Por: Robert Ohmes 

Transición energética

Esta es la primera parte de un artículo de dos partes,

publicado en Decarbonisation Technology, agosto de 2021

Autores colaboradores: Jean-Gaël Le Floc’h , Mel Larson y Darren York

Transición energética: ¿qué significa realmente?

En el léxico actual de la sociedad, términos y conceptos como descarbonización, reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, neutralidad de carbono y transición energética se están volviendo comunes, no solo dentro de la industria energética sino también entre el consumidor común. Eventos como la pandemia de COVID-19, los cambios en el trabajo y los viajes virtuales, y los cambios en los requisitos regulatorios y los incentivos económicos han acelerado drásticamente los cambios en la industria energética para producir combustibles y productos más limpios y con menor intensidad de carbono. Sin embargo, ¿el consumidor promedio comprende el alcance de las fuentes y productos de energía derivados de fósiles y las implicaciones de estos cambios y mandatos que se alejan de los combustibles fósiles en su vida diaria y el acceso a combustibles, productos y combustibles asequibles? y energia? ¿Cómo responderán las refinerías y las organizaciones petroquímicas a estos cambios en un mercado dinámico que exige tanto rentabilidad como gestión medioambiental? ¿Pueden la industria energética y los consumidores de primera línea alcanzar la neutralidad de carbono en las fechas previstas y qué cambios se requieren para cumplir esos objetivos?

Para comenzar a responder estas preguntas, primero debemos mirar algunos de los fundamentos que están influyendo en estos cambios y mandatos del mercado. Nuestra intención no es elegir “ganadores y perdedores” o cuestionar la realidad del cambio climático, sino examinar varios ejemplos desde la perspectiva de los primeros principios. Hacerlo ayudará a proporcionar enfoque y claridad sobre los desafíos que enfrenta la industria de la energía (es decir, servicios públicos, proveedores de combustible para el transporte y empresas petroquímicas) y permitirá tanto al consumidor como al productor racionalizar las opciones y los desafíos técnicos que deben abordarse para cumplir con estos objetivos. . Esta serie de dos partes se centrará primero en varios ejemplos de hidrógeno, baterías, metales e infraestructura eléctrica para ayudar a esclarecer los impactos reales de la transición energética y la descarbonización.

La pura magnitud del cambio

El objetivo actual del Acuerdo de París es limitar el aumento de las temperaturas globales a 2 ° C para 2050. Si bien el objetivo parece bastante razonable, existen fuerzas en competencia que ejercen una gran presión para lograrlo. Primero, el uso global de energía está fuertemente impulsado por el crecimiento de la población total y del PIB (Producto Interno Bruto). Se proyecta que la población mundial crecerá de aproximadamente 7.800 millones de personas en 2020 a más de 9.700 millones para 2050, lo que representa un crecimiento de ~ 25% durante ese período, y la mayor parte de ese crecimiento ocurrirá en los mercados emergentes, mientras que al mismo tiempo las regiones posmodernas. será plana o disminuirá en población. Durante ese mismo período de tiempo, se espera que la demanda de energía anual total crezca de ~ 635 billones de BTU a más de 900 billones de BTU para 2050, lo que representa un aumento de más del 40%.durante ese período. Sin embargo, para cumplir con los objetivos de reducción de GEI, la energía total por PIB (es decir, la intensidad energética) debe disminuir alrededor del 35% a nivel mundial. En términos simples, para continuar impulsando el crecimiento del PIB para una población en constante crecimiento, necesitamos energía para hacerlo, pero ahora tenemos que hacer “más con menos”. Además, el porcentaje de esa reserva de energía a base de petróleo y carbón debe disminuir en más del 25%, como mínimo.

Por lo tanto, la energía que necesitamos para impulsar nuestras economías, calentar y enfriar nuestros hogares y negocios, cocinar nuestras comidas y transportar a nuestra gente y bienes ahora debe provenir en gran medida de fuentes renovables: eólica, nuclear, solar, hidrógeno renovable y electricidad renovable. Para hacer frente a este desafío se necesita una diversificación significativa, técnicamente sólida e impulsada por el mercado de nuestras fuentes y proveedores de energía, junto con un cambio de comportamiento por parte de los consumidores y mandatos e incentivos gubernamentales simplificados. No existe una «fórmula milagrosa» para lograr este objetivo; se requiere una estrategia de «todo lo anterior».

