Limites energéticos y ambientales: tiempo de enfrentar la ... · En 2018 las renovables...
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Limites energéticos y ambientales: tiempo de enfrentar la realidad Luca Ferrari Centro de Geociencias, UNAM
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Limites energéticos y ambientales: tiempo de
enfrentar la realidad
Luca Ferrari
Centro de Geociencias, UNAM
Consumo de energía y PIB 1965-2014
https://ourfiniteworld.com/2017/08/14/world-gdp-in-current-us-dollars-seems-to-have-peaked-this-is-a-problem/#more-42124
A nivel global hay una correlación directa entre consumo de energía y
crecimiento económico medido en el PIB. Si bien en unos cuantos países
desarrollados hay un ligero desacoplamiento entre estas dos variables esto se debe a
que han transferido sus industrias pesadas (con alta intensidad energética) a China y
otros países emergentes.
También hay una correlación directa entre emisiones de CO2 y el PIB.
Por ende todo crecimiento económico requiere un incremento del consumo
de energía e incrementa las emisiones de CO2
Energía, emisiones y crecimiento económico
Emisiones de CO2 y PIB
https://www.un.org/development/desa/dpad/publication/world-economic-situation-and-prospects-february-2019-briefing-no-123/
No solo la CO2 crece exponencialmente …
Ferrari - PINCC 10/10/19
Población PIB Inversión
Pobl urbana Uso energía Fertilizantes
Presas Uso agua Prod papel
Transporte Telecom Turismo int
CO2 NO CH4
O3 T superfic Acidif oceanos
Pesquería Acuacultura Nitrogeno
Deforestación Tierras agricol Degrad biosf.
“Nuestro principal problema ecológico no es el cambio
climático. Es el rebasamiento de los límites del planeta,
del cual el calentamiento global es solo un síntoma”
Richard Heinberg, 2017
http://www.postcarbon.org/why-climate-change-isnt-our-biggest-environmental-problem-
and-why-technology-wont-save-us/
Ferrari - PINCC 10/10/19
El cambio climático en el contexto del Antropoceno
El cambio climático es solo una de las consecuencia del
crecimiento acelerado del “sistema humano” que
llamamos civilización industrial.
- Deforestación,
- Sobre-explotación de los océanos,
- Extinción de especies, destrucción de la biodiversidad
- Contaminación de suelos, agua y aire
Ferrari - PINCC 10/10/19
El predicamento energético, ambiental y social
de México
México enfrenta tres problemas mayores en materia de energía y
ambiente:
1) declive de los combustibles fósiles y alta dependencia de
productos refinados y gas natural importados del extranjero que
afecta la seguridad energética;
2) creciente impacto ambiental que conlleva la producción y
consumo de energía, cuyo aspecto más conocido, pero no
exclusivo, es el cambio climático;
3) inequidad: más de 4 millones de familias de México,
particularmente en localidades rurales, vive en pobreza energética
Una situación energética precaria Fuerte dependencia del petróleo y baja producción
La nueva administración recibió
un país fuertemente dependiente
de los combustibles fósiles (89%
de los cuales 62% petróleo) y con
una producción petrolera que ha
bajado a 1.68 Mdbd desde su pico
de 3.43 Mdbd en 2004.
Matriz energética 2017
https://portal.cnih.cnh.gob.mx/dashboards.php
En al caso del gas natural el pico
se tocó en 2009 con 7,350 MMpcd
y en la actualidad la producción
ha bajado a 4,870 MMpcd (3,701
MMpcd sin nitrógeno). https://portal.cnih.cnh.gob.mx/dashboards.php
Matriz energética 2017
Una situación energética precaria Fuerte dependencia del petróleo y baja producción
En 2018 las renovables representaban el 17.29% del total de la generación eléctrica pero el
10% es energía hidroeléctrica, 3.6% eólica, 1.6% geotermia y todo lo demás es menos del 1%.
