción de NOx, que los motores similares con GNC (Gas Natural Comprimido) solamente sin ningún cambio significativo en la eficiencia 135. Emisiones de vehículos pesados: GNC (Gas Natural Comprimido) y GNL (Gas Natural Líquido) vs Diesel Los autobuses equipados con motores de GNC modelo del año 2004 produjeron un 49% menos de emisiones de óxidos nitrógeno y un 84% menos de emisiones de partículas en comparación con los autobuses equipados con el modelo del año 2004 con motores diesel. Los óxidos de nitrógeno y las partículas suspendidas son las emisiones primarias de mayor preocupación para los vehículos pesados. En un estudio de los camiones de reparto de United Parcel Service (UPS) de GNC y de diesel, los camiones de GNC produjeron un 75% menos emisiones de monóxido de carbono, un 49% menos de emisiones de óxidos de nitrógeno y un 95% menos emisiones de partículas que los camiones de diesel de la misma edad 136. Protección de la salud pública y del ambiente En comparación con los vehículos alimentados con diesel y gasolina, los vehículos de gas natural pueden producir cantidades significativamente más bajas de emisiones nocivas, como óxidos de nitrógeno, partículas y contaminantes tóxicos y cancerígenos, así como de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero Natural Gas Vehicle Emissions, Alternative and Advanced Vehicles, US Department of Energy, 134 Alternative and Advanced Fuels, Hydrogen/Natural Gas (HCNG) Fuel Blends, US Department of Energy 135 Alternative and Advanced Fuels, Hydrogen/Natural Gas (HCNG) Fuel Blends, US Department of Energy 136 Natural Gas Vehicle Emissions, Alternative and Advanced Vehicles, US Department of Energy, 137 Alternative and Advanced Fuels, Natural Gas Benefits, US Department of Energy, 66

67 V. Retorno energético (EROI) e intensidad de carbono Tal como se ha indicado anteriormente, el EROI y la intensidad de carbono están relacionados en el sentido de entre más bajo el EROI más energía se requiere para producir y entregar al consumidor una unidad de energía, lo que aumenta la intensidad de carbono equivalente. Por ejemplo, el EROI del petróleo de las arenas bituminosas es menor que el EROI del petróleo por su extracción requiere de más energía (más emisiones). Entre más baje sea el EROI, más aumentará la huella de carbono propia del producto energético. Igualmente sucede con el transporte de la energía para llevarla a su destino. Entre más lejos se encuentre la fuente primaria de energía, más energía se requerirá para llevar a su destino, por los que aumentarían las emisiones y consecuentemente la huella de carbono. El procesamiento tiene un efecto similar. Por ejemplo, la refinación de petróleo para producir productos derivados (diesel, gasolina, bunker, jet fuel, LPG, etc.) requiere de energía, por lo que el EROI del diesel y la gasolina es menor que el EROI del petróleo utilizado para su producción. Consecuentemente, la huella de carbono y de otros contaminantes del diesel o la gasolina producidos es mayor que la huella del petróleo que se utilizó. Todo loa anterior sugiere que es necesario un proceso de transición hacia la Era de los Gases ordenado y orientado hacia tomar ventaja al máximo de las mejores opciones que van siendo disponibles desde el punto de vista económico, social y ambiental, incluyendo los combustibles puente o de transición. En este proceso de transición, simultáneamente a la sustitución del petróleo y del carbón (por gas natural como puente, por ejemplo), se debe dar igualmente mucha atención al aumento continuo del servicio de la energía del desarrollo energético nacional. Ta como se indicó anteriormente, un mismo producto (por ejemplo, petróleo convencional, petróleo no convencional y gas natural) puede brindar el mismo servicio energético (movilidad, por ejemplo). Conforme el EROI baja (más consumo de energía para producir y entregar energía) la huella de gases de efecto invernadero y de otros contaminantes aumenta: 67

