Límites a los aprovechamientos de las energías renovables Carlos de Castro Carranza Universidad de Valladolid 19 de septiembre de 2012
Los límitesl mites-barreras de las energías no renovables Impactos ambientales Cambio climático Residuos nucleares Insolidarios con las generaciones futuras Picos de producción n de los combustibles Necesidad de una transición n energética rápida r y global (transformar ~15 TW)
Los modelos climáticos atrapan la tendencia pero suelen quedarse cortos en cuanto a las consecuencias climáticas. millones de km2 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Extensión del hielo Ártico (septiembre) Mediciones y modelos 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035 2045 Predicción de los modelos de la década pasada Promedio de los modelos Realidad Al desaparecer más rápido de lo esperado, el feedback sobre el clima es mayor de lo esperado.
Energía Materia Agua, suelos, metales Pérdida de biodiversidad BIOSFERA Desechos Cambio climático El metabolismo de la Civilización humana descansa sobre la biosfera
La Humanidad ha crecido de forma exponencial: población, uso de agua, de energía, de fertilizantes, de papel, de vehículos, de teléfonos. Agua Físicamente la función exponencial SIEMPRE es transitoria. Posibles salidas : Papel Sigmoide, oscilaciones o colapso Vehículos Probablemente se ha hecho más daño a la Tierra en el s. XX que en toda la historia anterior de la humanidad. J. Yves Cousteau
3000 centrales nucleares! 300 millones de hectáreas 60 50 40 Descubrimientos Demanda Oferta Pico del Petróleo Gb/año 30 20 10 0 1900-1910 1910-1920 1920-1930 1930-1940 1940-1950 1950-1960 1960-1970 1970-1980 1980-1990 1990-2000 2000-2010 2010-2020 2020-2030 2030-2040
El mundo jamás se ha enfrentado a un problema como el cenit del petróleo. Sin mitigación masiva una década antes del hecho, el problema será omnipresente y no será temporal. Departamento de Energía de EEUU. 2005
ene-09 jul-08 ene-08 jul-07 ene-07 jul-06 600 500 400 300 200 100 0 Índice de precios ene-04 jul-04 ene-05 jul-05 ene-06 petróleo energía comida jul-02 ene-03 jul-03 ene-02 jul-01 ene-01
Los límitesl mites-barreras de las energías renovables optimismo tecnológico Políticos, económicos, sociales Históricamente: más m s barreras Promocionadas por ecologistas Más s difícil centralizarlas (economía a de escala) Más s difícil almacenarlas (especulación, seguridad) Más s difícil externalizarlas Actualmente: son la moda Lo verde vende Cierto consenso en que la transición n es inevitable Investigadores entusiastas
Los límitesl mites-barreras de las energías renovables Límites ecológicos y tecnológicos La biosfera compite por ellas Posibles sorpresas estilo cambio climático
Los límitesl mites-barreras de las energías renovables Límites ecológicos y tecnológicos La biosfera compite por ellas Posibles sorpresas estilo cambio climático Baja densidad energética Competencia con otros usos humanos y biosfera Dificultad de almacenamiento e intermitencia Necesita espacio y materiales bajando densidad Consumo de materiales Energías renovables captadas con sistemas no renovables
160 140 120 100 80 60 40 20 0 Densidad de energía (W/m2) Fósiles Eólica Fotovoltaica Hidroelectricidad Biomasa
Los límites l de la energía eólica Nueva metodología top-down down: ~1TWe Partimos de la potencia cinética disipada en la atmósfera ~ 1000TW Calculamos la potencia que es accesible y convertible en electricidad Accesible por altura: ~1/10 Accesible por geografía: a: ~1/5 Accesible por potencia de vientos: : ~1/2 C. De Castro et al. 2011: Global wind power potential: physical and technological limits. Energy Policy 39: 6677-6682
Los límites l de la energía solar eléctrica (174000TW) Metodología top-down down: ~1,1-4,6 TWe Criterios realistas de densidad energética Autores Densidad actual (W e /m 2 ) Densidad futura (W e /m 2 ) DeVries 2007 20 25-50 Rogner et al 2000 17 Grassl et al 2003 23.5 42 Jacobson 2009 12.6-16 Hoogwijk et al. 2008 14.4 24.4 Hoogwijk 2004 18.6 C. De Castro et al. 2011: Global solar electric power potential: technical and De Castro et al 2012 <3.3 2.5-4.5 ecological limits. Energy Policy (in press)
Los límites l de la energía solar eléctrica (174000TW) Metodología top-down down: ~1,1-4,6 4,6TWe Criterios realistas de densidad energética Criterios de ocupación ecológica de suelos y de generación n de infraestructuras Igualar la superficie que actualmente ocupan todas las infraestructuras energéticas fósiles f y nucleares: ~8MHa Densidad de infraestructuras: igual en desiertos: ~ 30 MHa Igualar la superficie que actualmente ocupan todas las infraestructuras humanas: ~ 300 MHa Criterios de uso de materiales Con las tecnologías actuales muy difícil superar 1TWe C. De Castro et al. 2012: Global solar electric power potential: technical and ecological limits. Energy Policy (in press)
Metodología top-down down: ~1,1-4,6 4,6TWe Criterios realistas de densidad energética Criterios de ocupación ecológica de suelos y de generación n de infraestructuras Igualar la superficie que actualmente ocupan todas las infraestructuras energéticas fósiles f y nucleares: ~8MHa Densidad de infraestructuras: igual en desiertos: ~ 30 MHa Igualar la superficie que actualmente ocupan todas las infraestructuras humanas: ~ 300 MHa Criterios de uso de materiales Con las tecnologías actuales muy difícil superar 1TWe CIGS, Cd-Te, a-si, a n-sin 0,1TWe (In, Te, Ag) a-si > 1TWe (ZnO( ZnO) P-Si 0,1TWe -1TWe (Ag) CSP 1TWe (Ag( Ag)
Los límites l del mar de renovables Potencial tecnológico y/o ecológico Olas (TWe) Mareas (TWe) OTEC (TWe) Total Ocean Revisión literatura 0.1-0.48 0.014-0.115 5-150 >0.2 Top-down (preliminar) <0.02 <0.02 <0.02 <0.05 Exergía total disipada 3 3.7 100
El resto de renovables Hidro Geo Bio Top-down <0,7 TWe <0,1 TWe? <0,3 TWe Exergía Total 5 TWe 45 TW 100 TW sostenible? densidad <0,15 W/m 2 Apropiación humana 20TW
Límite tecno-ecol ecológico del conjunto de renovables Solar: 1,1-4,6 TWe Eólica: 1 TWe Resto: 1-1,51 1,5 TWe TOTAL Renovables: 3-73 TWe Escenario de transición n (2050-2080): 2080): No renovables 2-52 5 TW Renovables: 2-52 TWe Total 4-104 TW (ahora 17TW, 12 (ahora 17TW, 12-14TW 14TW de calidad) Potencia per cápita: Ahora: 2500W Transición n energética (9000 millones): < 1200W ( caos( o super-ahorro?) Transición n energética y poblacional (3500 millones): 1200-2500W 2500W
For a successful technology, reality must take precedence over public relations, for Nature cannot be fooled. Richard Feynman www.eis.uva.es/energiasostenible/