OJO: la electricidad representa solo ~20% de toda la energía que usamos en México
Mexico se comprometió a reducir del 22% las emisiones de GEI para el 2030. La Ley para el
Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética,
establece que para el año 2024 la participación de las fuentes no fósiles en la generación de
electricidad será del 35%.
Generación electrica 2018
Baja participación de fuentes renovables en la generación electrica
Crecimiento del consumo interno y alta dependencia
de las importaciones
Desde 2015 somos importadores netos
en cuanto a la balanza comercial:
gastamos mas en la importación de
destilados de lo que ganamos con la
venta de crudo
Desde 2015 somos también importadores
netos en cuanto a energía: la cantidad de
energía exportada (petróleo) es inferior a
la importada (refinados + gas)
consumo
importaciones
Gasolina
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
Producción nacional de energía vs. consumo
Consumo nacional de energía (petajoules) Producción (petajoules)
El hoyo negro del consumo: el transporte
En México el transporte
representa el 44% del consumo y
el parque vehicular se duplica
cada 10 años.
Consumo por uso final 2017
No hay petróleo suficiente para lo que
consumamos en gasolina
Si refinásemos todo el petróleo que extraemos con la eficiencia de las
refinerías mexicanas (~60 litros de gasolina por barril (75 en USA)) no alcanzaría
para alimentar el parque vehicular mexicano.
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
Producción de crudo necesario para el consumo nacional de gasolina
Producción crudo (b/d)
Barriles diarios de crudo para obtener la gasolina que se consuma (60l/b - Refinerias PEMEX)
Barriles diarios de crudo para obtener la gasolina que se consuma (75l/b - Refinerias USA)
Los desafíos para la 4T ¿Revertir la caída y llegar a producir 2.5 Mbd?
Sólo tenemos 6 campos con una
producción de mas de 50 mil barriles
diarios, otros 22 que producen entre 10 y
50 mil barriles, mientras que los
remanentes 150 producen un total de 300
mil barriles, mucho menos que el campo
actualmente mas productivo (Maloob), que
por otro lado está empezando a declinar.
Ku
Maloob
Zaap
Maloob 400,191 Mbd
Zaap 278,576 Mbd
Ku 83,530 Mbd
Ayatsil 74,414 Mbd
Onel 71,730 Mbd
Xux 53,890 Mbd
Homol 44,387 Mbd Homol
Xux
Onel Ayatsil
Ku
Maloob
Zaap
Homol
Xux
Onel Ayatsil
Cantarell
Ku Maloob
Zaap
Nuevos campos
Los desafíos para la 4T ¿Revertir la caída y llegar a producir 2.5 Mbd?
Los desafíos para la 4T No basta con invertir mas para tener mas petróleo
Ferrari - PINCC 10/10/19
Cada vez se necesita mas capital y energía para obtener energía.
Esto es evidente en las inversiones de PEMEX incluso antes de la reforma
energética.
Pemex ha invertido cerca de 80,000 Mdp en la exploración y producción de crudo en
los últimos dos años. Los 200,000 Mdp de 2019 son menos de lo que se invirtió en
2012-2014
barriles por día por cada Mdp invertido
Siempre se explota primero el recurso de mejor calidad, mas fácil de
extraer y, por ende, menos costoso. A medida que se acaba lo mas facil
hay un incremento de los costos de extraccion y de los costos
energéticos: necesitamos mas dinero y energía para producir lo mismo
100 años después
100 años después
Por qué suben los costos: primero lo bueno
Ferrari - PINCC 10/10/19
Renovables modernas
Carbón
Petróleo
Gas
Biomasa
Consumo de energía total 1800 - 2017
¿Transición energética? La civilización industrial se construyó con base en fuentes concentradas,
controlables, y abundantes. En pasado no ha habido una transición sino una acumulación de fuentes de energía.
¿Cero emisiones para 2050?
En 2018, el mundo consumió 11.743 Mtep en de
carbón, gas y petróleo que produjeron 33,7 mil
millones de toneladas de CO2. Para que esas
emisiones lleguen a cero tendremos que reemplazar
aproximadamente 12,000 Mtep para 2050. Quedan
11,032 días hasta el 1 de enero de 2050.