68 VI. Exergía y la energía como servicio El cambio de paradigma energético, expuesto brevemente en la sección anterior, impulsado primordialmente por la innovación tecnológica va a ser ahora acelerado por las políticas y decisiones de los países y las empresas para enfrentar los imperativos del Siglo XXI (pico petrolero, cambio climático, contaminación del aire, vulnerabilidad económica, social y ambiental, impactos en la producción y distribución de alimentos, etc.). Este proceso de cambio involucra una mejora de los conceptos de planificación energética para diseñar mejor el desarrollo ante las nuevas circunstancias. Uno de estos conceptos es el enfoque de ampliar el concepto productos energéticos hacia servicios energéticos. En el mundo moderno los consumidores no quieren petróleo, por ejemplo, quieren iluminación, calor, movilidad, comunicación y entretenimiento. No es la energía en sí misma lo que necesitamos, sino los servicios que la energía provee. pocas personas necesitan gasolina, pero prácticamente todo el mundo necesita movilidad 138. Muchos servicios energéticos pueden ser así provistos por diferentes opciones de productos energéticos. La cantidad de energía primaria suministrada no es lo mismo que la cantidad de servicios energéticos suministrados 139 (la negrita y el subrayado no son de original). 138 Crossing the Energy Divide, Moving from Fossil Fuel Dependence to a Clean-Energy Future, by Robert U. Ayres and Edward H. Ayres, Pearson Education Ltd, 2010, p Crossing the Energy Divide, Moving from Fossil Fuel Dependence to a Clean-Energy Future, by Robert U. Ayres and Edward H. Ayres, Pearson Education Ltd, 2010, p

69 El siguiente gráfico muestra la cadena de valor del abastecimiento de energía que se ha utilizado tradicionalmente en el análisis del sector y el nuevo enfoque de cadena de valor basada en servicios de energía 140 : Todas nuestras actividades humanas relacionadas con la energía se ligan en algún punto de la cadena de conversión de energía. Como consumidores de energía tomamos decisiones hacia el extremo derecho de la cadena; sin embargo, derivamos valor de diversos elementos de toda la cadena. Al revertir nuestra visión y tomar la perspectiva de servicios se hace evidente que los servicios de energía son lo que realmente valoramos, y que hay múltiples opciones disponibles para proporcionarlos 141. Algunos servicios de energía son fácilmente disponibles y no cuestan nada. El calor de la radiación y la luz vienen del sol y el calor geotérmico proviene del subsuelo. Estos servicios directos son ambientalmente benignos y fáciles de capturar. Ellos están experimentando una renovación en los edificios modernos a través de las nuevas tecnologías: calentamiento solar, iluminación natural y la calefacción geotérmica 142. Cuando la energía directa no está disponible, usamos las del almacenamiento de la luz solar en la forma de vida vegetal (madera y carbón), la vida del mar (petróleo y gas), el viento y el movimiento de las olas. Estas fuentes de energía abren el resto de la cadena de transformación, la introducción de grandes retos de ingeniería. Detrás de cada etapa de la cadena de transformación hay un conjunto de tecnologías diseñadas para conservar tanta energía como sea posible 143. Lo primero que notamos cuando utilizamos energía indirecta es que no todos los Julios son iguales. Lo que normalmente llamamos energía es en realidad exergía, el potencial para hacer el trabajo. La exergía se puede acceder mediante la transformación de un tipo de energía en otro tipo 144 (el subrayado no es del original). En lugar de enfocarse en solamente en el suministro de energía per se, también debe haber enfoque en la 140 The great energy transition, Reflection on Sustainable Development,, World Viewing, 141 The great energy transition, Reflection on Sustainable Development,, World Viewing, 142 The great energy transition, Reflection on Sustainable Development,, World Viewing, 143 Idem. 144 Idem. 69

70 eficiencia termodinámica con la cual la energía primaria es convertida a trabajo útil. La exergía es el término técnico para aquel componente de la energía que está potencialmente disponible para crear trabajo útil. Las nuevas tecnologías se enfocan a que los servicios de energía sean mejores y asequibles. Si los servicios de energía que se suministran a los usuarios son muy caros, el crecimiento económico se paralizará, con las correspondientes consecuencias sociales desastrosas 145. El enfoque tiene que ser hacia reducir los costos y aumentar la calidad de los servicios energéticos. O sea, de los costos y la calidad del trabajo útil que se realiza en la economía. La exergía nos ayuda a cuantificar las reservas de energía, pero no explica cómo podríamos acceder a ellas. Para medir el valor que se deriva de la cadena transformación, necesitamos saber la rentabilidad económica de los servicios de energía en relación con el costo total de la extracción de la energía. La relación entre estas dos cantidades se llama Retorno de la Inversión de Energía (EROI, Energy Return on Investment ). El EROI es difícil de medir, en parte porque queda oculto de los estándares de las medidas económicas 146. VII. Huella energética y huella de emisiones en el territorio nacional Es claro que un sistema energético debe analizarse como un todo y que deben tomarse en cuenta todo el consumo energético y todas las pérdidas energéticas en toda la cadena de valor agregado desde la extracción o producción inicial hasta la entrega al consumidor final. El EROI es un método simple para estimar la energía entregada (al consumidor) con respecto a la energía requerida para obtenerla y entregarla a través de una actividad energética definida. 1. Consumo creciente de energía en el país y la huella energética y de emisiones La actividad económica de Costa Rica es altamente dependiente del petróleo importado en este momento y existe una alta correlación entre el crecimiento del Producto Interno Bruto (PIB) y el consumo de derivados de petróleo: 145 Crossing the Energy Divide, Moving from Fossil Fuel Dependence to a Clean-Energy Future, by Robert U. Ayres and Edward H. Ayres, Pearson Education Ltd, 2010, p Idem. 70

