El cénit de producción es un concepto que se puede aplicar a todo recurso no renovable. De hecho, además del cénit de producción del petróleo también se habla de otros cénits de recursos energéticos como el carbón o el gas natural, utilizado en las centrales térmicas, cuyo pico se estima para 2030 .
Richard Heinberg publicó en 2007 el libro “Peak Everything: Waking Up to the Century of Declines” en el que abordaba la cuestión de los límites físicos del planeta, y, aunque se centraba en el fin del petróleo barato o cénit productivo (peak oil), extendió el concepto a muchas materias que son necesarias para mantener la producción tecnológica: litio, neodimio, cobre, cobalto, uranio, etc. A la conjunción de varios de estos cénits productivos lo denominó “Peak Everything”: el cénit de todo.
El análisis de este cénit de todo lo podemos clasificar en tres grupos:
- Fuentes de energía fósiles: recursos fósiles o no renovables de los que obtenemos energía como fuente primaria.
- Tecnologías o vectores energéticos: recursos necesarios para la obtención, transformación, transporte y almacenamiento de energía.
- Otros materiales que se emplean en tecnologías clave de la sociedad industrial y de la información.
En cuanto a fuentes de energía fósiles, las más importantes son el petróleo, el gas natural, el carbón y la fisión nuclear. El petróleo lo hemos tratado específicamente en otra sección a la que nos remitimos. La producción de gas natural en los principales países productores se mantiene prácticamente estancada desde los años 80:
La Tasa de Retorno Energético del gas natural sigue en declive:
El volumen de gas natural descubierto cada año disminuye, su cénit se produjo entre 1966 y 1970, y la mayoría se encuentra en el fondo del mar (off shore):
Fuente:
El cenit del gas natural en China se prevé entre 2026 y 2030 . En EEUU prevén que la producción y consumo de gas natural se incremente, pero también manejan el escenario de baja producción de gas natural, que se materializaría en 2030:
El carbón, aunque hay reservas extensivas por todo el mundo, se ha reducido el consumo, a partir de 2015, por sus efectos en la emisión de gases de efecto invernadero:
La energía nuclear de fisión requiere de uranio, cuyo declive se estima que comenzará entre 2025 y 2030 . La producción mundial está concentrada en Kazajistán (45%), Namibia (12%) y Canadá (10%), sigue una tendencia decreciente, y ha sido y es inferior a los requerimientos (en 2021 cubría el 77% de la demanda), que fueron cubiertos con el uranio extraído de la bombas nucleares como consecuencia de los pactos de desarme nuclear:
Por lo que se refiere a los reactores nucleares de torio, la ventaja es que se trata de un mineral tres veces más abundante que el uranio, aunque es un subproducto de la extracción de tierras raras, pero es una tecnología que se lleva investigando desde 1969 y no ha pasado de prototipos y experimentos a pequeña escala. El problema principal es que el torio no es fisionable y no se puede utilizar directamente en un reactor convencional de neutrones térmicos, con lo que se necesita iniciar la reacción con uranio, pero es un material fértil: al absorber un neutrón y liberar 2 electrones transmuta a uranio-233 (U-233), un excelente material fisionable.
Otra limitación de la energía de fisión nuclear es la gestión de los residuos radiactivos del combustible nuclear que se renueva cada 12-18 meses, y que conservan su poder tóxico durante 100.000 años, en el caso del uranio, y «sólo» 200 años en el caso del torio. Ningún país tiene una solución definitiva para tales residuos nucleares. Uno de los almacenes de residuos nucleares derivados de ensayos con bombas nucleares que hicieron los EEUU en el Pacífico, se denomina Runit Dome, y tras unos 50 años de su construcción, se ha detectado que tiene filtraciones de residuos radiactivos que afectan a las islas Marshall. Las 250.000 toneladas de residuos nucleares que existen actualmente distribuidas en 14 países, estan saturando los almacenes temporales que existen. Muchos residuos nucleares permanecen en «piscinas de enfriamiento» en los propios reactores, careciendo de sistemas de contención secundarios y de sistemas de respaldo eléctrico. En 2019 se desmanteló un reactor bajo una estructura de hormigón y hierro, costando 1.600 millones de dólares, y sólo garantiza el control de la radiactividad durante 100 años, es decir, es una solución temporal. La mayor planta de residuos nucleares está en Sellafield (Reino Unido), y requiere que 100.000 empleados realicen tareas de descontaminación durante unos cien años, que es la vida útil de la instalación, lo cual se estima que costará 118.000 millones de dólares. El único país que ha construido una instalación de almacenamiento permanente ha sido Finlandia, en la isla de Olkiluoto, con galerías de más de 400 metros de profundidad, para almacenar sus más 2.300 toneladas de residuos nucleares.