Para lograr cero emisiones de CO2 a nivel mundial en
2050, se requiere instalar > 1 Mtep de energía libre de
carbono (~ 12,000 Mtep/11,032 días) todos los días,
empezando mañana y continuando por los próximos 30
años. También requiere el correspondiente
desmantelamiento de más de 1 Mtep de energía de los
combustibles fósiles todos los días.
El barco petrolero mas grande del mundo carga 0.5 Mtpe
Porque las renovables por si solas no pueden
sustituir los CF y salvarnos del cambio climático La civilización industrial se construyó con base en fuentes no renovable
pero concentradas, controlables, y abundantes. Las renovables con
mayor potencial de crecimiento son intermitentes y diluidas
• Baja densidad energética (menor que los combustibles fósiles)
• Irregularidad del suministro (intermitencia) que se compensa con CF
• Alto costo del almacenamiento
Factores limitantes de la infraestructura de aprovechamiento de las
fuentes renovables:
• Dependencia de los combustibles fósiles para la construcción de la
infraestructura: energía (minería, construcción, mantenimiento) derivados
del petróleo (resinas, lubricantes, plásticos, fertilizantes etc.)
• Dependencia de materias primas no renovables necesarias para la
infraestructura: litio, cemento, acero, niquel, cadmio, aluminio, cobre, oro,
plata, tierras raras, estroncio, cobalto, manganeso…
Ferrari - PINCC 10/10/19
Intermitencia y “diluición”: el impacto
ambiental de la sustitución
Comparación del espacio necesario para
producir la misma cantidad de energía
entre nuclear (o CF) vs. solar y eólico.
En general para reemplazar la
infraestructura de servicios
energéticos actual se requiere:
• crecer entre 5 y 7 veces la
capacidad instalada actual
• y ocupar entre 50 y 70 veces
más de superficie para instalar
esa nueva capacidad
Ferrari - PINCC 10/10/19
28,000 turbinas instaladas
52 GW de potencia (103 TWh)
3% del consumo primario de
energía de Alemania en 2017
Crecimiento máximo de 60-70 GW de potencia
Lograr 100 GW de potencia representaría el 6%
del consumo de energía primaria de Alemania
Limites geograficos: el caso de Alemania
Solar
Eólico
Gas
Carbón
Nuclear
Biomasa Hidro
Alemania desde el año 2000 ha invertido casi 200 mil millones de dólares en
renovables que hoy representan más de la mitad del total de la capacidad instalada
(117 GW), pero que genera en promedio 210 TWh anuales (38% de la electricidad).
Si bien se está reduciendo el nuclear, el uso del carbón no ha disminuido sino se
están ampliando unas centrales junto con las de gas para suplir la fluctuación.
Evolucion de la capacidad de generacion electrica instalada en Alemania
Gas y carbón para compensar la intermitencia
Renovables: 38% de la generación electrica en 2017
Ferrari - PINCC 10/10/19
Ferrari IIJ Septiembre 2018
Para cubrir una demanda eléctrica fluctuante solo con generación eólica
y solar intermitentes hay cuatro posibilidades:
1. Tener plantas de respaldo (gas, carbón, nuclear, hydro, geotermia):
implica seguir usando CF y mayores costos
2. Sobredimensionar la capacidad renovable instalada: implica
sobre-producción y desperdicio, altos costos, disminución de la TRE
3. Líneas de alta tensión para conexión de grandes regiones
geográficas: no garantizan el suministro, altos costos, perdidas de
energía
4. Almacenamiento: altos costos, perdidas de energía en cada
transformación disminución de la TRE
Existe otra alternativa: ajustar la demanda a la disponibilidad
¿Como cubrir una demanda eléctrica fluctuante
con generación intermitente?
Ferrari - PINCC 10/10/19
La escala y costo del almacenamiento: baterias
Big South Australian Battery (BSAB), construido por TESLA.