71 Bajo este modelo, entre más crezca el país más petróleo importado se va a consumir y más aumenta la vulnerabilidad económica y social nacional debido a la problemática de escasez progresiva en que va a entrar en mercado petrolero internacional en el Siglo XXI. Esta correlación entre el crecimiento económico y el consumo de petróleo ha creado una fuerte dependencia petrolera basada en el modelo de desarrollo que el país ha venido creando desde hace décadas, basado en el petróleo importado 147 : 147 Dirección Sectorial de Energía (DSE) 71

72 Las proyecciones hacia futuro se muestran en los gráficos siguientes 148 : 148 Dirección Sectorial de Energía (DSE) 72

73 La biomasa mostrada en los gráficos anteriores incluye el bagazo, el carbón vegetal, la cascarilla de café y otros residuos vegetales. En promedio, la demanda eléctrica se va a duplicar en 12 años y la demanda de combustibles derivados de petróleo en 13 años. Esta duplicación obligará a desarrollar a esa velocidad la infraestructura necesaria de abastecimiento y distribución para hacer la entrega de energía requerida. Obligará igualmente a replantearse el modelo de alta dependencia del petróleo importado. Para entregar la energía mostrada en los gráficos anteriores, incluyendo la energía futura proyectada hacia el futuro, se va a requerir más energía. Tal como se ha indicado anteriormente se requiere de más energía para entregar la energía que requiere el consumidor. Los datos de los gráficos anteriores se refieren a la energía entregada a los consumidores en el punto de entrega. En caso del subsector eléctrico, este punto de entrega se da cuando las distribuidoras eléctricas (ICE, CNFL, JASEC, ESPH y cuatro Cooperativas Eléctricas) entregan la energía a los consumidores. La energía consumida para hacer esta entrega va a depender en gran medida de la eficiencia de los equipos de generación (turbinas hidroeléctricas, turbinas de diesel, motores de bunker, turbinas de viento, etc.) y la eficiencia de las redes de transmisión y distribución. Sólo en estas redes se dan pérdidas de aproximadamente del 10%. Esto significa que para hacer llegar la electricidad al consumidor se requiere generar 10% más de electricidad en las plantas de generación. La eficiencia aproximada de los equipos térmicos de generación (varía mucho entre las diferentes tecnologías) se encuentra entre un 30 a 35% en promedio, lo que implica que se desperdicia entre un 65 a 70% de la energía del combustible utilizado. Este combustible ya tenía una reducción de la energía debido a la energía utilizada para su extracción, procesamiento y transporte, por lo que la energía neta de toda la cadena de valor es bastante baja. Por su lado, ya en manos del consumidor, la energía entregada no se convierte toda en energía útil. Esta conversión va a depender de la eficiencia de uso, la cual depende de la eficiencia propia del equipo (la refrigeradora, la cocina, el tanque de agua caliente, etc.) y la eficiencia del uso por parte del consumidor (por ejemplo, si se usa mal, si se deja la puerta de la refrigeradora abierta muy a menudo, o si utilizan ollas no aptas para el mejor aprovechamiento del calor generado por los discos de la cocina). A nivel de cada grupo de consumidores (residencial, industrial, comercial, agrícola, servicios, etc.) y al interior de cada uno de ellos hay ineficiencias y pérdidas de uso muy diversas que provocan una generación eléctrica mayor, una mayor huella energética y mayores emisiones de gases contaminantes. 73