La fusión nuclear, la gran esperanza de la humanidad, quizá no cumpla las expectativas por un ligero problema físico. La receta para la fusión nuclear que nos propone ITER tiene dos ingredientes fundamentales: deuterio y tritio. El problema de la necesidad de utilizar tritio es que este isótopo del hidrógeno es radiactivo, y, además, es escasísimo; en la Tierra tan solo existen actualmente unos 25 kg de tritio estimándose que su pico se alcanzará en 2030 y el agotamiento en 2050.
Una alternativa que se ha propuesto es sustituir el tritio por boro. La fusión de hidrógeno y boro además sólo genera helio que es inerte, no radiactivo. Todo suena bien, pero en la práctica, para que los núcleos de hidrógeno y boro se fusionen, es imprescindible que el plasma alcance una temperatura muy superior a la de ITER, que ya es de por sí abrumadora.
En cuanto a las tecnologías de energías renovables para la electrificación (eólica y solar fotovoltáica), el vehículo eléctrico, así como el incremento de la eficiencia energética, que son los pilares fundamentales del denominado Green New Deal, tienen el problema, además de la huella ecológica, de que consumen ciertas materias y tierras raras que son escasas para el masivo despliegue de las mismas que se propone, y sin olvidar que su extracción en los países que disponen de tales recursos minerales tiene importantes objeciones medioambientales, de dependencia energética y de protección de los derechos humanos .
La propia Agencia Internacional de la Energía hizo un informe sobre este tema, y el análisis fue claro: «after the medium term, projected demand surpasses the expected supply from existing mines and projects under construction for most minerals«. El periodo contemplado para esa demanda proyectada iba del 2020 al 2030, y en cobre, litio y cobalto el exceso de demanda se alcanzaba en 2024, pero también en otros minerales clave como el neodimio o el disprosio . El pico de producción de muchos minerales no combustibles no superaba un par de décadas .
Los proyectos de incrementar la electrificación requieren de un material clave como es el cobre, dada su alta conductividad a temperatura ambiente (superado solo por la plata que es más cara), lo que hace de este metal en algo indispensable en cualquier circuito eléctrico o electrónico. Esto incluye el coche eléctrico y cualquier medio de transporte electrificado creado hasta ahora. En Chile, principal productor mundial de cobre, la producción de cobre lleva estancada 10 años y el consumo de energía para la extracción de este metal ha aumentado un 40%, según datos de la Comisión Chilena del Cobre. Las estimaciones más optimistas sitúan este pico de extracción alrededor de 2040 , pero habría que tener en cuenta que si los planes de electrificar todo el parque automovilístico se llevan a cabo, esto se llevaría entre el 49-56% de todas las reservas de cobre conocidas en el mundo .
Una opción que se ha propuesto es utilizar aluminio en sustitución del cobre. El problema del alumnio es su enorme huella de carbono y emisión de GEI, ya que un 2,6% de las emisiones de GEI en el mundo provienen de la industria del alumnio, que quema carbón para producir la electricidad necesaria para fundir y refinar el aluminio, y se prevé que incrementen un 15% en la próxima década. El reciclado de alumnio consume menos energía y tiene menos emisiones de GEI que la fabricación primaria, pero la calidad del producto resultante no es suficiente para ciertos usos, como la conducción eléctrica, y también genera emisiones de GEI .
La electrificación del parque de automóviles y de la energía solar fotovoltáica también consumen, actualmente, un material indispensable: el litio. El litio se ha convertido en un elemento clave a nivel mundial, como lo es ya el petróleo. Esta importancia radica en la dificultad técnica que existe en el almacenamiento de energía, siendo las baterías de litio las que mejor resultados ofrecen (mejor capacidad de carga, poco efecto memoria y más ligeras). Desde 2015 el volumen de capital que ha movido el comercio del litio a nivel mundial se ha multiplicado por seis, sobre todo debido a un alza en los precios. Se estima que, para el nivel de demanda que exige la adaptación al cambio climático, la producción de litio empezará a ser insuficiente en 2050, con lo que ya se sugieren estrategias a largo plazo para la sustitución del litio .
El coste ambiental de la extracción de los minerales necesarios para la transición que propone el Green New Deal tampoco se puede ignorar, para contemplar la huella de carbono y energética que tiene esta minería, que es altamente intensiva en la emisión de gases de efecto invernadero, como reconoce la propia Agencia Internacional de la Energía .