Proporcionaría 129 MWh de almacenamiento con una capacidad de generar 100 MW
por 1 hora y 20 minutos no sirve para la variación estacional.
El costo es de 39 millones de dolares: 8 veces mas que el almacenamiento por
bombeo en reservorios hidroeléctricos.
Para suplir a las necesidades de almacenamiento de Inglaterra, en el caso de
generación 100% renovables se necesitarían casi 14,000 BSAB…
Ferrari - PINCC 10/10/19
La escala y costo del almacenamiento: PSP
El almacenamiento por bombeo en reservorios hidroeléctricos (pumped-storage
plants PSP) permite compensar la fluctuación estacional pero a un costo enorme
y con la posibilidad de que no existan suficientes sitios adecuados.
Las estimaciones para Alemania indican que por un 50% de penetración de
renovables intermitentes se necesitaría almacenamiento de 22.10 TWh
proporcionado por ~20,000 PSP!
El costo económico y ambiental Emisiones GEI Costo de la electricidad
Las emisiones de Alemania no han bajado
sustancialmente y siguen siendo casi 10
veces las de Francia.
Los países europeos con mayor capacidad
instalada de solar y eólico tienen precios
mas alto de electricidad para el consumo
residencial
Minería y energías “limpias”
Buena parte de la minería a cielo abierto está estrechamente ligada a
la industria de las renovables intermitentes y en general el sector
eléctrico y electrónico: cobre, oro, litio, cobalto, zinc, aluminio etc.
Además la minería se hace esencialmente con diésel.
Es importante señalar este aspecto toda vez que estas fuentes se
presentan como energía “limpias” y se impulsa su crecimiento.
LITIO, NIQUEL, CADMIO, ALUMINIO, COBRE, ORO, PLATA, TIERRAS RARAS,
ESTRONCIO, COBALTO, MANGANESO…
Incremento de la minería para los insumos de las
baterías y su impacto socio-ambiental:
los costos escondidos del coche eléctrico Las baterías de iones de litio para los coches eléctricos implican un incremento
exponencial de la producción de grafito, níquel, aluminio, cobre, litio, cobalto y
manganeso con alto costos ambientales y en cuanto a derechos humanos
Ferrari - PINCC 10/10/19
Es imposible satisfacer las crecientes "necesidades", demandas, deseos,
aspiraciones y ambiciones de una población mundial en continuo crecimiento,
mientras que nuestra base de recursos y energía y la capacidad de la naturaleza
para absorber la contaminación provocada por el hombre está disminuyendo
continuamente.
Hay que insertar la lucha contra el cambio climático en un
contexto mas amplio de cambio del sistema económico:
decrecimiento, redistribución y sustentabilidad real
Ferrari - PINCC 10/10/19
¿Que futuro queremos?
¿Crecimiento verde? Descrecimiento prospero
Ferrari - PINCC 10/10/19
¿Preocupados por las emisiones? Quitemos
presupuesto a los militares (de EEUU)
EEUU tiene 750 bases militares
en 63 países y el presupuesto
militar mas grande del mundo y
mayor que los siguientes 12
países (entre los cuales 10 son
sus aliados). Los militares
americanos por si solos están
en el lugar 55 a nivel mundial
por emisiones de CO2
Ferrari - PINCC 10/10/19
Ferrari - PINCC 10/10/19
¿Que hacer con las emisiones?
“Nuestro principal problema ecológico no es el cambio climático.
Es el rebasamiento de los límites del planeta, del cual el
calentamiento global es solo un síntoma.