74 La infraestructura actual de este subsector se muestra en el siguiente gráfico 149 : En el caso del subsector petrolero, el petróleo y derivados que el país importa de diferentes fuentes de suministro, y que continuará importando en forma creciente en el futuro, esta energía importada ya contiene una huella energética y una huella de emisiones de carbono de otros contaminantes cuando llega a un puerto petrolero en el país. Este consumo energético y las emisiones correspondientes tienen que ver con los procesos de extracción, acopio, mezcla de diferentes tipos de petróleo, transporte y carga en los puertos de embarque, refinación (en el caso de la importación de derivados de petróleo como diesel y gasolina) y el transporte marítimo por buques tanque. A partir del momento de la entrega de la energía importada en el territorio nacional (en el puerto petrolero), la huella energética y de emisiones continúa aumentado con el trasiego y almacenamiento nacional, la refinación y el transporte local por poliductos (que utilizan bombas que consumen diesel para impulsar los combustibles a través de las tuberías) y camiones cisterna hasta los planteles de distribución mayorista y por camiones cisterna de este punto hasta la entrega al consumidor (por ejemplo, en las estaciones de servicio). En los gráficos anteriores, la energía de hidrocarburos mostrada en los datos del consumo del año 2009 y las proyecciones corresponde a la energía entregada a los consumidores en los planteles de distribución mayorista (los planteles de RECOPE). A partir de este punto en los planteles de RECOPE, los derivados de petróleo se llevan en camiones cisterna al punto de entrega al consumidor final (estaciones de servicio, industrias, fincas agrícolas, comercios, etc.). 149 MINAET e ICE 74

75 Para hacer llegar un litro de combustible consumidor se requiere consumir una cantidad importante de energía desde el punto de extracción (pozo de petróleo) hasta el tanque del consumidor, lo que significa que se requiere producir más de un litro para entregar un litro, con sus aumentos en las emisiones a la atmósfera. Una vez entregada al consumidor, esta energía se consume a través de los procesos de combustión y hay más emisiones adicionales. La energía útil derivada de estos procesos y las emisiones van a depender la eficiencia de los equipos de consumo (automóviles, buses, camiones, motos, calderas, etc.) y la eficiencia de uso por parte del consumidor (forma de manejar, etc.). Usos ineficientes en el consumo generan mayores importaciones de energía y mayores emisiones al aire. Tal como ocurre en el caso del subsector eléctrico, a nivel de cada grupo de consumidores (transporte, residencial, industrial, comercial, agrícola, servicios, etc.) y al interior de cada uno de ellos hay ineficiencias y pérdidas de uso muy diversas que provocan una mayor importación de petróleo y derivados, una mayor huella energética y mayores emisiones de gases contaminantes. La infraestructura actual del subsector hidrocarburos abastecer las necesidades de combustibles derivados de petróleo se muestra en el siguiente gráfico 150 : Para determinar la energía neta (la energía útil) actual y la del futuro, hay que trabajar hacia atrás para calcular el consumo de energía y las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera para entregar energía desde la fuente de origen hasta el consumidor final. 150 RECOPE y MINAET 75

76 Tal como se ha indicado anteriormente, en el futuro, con el advenimiento del pico de la producción mundial de petróleo convencional y la migración mundial hacia petróleos más pesados y petróleos no convencionales, el consumo energético para extraerlos y procesarlos va a ser cada vez mayor. La lejanía mayor posible de las fuentes de suministro van también aumentar el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes del petróleo y derivados puestos en un puerto el territorio nacional. 2. Importaciones crecientes de petróleo y derivados y derivados Las importaciones de petróleo y de derivados de petróleo que hace Costa Rica a través de buques tanque disminuye la energía neta del petróleo puesto en el puerto petrolero y en la refinería debido al consumo de combustibles de estos buques, lo que aumenta a su vez las emisiones totales a la atmósfera del consumo nacional de derivados de petróleo. Entre más lejano esté ubicado el puerto original de carga del petróleo y de los derivados, mayor será el consumo de energía y las emisiones en el transporte marítimo. La importación de petróleo para refinar en el país y la importación de productos terminados refinados en el extranjero generan así una huella de carbono y de otros contaminantes superior a la huella que tendría un eventual uso de petróleo nacional, debido al transporte marítimo que se lleva a cabo en la importación. Entre más lejana sea la fuente de origen, mayores serán la emisiones de CO2 y de otros contaminantes del buque tanquero, y consecuentemente menor será el EROI (o TRE) de ese petróleo. Si el petróleo viniera de África, una fuente futura de petróleo convencional que podría ser una opción de importación para Costa Rica bajo el modelo actual, el EROI de las importaciones sería más bajo de lo que es hoy en día y las emisiones serían mayores. Un barril de petróleo importado no representa un barril de petróleo desde la perspectiva energética y de las emisiones de gases contaminantes en toda la cadena de valor. Nuestras importaciones conllevan así a una cantidad importante de petróleo adicional extraído y transportado en el mundo y a una mayor cantidad de emisiones a la atmósfera. Ya en el territorio nacional la huella energética y la huella de emisiones continúa aumentando en diversos procesos hasta el consumo final. 76