Mitigar las consecuencias no deseadas

Pasar a fuentes de energía renovables «verdes» tiene que considerar todo el sistema, incluido el ciclo de «recolección», producción, procesamiento y uso. Por ejemplo, ¿qué se debe hacer con el aumento de desechos de turbinas eólicas, baterías de litio y paneles solares fotovoltaicos, ya que la mayoría de estos elementos no son reciclables actualmente y tienen una vida útil de 10 a 20 años? ¿Cuál es la consecuencia para el medio ambiente de la recolección de materias primas y luego la recolección de residuos, dado que las tecnologías de reciclaje son actualmente más intensivas en carbono que la producción de primera generación?

El uso de fuentes biológicas como combustible, como aceite de soja, aceite de palma, colza (canola), etanol (caña de azúcar o remolacha azucarera) u otros componentes de fuentes biológicas, enfrenta el uso de la tierra como alimento para alimentar a la creciente población mundial con un valor más lucrativo del combustible. fuentes. ¿Tiene sentido deforestar la tierra para plantar semillas como combustible? Si bien el uso de aceites de cocina usados ​​(UCO) como fuente de combustibles renovables encaja bien con el mantra del reciclaje, la aplicación de aceites vírgenes para la producción renovable tensará la tensión entre los alimentos y el combustible. Uno de los aspectos menos discutidos del «verde» es el consumo de agua necesario tanto para la recolección de minerales como para la producción de fuentes biológicas. El agua es un recurso escaso y, en muchas regiones del mundo, las condiciones áridas requieren una conservación severa del agua. De ahí que la conversación sobre el uso, la reutilización, la

Balanzas de metales y baterías

Si bien las tasas de adopción de vehículos eléctricos siguen siendo bajas en los EE. UU. Y Japón, con la producción de energía marginal de Japón proveniente de plantas de carbón con altas emisiones de CO2-eq, la participación de vehículos eléctricos en las ventas de automóviles nuevos ha mostrado una tendencia creciente en muchos otros países desarrollados de Europa. así como China. Esta tendencia continuará extendiéndose (ventas de vehículos eléctricos x25 en 2040 en comparación con 2020) y se anticipa que la tasa de crecimiento anual de la demanda total de baterías será de alrededor del 38% (CAGR), o un factor x25 en 10 años. Dentro del sector de las baterías, más del 40% de las baterías se dedicarán al almacenamiento de energía estacionaria, mientras que el 60% se utilizará para vehículos de pasajeros y comerciales, así como para barcos. La mayor parte de la demanda de tonelaje de materia prima de la batería seguirá la tendencia de la batería, con un aumento de alrededor del 40% por año, de un total de aproximadamente 0.2 de emisión por tonelada de litio para minería de roca dura.

Una de las principales limitaciones y riesgos futuros anticipados es la alta concentración en términos de actores, no solo en la industria minera, sino también en la industria de procesamiento / refinación. Los principales metales considerados son litio, níquel, cobalto, manganeso y grafito (baterías), y la situación es muy similar para los elementos de tierras raras (turbinas eólicas y motores de vehículos eléctricos), así como para el cobre, silicio, plata (energía solar fotovoltaica). ) y Aluminio (redes eléctricas). Se requerirá la garantía de la cadena de suministro para mitigar los riesgos de interrupción por diversas razones, como la inestabilidad política o las restricciones comerciales.

El reciclaje de baterías ayudará a mitigar el riesgo de interrupción del suministro, pero se prevé que el reciclaje de baterías de iones de litio gastadas solo representará alrededor del 8% de la demanda. Las tecnologías de reciclaje actuales consumen mucha energía, en parte debido al hecho de que las baterías no están diseñadas teniendo en cuenta el reciclaje futuro al final de su vida útil. Los avances en el reciclaje de baterías son fundamentales para garantizar que no estemos simplemente intercambiando extracción de petróleo por extracción de metales. Otras medidas de mitigación deben incluir una diversificación de los socios proveedores, con una mayor colaboración de todas las partes interesadas de la cadena de suministro, respaldada por una mayor transparencia y un conjunto coherente de estándares sociales y ambientales.

