Desmitificando las energías renovables

Estuve charlando con mi amigo ambientalista Roberto Ares, que está meditando hace varios meses sobre la conveniencia de instalar energías renovables en algunos emprendimientos turísticos que está llevando a cabo. Me parecieron muy interesantes sus reflexiones, que detallo a continuación.

Cuando se trata de realizar nuevas inversiones en fuentes de energía se requiere una comparativa de alternativas. Dado que cada fuente de energía tiene su listado de ventajas y desventajas, las que serán magnificadas o soslayadas según la opinión del analista, se hace necesario definir indicadores numéricos que permitan una comparación más precisa. Podemos mencionar los siguientes indicadores económicos (y ambientales).

1. Costo por unidad de energía (el costo financiero)

La central nuclear de Atucha-II se licitó en 1989 a 1900 millones de dólares estadounidenses (MUSD) para una potencia de 745 MW (0,745 GW). Fue abandonada en el 1989 y reiniciada en el 2006. Se espera que empiece a generar energía en el 2014 con una inversión total acumulada de US$ 3500 millones, lo que daría 4.700 Musd/GW. La energía eólica cuesta 750 Musd/GW y la solar fotovoltaica 1200 Musd/GW, mucho más conveniente que la nuclear. Sin embargo, el porcentaje de tiempo que genera energía al año es muy diferente.

Un reactor puede operar el 80% del tiempo al año y la energía eólica o solar es muy dependiente de la región donde se instala debido a la disponibilidad del viento y radiación solar. Pero la energía nuclear debe soportar la carga de los riesgos de accidentes y los residuos radiactivos. En el otro extremo, una central térmica a base de combustibles fósiles tiene un costo de 1100 Musd/GW, lo que daría un valor muy favorable de inversión ya que tiene una disponibilidad de trabajo muy alta. Sin embargo, debe adicionarse el valor del combustible para la generación térmica que mueve la turbina (carbón, gas o petróleo), valores que se desembolsa en la medida de la generación.

2. Huella de carbono (el costo ambiental)

La producción de petróleo durante la extracción inicial (por bombeo) genera una huella de carbono de 2,7 kg de CO2 por cada litro de gasolina. En la fase de extracción con inyección de vapor, la huella aumenta un 20%. Para la fracturación hidráulica (como en Vaca Muerta) es muy superior. El etanol obtenido del maíz produce también 2,7 kg CO2/litro, mientras que el biodiésel de soja produce la mitad. Con los biocombustibles hay una fuerte controversia respecto a estos valores indicados, debido a las emisiones adicionales que se produce en la fase de agricultura. Se ha calculado que hacer una hamburguesa (Big Mac) genera 3 a 6 kg de CO2, considerando todos los componentes, y esto equivale a producir 2 litros de gasolina.

Cuando se fabrica una central de energía solar fotovoltaica se produce una huella de 34,3 g CO2 por cada kWh de energía eléctrica generada. En tanto, la construcción de una central térmica de combustible fósil tiene una huella 3 veces menor. Pero mientras que la energía solar entrega electricidad directa y no produce CO2 adicional, la central térmica produce más CO2 al quemar el combustible. Si se usa gas natural se producen 436 g/kWh adicionales (en la central de ciclo combinado) y con carbón 915 gr/kWh. La energía solar produce CO2 cuando se fabrican los equipos pero luego se puede usar sin cargo de conciencia. A esto denominamos "energía limpia", es decir, tan limpia como es posible. La energía verdaderamente limpia es aquella que no se consume.

3. Tiempo de Retorno Energético (la recuperación de los costos)

Se pueden definir 2 formas de repago: el ambiental y el monetario. El punto de vista ambiental se aplica a las energías renovables no contaminantes. Se define como el tiempo necesario para compensar las emisiones de CO2 producidas durante la fabricación de los equipos y que son ahorradas durante el uso. Por ejemplo, a un generador solar térmico (agua caliente domiciliaria) se lo compara con un termotanque a gas. En la fabricación del equipo solar térmico se genera una cantidad de CO2 equivalente a 1,5 años de trabajo de un termotanque a gas natural.

Pero para la mayoría de nosotros el retorno económico figura a la cabeza de la polémica. Corresponde al tiempo de repago de la inversión inicial del equipo. El cálculo es dependiente de las tarifas de la energía en cada lugar. Se calcula en base a cuánta electricidad se deja de consumir y con su costo en dinero. Por ejemplo, un equipo de energía solar fotovoltaica en Alemania se amortiza en algo menos de 7 años. Pero en países con mayor irradiación solar se encuentra entre 6 y 16 meses. Teniendo en cuenta que la vida útil media es 20-30 años, estos equipos producen electricidad limpia durante la mayoría del ciclo de vida. A cambio, hay que afrontar una inversión inicial elevada, que muchas veces solo es posible con la asistencia de subsidios.

4. Eficiencia de conversión (la medición de las pérdidas)

Lo que denominamos fuentes de energía, no lo son. La energía se convierte (no se genera) y se hace con un grado de eficiencia muy pobre (con muchas pérdidas en calor). Una central eléctrica térmica (carbón o petróleo) tiene una eficiencia del 30%. Además, las líneas de transmisión y distribución eléctrica pierden cerca del 10%. Las pérdidas sucesivas de la cadena de transporte y conversión hacen que el uso de energía generada en un lugar y transportada a otro sea muy ineficiente. Lo mejor es generarla en el lugar en que se consume (generar para el consumo propio).