77 A continuación se muestra los países de origen del suministro de petróleo y derivados que se importaron al país en el : El abastecimiento de petróleo y derivados de Costa Rica ha venido cambiando mucho a través de los años. Por ejemplo, en la década de los 80s México y Venezuela eran los principales proveedores. México llegó al pico de su producción nacional en el año 2004 y a partir de ese momento su producción empezó a baja rápidamente. Su demanda interna continúa creciendo por lo que reduce aún más sus posibilidades de exportación. Ambos eventos han provocado que en este momento México importe hidrocarburos para satisfacer sus necesidades nacionales. En el año 2009 la mayor parte de los hidrocarburos líquidos importados por Costa Rica vinieron de los Estados Unidos de América ( de barriles, o 59,3% del total de las importaciones). El total importado de todas fuentes de suministro en el año 2009 fue de barriles ( barriles por día). Es importante resaltar el hecho que los EE.UU. pasaron su pico de la producción nacional de petróleo en la década pasada de los 70s y que producción se reduce día a día. Este país no es entonces una fuente segura de abastecimiento en los años a venir, particularmente en la época post pico de la producción mundial de petróleo, donde la lucha por el abastecimiento de petróleo de fuentes internacionales va a ser amplia con una prioridad hacia el abastecimiento nacional. 151 RECOPE. 77

78 Las importaciones llegan actualmente al Puerto Petrolero de Moín en Limón. En un futuro se importará también a través de una terminal petrolera en Puntarenas. La siguiente fotografía muestra uno de los barcos petroleros típicos en estas instalaciones: Las importaciones de petróleo y derivados se incorporan a una amplia infraestructura petrolera nacional compuesta de una refinería, poliductos y camiones cisterna para transportar los combustibles, planteles de distribución, estaciones de servicio, etc., la cual está en expansión para satisfacer la creciente demanda de combustibles líquidos: 78

79 Es muy posible que conforme pico dela producción mundial de petróleo convencional vaya teniendo sus efectos las importaciones de petróleo de Costa Rica tengan puntos de origen más lejanos. Por ejemplo, de Africa (Nigeria, etc.). Muchos expertos estiman que Africa va a ir aumentando su producción, aunque esto no va a cambiar mucho la disponibilidad global, aunque sí la disponibilidad regional. Es importante indicar que los países de ese continente son los que tienen menos regulaciones y controles ambientales en la exploración y extracción de petróleo en el mundo, por lo que se espera que el petróleo que provenga de esa región tenga no solamente una huella ambiental mucho mayor en estos procesos de producción, sino también una mayor huella ambiental en el transporte marítimo (emisiones de gases a la atmósfera de los buques petroleros) y una energía neta menor debido a la distancia de estas fuentes de suministro de Costa Rica. Bajo el modelo energético actual, las crecientes importaciones de petróleo y derivados del país generan crecientes emisiones al aire de CO2 y de otros contaminantes en su trayecto marítimo, además de crecientes riesgos de derrames en el mar por accidentes potenciales. También, la energía neta de las importaciones disminuirá progresivamente en el futuro por el advenimiento del pico de la producción mundial del petróleo convencional y la migración hacia petróleos más pesados. La nueva refinería de RECOPE (en alianza con CNPC de China) va a estar diseñada para procesar crudos más pesados, ya que son los que van a estar disponibles en los años a venir. La energía invertida de la extracción de petróleo pesado sería mayor a la del petróleo que el país importa actualmente, lo mismo que el transporte marítimo y la refinación. O sea, es de esperarse que el EROI del petróleo importado futuro sea menor y que las emisiones en toda la cadena de los procesos de importación y refinación sean mayores, a pesar de que la tecnología de la nueva refinería sería de punta, pero el petróleo sería más complejo de refinar. 79