Expansión en Infraestructura Eléctrica

Las redes eléctricas son un elemento clave de los sistemas de energía confiables y jugarán un papel decisivo en el crecimiento de la adopción de energía renovable. La mayor parte de la longitud de la línea eléctrica (90%) se compone de los sistemas de distribución, que sirven para entregar energía a los usuarios finales. Los sistemas de transmisión, que conectan los centros de producción de energía pesada (centrales eléctricas, instalaciones de producción de energía solar y eólica) con los centros de carga, constituyen el 10% restante.

La ola de electrificación proveniente de la transición energética requerirá la construcción de nuevas líneas, así como la remodelación de las existentes, para aumentar la resiliencia a eventos climáticos más extremos. Se estima que el aumento previsto en términos de líneas eléctricas debido a la transición energética aumentará en un factor de 5 entre 2020 y 2050.

Los metales tradicionales utilizados en los cables de alimentación son el cobre y el aluminio. La conductividad eléctrica del cobre y la conductividad térmica son aproximadamente un 60% más altas que las del aluminio. Sin embargo, el cobre es tres veces más pesado que el aluminio y entre tres y cuatro veces más caro en función del peso. El cobre se usa típicamente para líneas submarinas y subterráneas, mientras que el aluminio se prefiere para líneas aéreas debido a su peso más liviano. Desde la perspectiva de los costos, el aluminio también se está considerando para las líneas subterráneas, según lo permita la regulación.

Otra medida de mitigación para reducir el impacto del aumento de la electrificación sería una ampliación en el uso de corriente continua de alto voltaje (HVDC) para complementar los sistemas tradicionales de corriente alterna (HVAC) actualmente en funcionamiento. HVDC solo requiere dos cables frente a tres con HVAC, lo que reduciría la necesidad de minería y metales. Por lo tanto, los cables HVDC suelen ser más baratos que los HVAC y tienen pérdidas muy limitadas. Sin embargo, los costos y las pérdidas de los convertidores de CC son significativamente más altos que los de los transformadores de CA, y la distancia de equilibrio entre los dos sistemas aún debe reducirse para promover aún más la HVDC.

¿Lo que sigue?

En la primera parte, hemos revisado cómo los metales, las baterías y la infraestructura eléctrica deben cambiar sustancialmente en los próximos años para cumplir con el cambio a una economía basada en la energía eléctrica y reducir el uso de combustibles fósiles para cumplir con los objetivos del Acuerdo de París. Este cambio en las fuentes de energía también debe ocurrir durante un período de crecimiento demográfico y económico continuo y requerirá nuevos niveles de eficiencia energética. En la segunda parte, examinaremos el hidrógeno como una solución potencial, definiremos lo que realmente significan las reducciones de emisiones de Alcance 1, 2 y 3, y brindaremos un contexto para que los proveedores de energía lo consideren a medida que avanzan en esta transición.

Referencias:

• Perspectiva Energética Internacional 2019 – EIA. www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/ieo2019.pdf.
• «Cero neto para 2050: análisis». IEA, www.iea.org/reports/net-zero-by-2050.
• «Perspectivas de la población mundial – División de población». Naciones Unidas, Naciones Unidas, Population.un.org/wpp/.
• «Perspectivas económicas de la OCDE: estadísticas y proyecciones». Instancia de la OCDE, www.oecd-ilibrary.org/economics/data/oecd-economic-outlook-statistics-and-projections_eo-data-en.
• «Materiales de la batería». Rystad Energy – Energy Knowledge House, www.rystadenergy.com/energy-themes/supply-chain/battery-materials/.
• Investigación y análisis de Becht

Becht tiene una amplia experiencia en transición energética y descarbonización. Para obtener más información, haga clic a continuación:

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