En 1970, una turbina que generaba energía eléctrica desde gas natural, requería cerca de 4000 kilocalorías por cada kWh generado. Hoy requiere 2500 kcal/kWh y con ciclo combinado (turbina de vapor y gas en serie para aprovechar los gases calientes) requiere solo 1500 kcal/kWh. La eficiencia es uno de los indicadores de la bondad de una máquina. Incluso el concepto puede ser usado para los alimentos: de cada 10 unidades de energía en combustible fósil usado para producir alimentos solo una unidad en promedio llega como producto comestible a la mesa del consumidor. El resto se pierde durante la producción, transporte y distribución. La eficiencia en las energías renovables puede tener otro tipo de implicancias. Una celda fotovoltaica tiene una eficiencia de conversión de radiación en electricidad entre 10 y 40%, dependiente de su estructura interna. Y esto impacta en la superficie necesaria que debe ocuparse para producir la misma cantidad de energía.

5. Tasa de Retorno Energético (TRE)

Este indicador que permite una comparación entre todas las fuentes de energía. Se define como la relación entre la cantidad de unidades de energía producidas por cada unidad invertida. El petróleo tiene hoy día un TRE cercano a 10; se obtienen 10 unidades de energía por cada unidad de energía invertida. La energía eólica tiene un TRE cercano a 20 y la fotovoltaica inferior a 10.

Un ejemplo clásico de TRE es la explotación de yacimientos de petróleo. Se ha calculado que hacia 1850, en Estados Unidos por cada litro de petróleo invertido se obtenían cerca de 100. Los primeros yacimientos tenían petróleo de alta calidad a escasas profundidades, en lugares accesibles y fáciles de explotar. Pero durante la Segunda Guerra Mundial fue necesario extraer petróleo a mayor profundidad y en lugares aislados. La TRE hacia 1970 había bajado a 20-40 y en el 2005 a 10-15. En otras palabras, la TRE del petróleo es decreciente (por ser un recurso no renovable) y lo es aún más con las técnicas no convencionales (pizarras bituminosas o alquitranes pesados) donde nos encontraríamos en valores de 5-10. Las nuevas reservas requieren gran cantidad de energía para su manipulación en las rocas en el que están embebidas. Una conclusión muy aceptada es que: "el agotamiento del petróleo no se producirá cuando las reservas lleguen a cero, sino cuando el coste energético de la extracción sea igual al contenido energético de dichas reservas". Podríamos decir que se extrajo en toda la historia una fracción ínfima (¿1%?) de todo el combustible fósil existente, pero la amplísima mayoría esta tan disperso e inaccesible que no se puede extraer.

La TRE de la energía eólica se calcula como la energía eléctrica generada en toda la vida útil de una turbina eólica, dividida por la suma de las energías requeridas para construir la máquina. Se considera además, la infraestructura, el mantenimiento y el desmantelado al final de la vida útil. Así calculada, la TRE de la energía eólica varía de 5 a 80, con una media de unas 20 veces. El rango de dispersión es natural debido a la dependencia geográfica donde se instala. La TRE eólica es proporcional al tamaño del generador y los más grandes y eficientes obtienen valores muy altos. En cambio, la generación de energía desde el etanol, producido desde cultivos agrícolas como el maíz, tiene una TRE cercana a la unidad. Investigaciones recientes indican que potencialmente puede alcanzar una TRE de 5. Pero, el más serio inconveniente es que la producción de maíz compite con la alimentación. Siendo la agricultura la principal culpable de la deforestación, seguramente la huella de carbono que deberíamos atribuir al etanol es muy alta. En suma, demos gracias a que el petróleo está allí, sin un costo de fabricación y listo para ser usado, porque de lo contrario nuestra sociedad no existiría tal cual la conocemos.

6. Ocupación laboral

Un elemento de comparación poco conocido es la cantidad de empleo requerido por unidad de energía. El empleo se divide en: (1) necesario para investigación y fabricación y (2) necesario para instalación y mantenimiento. Por ejemplo, un parque eólico marino de 228 MW requiere 500 empleos de trabajo por 5 años hasta el fin de la instalación, y 40 empleos durante 20 años de funcionamiento. Son 3300 empleos-año en total (2500 y 800, respectivamente). Considerando un factor de capacidad de generación eólica del 35%, se puede generar 14.000 GWh en 20 años. Resultado: se requieren 0,23 empleos-año por cada GWh generado. Siguiendo la misma línea de razonamiento, las centrales eléctricas térmicas (carbón o gas natural) tienen un valor de 0,11 y una central nuclear 0,14.

Pero lo interesante es que la generación de energía fotovoltaica en domicilios requiere 1,42 unidades de empleo por unidad de energía (según Greenpeace). ¿Por qué esta diferencia? La energía fotovoltaica es usada en forma distribuida en el formato de autogeneración, por lo tanto requiere instalaciones distribuidas y con mucha mano de obra. A cambio, no se requiere una red eléctrica de distribución como en la energía centralizada. Pero, si este valor se presenta como "eficiencia" parece mostrar que se requiere mucho empleo laboral para la misma generación eléctrica. En Estados Unidos, según The Solar Foundation, el crecimiento de empleo en esta tecnología llegó al 20% durante el 2013. La mayoría en proyecto (52%) y en ventas e implementación (22%), con un total de 143 mil puestos de trabajo, donde 70 mil son de instalación.

Me quedé fascinado con las reflexiones de Roberto. ¿Qué estamos esperando para diversificar nuestra matriz energética en un país que según expertos tiene las condiciones más favorables en el mundo para aprovechar estas energías inagotables?

Rodrigo Herrera Vegas es co-fundador de Sustentator.com