80 Las exploraciones de hidrocarburos del pasado en Costa Rica han demostrado la presencia en el territorio nacional de petróleo muy liviano y bajo contenido de azufre, metales y otros contaminantes. Por ejemplo el caso del Pozo Cocoles 2 en 1956 que produjo unos barriles por día de un petróleo muy liviano y de poco azufre y otros contaminantes, pero perdió presión 3 días más tarde y fue abandonado luego. Desde la perspectiva ambiental y del EROI (la ganancia energética), el uso eventual de un petróleo nacional tendría un EROI mayor al de las importaciones, y particularmente con el petróleo que podría esperarse con las importaciones de petróleo más pesado en el futuro, cuando la nueva refinería esté operando. La tendencia en el mundo es hacia tipos de petróleo cada vez más pesados, más contaminantes y con menor energía neta (debido a sus necesidades de alto consumo energético en su extracción y procesamiento). Este tipo de petróleo liviano tendría un mayor EROI y generaría menos contaminación en toda su cadena de abastecimiento que el petróleo importado, y si esta importación fuera de petróleo pesado, el impacto en el consumo de energía en toda la cadena de valor y en las emisiones al ambiente sería mayor. Si se utilizará gas natural nacional en lugar de petróleo en Costa Rica como fuente primaria de energía en el país, no solamente se tendría un combustible que es mucho más amigable con el ambiente y que contiene contaminantes nocivos, sino que también la huella de carbono sería menor. El gas natural, producido eventualmente en territorio nacional, tendría también una huella de carbono menor que el eventual gas natural importado del extranjero, debido a las emisiones de CO2 durante el transporte. Lo anterior además de otros beneficios, como seguridad energética y los beneficios económicos, sociales y ambientales. 3. Huella energética y huella de emisiones sectorial: caso del sector trasporte El sector transporte es el principal consumidor de energía del país (derivados de petróleo) y es entonces el que tiene la mayor huella energética y de contaminantes emitidos al aire en el país, tal como se muestra en el siguiente gráfico: 80

81 Para reducir las emisiones solamente hay dos clases de soluciones: En general, en estas dos clases de soluciones existen tres parámetros que determinan la cantidad de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) provenientes de fuentes del sector transporte: la selección de combustible (sustitución por combustibles más amigables con el ambiente) el nivel de actividad del vehículo (conservación) la eficiencia energética de los vehículos (conservación) El consumo de energía y las emisiones de contaminantes al aire de este sector se pueden reducir a través de un conjunto de acciones que actúen con sinergia entre sí en las siguientes áreas: 81

82 La lista de acciones incluye estrategias de reducción de emisiones, incluyendo las siguientes: Adopción de tecnología vehicular avanzada Cambio del petróleo a combustibles con más bajas emisiones de GEI y de otros contaminantes Uso de la administración de la demanda del transporte (TDM, por sus siglas en inglés, Travel Demand Management ) 152. Si bien la tecnología vehicular por sí sola puede lograr reducciones significativas del petróleo y de los GEI, una estrategia que combine tanto la tecnología como combustibles bajos en emisiones de GEI puede lograr reducciones significativamente mayores de petróleo y de GEI. La cantidad de petróleo desplazado se produce en su mayor parte en proporción a la cantidad de combustible alternativo que se use. En contraste, una amplia gama de reducciones de GEI es posible cuando se cambia a un combustible alternativo, dependiendo la escala de las fuentes de energía o de materia prima que se usen para procesar los combustibles 153 (la negrita no está en el original). Aplicadas en forma independiente, cada una de las estrategias tiene un potencial para reducir significativamente las emisiones de GEI del sector transporte, pero no lo suficiente como para aplanar las emisiones en forma independiente. Cuando las estrategias son combinadas, hay aún mayores oportunidades y más flexibilidad para reducir emisiones 154. La combinación de la estrategia de administración de la demanda del transporte con estrategias apropiadas de tecnología y combustible producirá así el mayor potencial para reducciones de emisiones 155 (la negrita no es del original). Las acciones tienen que darse simultáneamente en las tres áreas principales de acción. No se podrán reducir significativamente las emisiones de GEI y otros gases contaminantes si no se sustituyen los combustibles líquidos actuales (derivados de petróleo) por fuentes que produzcan menos emisiones. Para lograr una reducción significativa de la intensidad de carbono de la energía usada por el sector transportes se requiere el uso de alternativas al petróleo, como el gas natural, los biocombustibles o el hidrógeno 156. El gas natural es la única alternativa limpia a la gasolina y al diesel que es lo suficientemente escalable como para reducir las importaciones de petróleo 157. Y es la mejor. Por ejemplo, el gas natural tiene una combustión más limpia que la gasolina, 152 A Wedge Analysis of the U.S. Transportation Sector, Simon Mui, Jeff Alson, Benjamin Ellies, and David Ganss, Transportation and Climate Division Office of Transportation and Air Quality, Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, EPA A420-R , Abril de 2007, p Idem., p A Wedge Analysis of the U.S. Transportation Sector, Op. Cit., p Idem., p Reducing Greenhouse Gas Emissions From U.S. Transportation, Prepared for the Pew Center on Global Climate Change by David L. Greene, Oak Ridge National Laboratory and Andreas Schafer, Massachusetts Institute of Technology, May 2003, p. 11, 157 Robert A. Hefner III, The Grand Energy Transition, John Wiley and Sons, Inc., 2009, p