La opción de reciclar estos valiosos materiales requeridos para las tecnologías de energía renovable y otras tecnologías actuales (coches eléctricos, smartphones, ordenadores, etc.), tampoco parece ser viable, ya que en su diseño no se ha tenido en cuenta esto y en muchos casos se trata de aleaciones, con lo que no se pueden separar adecuadamente ni los materiales resultantes tienen la calidad original, y tales materiales acaban perdiéndose al final de su ciclo de vida .
No directamente relacionado con la energía, pero sí con una actividad tan esencial como la agricultura es el fósforo, ya que es esencial para la productividad agrícola de la llamada Revolución verde (es el equivalente al petróleo en la agricultura, tal y como la entendemos hoy en día). La disponibilidad de fósforo en 2040 podría ser inadecuada para la demanda agrícola, con las inevitables consecuencias que de ello se derivan, como los incrementos de precios de los alimentos y las pérdidas para los agricultores, que se pueden agravar por la crisis petrolera, como ocurrió a mediados de los 70 y en 2007-2008 . Es probable que el control de la mayor mina de fósforo del mundo sea una de las principales razones por las que Marruecos invadió el Sáhara occidental en 1975 y, en abril de 2022, el increible giro en la postura de España sobre la soberanía de Marruecos en el Sáhara, en contra de las resoluciones de la ONU que reconocen el derecho de autodeterminación de los saharauis.
Estos son algunos de los materiales críticos, pero la Comisión Europea actualiza periódicamente la lista de materias primas críticas en función de su importancia económica y del riesgo de desabastecimiento, esta es la correspondiente a 2020, en la que por cierto entra la bauxita (para el aluminio), con mayor riesgo que el litio:
La Unión Europea depende de las importaciones de estos materiales críticos entre un 75% y un 100%, y los conflictos y competición global por hacerse con estos materiales afecta incluso a la seguridad internacional.
Las energías renovables no tienen exactamente un cénit, pero sí hay límites geofísicos. En cuanto a la eólica, un equipo de científicos españoles calculó que a nivel global el máximo potencial energético es de 1 TW de potencia media equivalente, es decir, 8.760 TW·h de energía anuales. El problema es que 1 TW de potencia media equivalente representa tan solo el 6% de todo el consumo de energía anual, y de ese modo todo el sueño de la transición sin decrecimiento se ve truncado.
La causa de esta limitación de la energía eólica es lo que se denomina como capa límite que es una zona que se extiende desde la superficie de la Tierra hasta una altura variable, típicamente de unos centenares de metros. En esta zona la velocidad del viento se va adaptando desde los valores, generalmente muy elevados, que tiene en la alta atmósfera, hasta el valor nulo que debe tener el viento justo cuando toca la superficie de un sólido. En definitiva, la atmósfera se estructura en dos zonas: una superior, en la que el aire no interactúa con la superficie terrestre y que tiene velocidades más elevadas porque la fricción interna del aire (por el choque de sus moléculas) es muy pequeña, y una inferior, la capa límite, donde la elevada fricción del aire con la superficie terrestre genera un proceso de disipación de energía muy intenso. El tamaño de la capa límite y su estructura (laminar o turbulenta) depende de la temperatura, la cizalla del viento, la geometría local de la superficie terrestre y otros parámetros.
Algunos dicen que las anteriores estimaciones no tienen en cuenta la implantación de generadores más altos, pero, primero, eso tardará bastante y, cuando comiencen a implantarse, la altura media de todos los aerogeneradores en funcionamiento no superará los 200 metros. En segundo lugar, como dice Turiel, cuando uno introduce nuevos elementos sólidos fijados al suelo, lo que está haciendo es «empujar hacia arriba» la capa límite, sin que necesariamente aumente la cantidad de energía que se disipa en ella: si la superficie de la Tierra se elevase 200 metros respecto al nivel actual no tendríamos acceso a los vientos más fuerte de mayores altitudes, sino que se configuraría una nueva capa límite con la misma altura de la actual, separando la alta atmósfera de la baja. La presencia de aerogeneradores perturba la capa límite, aumentando su extensión espacial sin que ello signifique que su flujo de energía sea mayor, como se ve en el siguiente esquema:
Como explica Turiel, en el lado de la derecha del esquema hay una sucesión de aerogeneradores de una altura significativamente menor a la de la capa límite, que acaban elevando la capa límite planetaria. Eso es debido a que los sucesivos aerogeneradores le van detrayendo energía al viento a su altura y eso al final provoca que haya una inyección de energía desde alturas mayores pero dentro de la capa límite (las fechas rojas en la parte de la derecha). Como se ve en la figura, los aerogeneradores crean su propia capa límite interna, que acaba ocupando la mayoría de la capa límite planetaria. Si ponemos aerogeneradores de mayor tamaño, lo único que vamos a conseguir es expandir el tamaño de la capa límite, sin que la cantidad de energía accesible aumente. Vamos a gastar mucho más cemento, acero y neodimio para tener la misma densidad de energía producida por metro cuadrado de instalación que con aerogeneradores más pequeños. La conclusión, nos dice Turiel, es que hay una cantidad máxima de energía disponible, y poner más aerogeneradores lleva a que se la repartan entre todos, tocando cada vez a menos por cada uno de ellos.