83 cuesta menos y tiene una calificación de octano superior (multiplicación de potencia) 158. Lo mismo sucede en el caso del diesel. Mayores reservas de gas incentivarían a los países en vías de desarrollo a convertir una mayor parte de sus flotillas de transporte para que usen gas natural en vez de gasolina 159. Tratar de reducir las emisiones utilizando sólo tecnología vehicular avanzada o TDM no será suficiente ni óptimo. El cambio de combustibles altos en carbono a combustibles con bajas emisiones de GEI es una parte significativa de la ecuación, junto con las demás medidas. Los biocombustibles, por ejemplo, son un elemento importante de este cambio y deben desarrollarse todavía más. Pero por sí solos no serán suficientes. 4. Huella energética y huella de emisiones de una empresa o un consumidor individual Además de los países, cada empresa u organización pública o privada en cualquier sector de actividad económica (agrícola, industrial, transporte, servicios, comercial, electricidad, derivados de petróleo, etc.), las dependencias del Gobierno y las personas tienen una huella energética y una huella de carbono y de otros contaminantes. Las acciones que cada una de estas partes son muy diversas de conformidad con cada una de las características propias de cada una de ellas. Pero en todos los casos estas acciones se encuentran agrupadas en las dos grandes clases de acciones que se pueden tomar: Acciones de sustitución (usar fuentes energéticas de reemplazo que tengan menos emisiones, como el gas natural) Acciones de conservación (usar más eficientemente la energía u ahorro: hacerlo menos o no hacerlo). Las acciones que se tomen en cada una de estas categorías por parte de todos los actores económicos y sociales del país, de conformidad con políticas eficaces en este campo y un entorno habilitador apropiado se adicionan para tener a nivel nacional la huella energética y la huella de carbono y de otros contaminantes. 5. Huella nacional de emisiones de contaminantes Existen dos huellas como consecuencia de las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera: La huella de gases de efecto invernadero La huella de otros gases contaminantes o Monóxido de carbono (CO) o Hidrocarburos volátiles (Propano, Butano, otros) o Óxidos de nitrógeno (NOX) o Dióxido de Azufre (SO2) o Partículas sólidas en suspensión (PS) o Ozono (O3), etc What Is Natural Gas and History of Use, 159 New Way to Tap Gas May Expand Global Supplies, New York Times, October 9,

84 Huella nacional de carbono La huella nacional de carbono histórica y las proyecciones se muestran en los gráficos siguientes: El sector forestal permite reducir esta huella de emisiones totales. La línea en color verde muestra la captura de CO2 (remoción de CO2 de la atmósfera) en el país que llega a su punto máximo de remoción en los años 2021 y 2023, para empezar a reducirse hasta desaparecer en el año Lo anterior porque la cobertura forestal no puede continuar creciendo indefinidamente. Consecuentemente, las emisiones netas (emisiones totales menos remociones) empieza a crecer para alcanzar de nuevo la estimación de las emisiones totales. 84

85 Con el modelo energético actual, no solamente no se cumplirá la meta de ser país carbono neutral en el año 2021, sino que las emisiones continuarán creciendo y serán en el 2021 mayores de las que son hoy en día. Esta meta no puede ser cumplida sin un cambio estructural del sector energético y de la economía nacional. No es posible lograrlo con cambio menores en algunos componentes del sistema actual. La carbono neutralidad es un paradigma de alta competitividad (derivado del cambio estructural), crecimiento económico, progreso social y protección ambiental. A la huella energética y la huella de carbono y otros contaminantes hay que agregarle las huellas correspondientes que las importaciones nacionales de petróleo y derivados generan en el exterior producto de nuestro consumo de derivados de petróleo. Estas huellas se generan desde el punto de la extracción de petróleo en los pozos petroleros hasta el puerto petrolero nacional. A partir de este punto el consumo de energía para entregar la energía que los consumidores requieren continúa aumentando al igual que las emisiones de gases contaminantes al aire. Huella nacional de otros contaminantes En cuanto a la huella nacional de otros contaminantes es creciente. Se ha venido midiendo de manera parcial en algunas ciudades por varias instituciones (Universidad Nacional con el Ministerio de Salud y el Ministerio de Ambiente, Energía y Telecomunicaciones). Al igual que con el caso de las emisiones de gases de efecto invernadero, si no hay un cambio estructural, las emisiones de gases contaminantes continuarán creciendo en el futuro con las serias consecuencias en el ambiente la salud y la economía. Las mediciones están concentradas en varios puntos de la GAM. Los contaminantes generados en el Gran Área Metropolitana (GAM) se miden actualmente en las ciudades de San José, Heredia y Belén como parte de un programa de colaboración entre el Laboratorio de Análisis Ambiental de la Escuela de Ciencias Ambientales de la UNA, el Ministerio de Salud y los gobiernos locales de cada una de estas ciudades 160. El Gran Área Metropolitana de Costa Rica (GAM) con tan solo un 4% del territorio (2084 km 2 ) alberga el 75% de la flota vehicular, 70% de la industria nacional y el 60% de la población del país, según datos del último censo de población realizado (INEC, 2000). Esta concentración importante de actividades comerciales e industriales en un área geográfica tan pequeña, caracterizada por un patrón de crecimiento urbano histórico, de forma radial, el cual genera nuevas áreas en adición a las que ya gravitan sobre las infraestructuras urbanas existentes, hace cada día más deficiente la operación de las ciudades que conforman esta región, causando un deterioro considerable en la calidad del aire que se respira 161. La estructura de la flota vehicular costarricense es muy diferente a la que prevalece en los países desarrollados, por supuesto lo más importante es su VEJEZ: la edad de la flota vehicular en Costa Rica es muy alta. Pero también es diferente su composición. En Costa 160 PROGRAMA PARA MEJORAR LA CALIDAD DEL AIRE DEL GRAN ÁREA METROPOLITANA DE COSTA RICA, , p Idem., p

86 Rica la proporción de motocicletas y autobuses es mucho más alta, además la cantidad de automóviles diesel es mucho menor que en los países europeos (Pujol, 2004) 162. Las situaciones anteriormente descritas aunadas al contenido de azufre en los combustibles, el cual alcanzaba para el año 2007, 0,38% para el caso del diesel y hasta un 2,2% para el búnker utilizado en calderas industriales según datos de la Refinadora Costarricense de Petróleo, hace que en esta región del país se emitan al aire gran cantidad de contaminantes tanto en estado gaseoso como particulado, exponiendo a la población urbana a concentraciones que superan en ocasiones los límites recomendados por las autoridades nacionales e internacionales de salud, principalmente con aporte del parque automotor (Herrera, 2006) 163. La dinámica de la contaminación atmosférica es a tal grado compleja, que su evolución nos ha ido revelando dimensiones poco exploradas e incluso desconocidas anteriormente. En este sentido, se ha observado que ciertos contaminantes han alcanzado niveles poco aceptables desde cualquier punto de vista, pues los efectos que producen sobre la salud son tan preocupantes como los que provocan sobre los ecosistemas. Este es el caso de los gases asociados a los procesos de combustión tales como el dióxido de azufre y el dióxido de nitrógeno para los cuales se alcanzan niveles que sobrepasan las normas de calidad del aire, en ciertos puntos de ciudades como San José y Heredia 164. En nuestro país, no existen los recursos ni la infraestructura para realizar estudios epidemiológicos, toxicológicos y de exposición, ni en animales ni en seres humanos, por lo que las normas se establecieron fundamentalmente tomando en cuenta los criterios y estándares adoptados en otros países del mundo 165. El diagrama de factores que afectan las condiciones de la calidad del aire en el Gran Área Metropolitana de Costa Rica es el siguiente 166 : 162 Idem., p Idem., p Idem., p Idem., p Idem., p

87 Las emisiones de contaminantes al aire tienen múltiples consecuencias sobre el ambiente y la salud 167 : En Costa Rica existen diferentes estimaciones de lo que le cuesta al país esta contaminación 168 : 167 Evaluación Inicial del Impacto en Salud de la Contaminación Atmosférica, Ministerio de Salud y Dr. C. Santos-Burgoa, Costos en Salud por la Contaminación del Aire, Costa Rica 2001, Reporte Técnico, Septiembre 2005, P. Allen, C. Vargas, M. Araya, L. Navarro y R. Salas, Ministerio de Salud con el apoyo de la GTZ de Alemania (Presentación) y Proyecto TREM, Ejemplo de Eficiencia Energética y Mejora Competitiva, Msc. Eduardo Navarro Ceciliano, Consejo Nacional de Concesiones, Presentación ante el II Congreso Nacional de Energía organizado por la Cámara de Industrias de Costa Rica, 22 Abril

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