En lo que se refiere a la energía solar fotovoltaica, por un lado, está el límite de radiación solar que impacta en la Tierra, que se conoce como el pico de radiación solar, que se encuentra modulada por la temperatura local del aire, el viento, la nieve, la contaminación atmosférica, el polvo y factores geográficos, con lo que el potencial eléctrico solar no se distribuye de modo uniforme en todo el mundo:
El potencial eléctrico fotovoltaico es teórico, porque en la práctica no se puede aprovechar todo por restricciones técnicas, geográficas y de usos del suelo, lo cual requiere la exclusión de amplias zonas de la superficie terrestre:
En total, unos 3,6×104 TW de energía son usables en el mundo, si cubriéramos casi todo el planeta de placas solares. Evidentemente, esto no es factible porque, además de tener que cubrir las ciudades con cúpulas de placas solares, también tendríamos que cubrir suelos dedicados a la agricultura, la ganadería y otros sistemas y procesos ecológicos fundamentales que requieren que la radiación solar impacte en el suelo. Esto hace que la superficie «no usada» necesaria para la transición verde sin decrecimiento energético sería bastante alta e incluso excedería los recursos disponibles . Así, por ejemplo, el Reino Unido no dispondría de superficie disponible ni siquiera para cubrir su actual demanda de electricidad, mientras que Alemania no podría autoabastecerse energéticamente con renovables. España requeriría algo menos del 10% de la superficie disponible para cubrir su demanda actual de electricidad, y el 40% para satisfacer la energía final (números similares aunque algo mayores a los obtenidos para EEUU). Por supuesto, está Australia en el extremo opuesto, con requerimientos respecto de la superficie disponible cercanos al 0%.
Por otro lado, incluso aprovechando todas las superficies que nos quedaran realmente factibles, la eficiencia de las placas solares a nivel comercial no transforma en electricidad más del 25% de la energía solar que impacta en las mismas . En definitiva, se estima que el potencial eléctrico real de la energía solar fotovoltaica para todo el mundo estaría entre 2-4 TW, haciendo que los escenarios «business as usual» sean imposibles .
En cuanto a la hidroeléctrica, aunque el potencial teórico global es enorme , su impacto ambiental, económico y la variabilidad de los recursos hídricos como consecuencia del cambio climático ha hecho que se haya ido descartando como una tecnología viable en los países del Norte global, mientras que en el Sur global se siguen iniciando proyectos de grandes presas hidroeléctricas .
La Agencia Internacional de la Energia en un informe de 2021, estimó que en 2030 se alcanzarían 1,5 TW de hidroeléctrica en el mundo. La Internation Hydropower Association (IHA) estimó que en 2050 se podría llegar a 3,8 TW de hidroeléctrica a nivel mundial.
En España, por ejemplo, la producción hidroeléctrica anual ha sido muy variable, porque depende de las precipitaciones, y éstas son muy irregulares en la mayor parte de su territorio. En años húmedos supera los 40.000 GWh, pero desde comienzos de los noventa sólo se
ha dado esta situación en tres años (1996, 2001 y 2003). En cambio, en los años secos no llega a los 25.000 GWh. La media de las dos últimas décadas ha sido 30.926 GWh, lo que representa un 14,7% de la producción media total de electricidad en España .
La creciente escasez de agua hace que, además, aumenten los problemas y conflictos entre el uso del agua para la generación eléctrica, el consumo humano y el consumo agrícola y ganadero .
En cualquier caso, considerando que se pudiera conseguir un máximo de 9 TW de energía eléctrica instalada en 2050, el escenario Net Zero 2050 de la Agencia Internacional de la Energía requeriría 26,6 TW instalados de energía renovable, con lo que aún faltaría saber de dónde saldrían los otros 2/3 que faltan.
Por supuesto, el Green New Deal y el tecno-optimismo nos dicen que olvidemos todo esto y que siempre encontraremos nuevas reservas y tecnologías que permitan la utopía del crecimiento perpetuo. Nos dicen que miremos al pasado y comprobemos que eso siempre ha sucedido así, como si los recursos naturales que ya hemos extraído de las entrañas de la Tierra fueran insignificantes o que los recursos son prácticamente ilimitados. Nos dicen que los «picos» son estimaciones apocalípticas, y que mejor tengamos fe en sus estimaciones optimistas.