Durante los últimos 150 años, enormes cantidades de energía barata a
partir de combustibles fósiles han permitido el rápido crecimiento de la
extracción de recursos, la fabricación y el consumo; y éstos a su vez
condujo al aumento de población, la contaminación, y la pérdida de
hábitat natural y por lo tanto de biodiversidad. El sistema humano se
expandió dramáticamente, sobrepasando la capacidad de la Tierra, y
alteró los sistemas ecológicos de los que dependemos para nuestra
supervivencia. Hasta que entendamos y abordemos este desequilibrio
sistémico, el tratamiento de los síntomas (disminuir la emisiones GEI,
tratar de salvar especies amenazadas y esperar alimentar a una
población en crecimiento con cultivos genéticamente modificados)
constituirá una ronda sin fin de medidas a medias que en última
instancia están destinadas a fracasar.” Richard Heinberg, agosto 2017 http://www.postcarbon.org/why-climate-change-isnt-our-biggest-environmental-problem-and-why-
technology-wont-save-us/
El cambio climático es solo un síntoma
Ferrari - PINCC 10/10/19
Evolución prevista para la
producción de petróleo durante los
próximos 7 años según el ultimo
reporte de la Agencia Internacional
de Energía: declinación del 8%
annual
El rápido declive de la producción de petróleo
en los próximos años
Evolución prevista a 2040 si
no hubiese inversion en la
industria petrolera: la
producción se reduciría a la
mitad para 2025 (- 6 Mdbd
por año en promedio)
Una herencia geológica: recursos finitos, no renovables, formados en millones de años de fotosíntesis sobre millones de km2 gracias a
billones de Joules de “energía geológica”
Energía fósil y civilización industrial: antropoceno
Por millones de años la especie humana vivió solo de la energía solar, hasta que un día…
¡GANAMOS LA LOTERÍA ENERGETICA!
Combustibles fósiles: energía solar del pasado concentrada gratis
Ferrari - PINCC 10/10/19
Ferrari - PINCC 10/10/19
La producción de todo recurso no renovable (petróleo, gas, carbón,
minerales) tiende a describir una curva en forma de campana donde el
pico no significa agotamiento sino el fin de los resursos baratos
El costo económico refleja el costo energético. En la segunda parte de la
curva la cantidad de energía neta disminuye constantemente.
Aunque produzcamos mas volumen de petróleo no tenemos mas energía
Producción de recursos no renovables
Recurso barato Recurso caro
El falso milagro del petróleo y gas de lutitas
Por la baja productividad del shale
EEUU necesita perforar casi 100 veces
mas pozos y 100 veces mas metros
para producir la misma cantidad de
petróleo que Arabia Saudita y Rusia.
En consecuencia el costo de este
petróleo es ~10 veces mayor
Tanto por el petróleo como para el gas de
lutitas la producción inicial de un pozo
baja típicamente del 80–95% en los
primeros tres años y la productividad
promedio de un campo también va
cayendo porque los lugares que tienen
mejor productividad (sweet spots) se
perforan primero.
Declive de producción en pozos de petróleo de lutitas Petróleo convencional vs no convencional (shale)
año 1 2 3 4
https://shaleprofile.com/2019/08/12/us-update-through-april-2019/
Ferrari - Seguridad Internacional 4-9-19
Petróleo convencional y no-convencional:
porque no es lo mismo
Ferrari - PINCC 10/10/19
Petróleo y gas no convencional
Gotas de petróleo y gas atrapadas en
rocas de baja/nula permeabilidad. La
roca madre del petróleo convencional
El hidrocarburo no fluye, se
necesita fracturación hidráulica
(fracking)
Menor productividad por pozo (de
10s a 100s de bd), se acaban mas
pronto (3-4 años)
Recuperación <10%
Tasa de retorno energético <10:1
Petróleo muy ligero (no refinable)
Petróleo caro (>60 USD/b)
Petróleo y gas convencional
Grandes acumulaciones en en rocas
permeables que han migrado desde
la roca generadora (roca madre).
El hidrocarburo fluye
espontaneamente (al principio)
Alta productividad por pozo (miles
de barriles/diarios) y producción por
varias décadas
Recuperación 35-45%
Tasa de retorno energético >10:1
Petróleo de pesado a ligero
Petróleo barato (5-20 USD/b)
Desde 1870 a la fecha Desde 2008 a la fecha
La falla básica del pensamiento económico dominante: ¿donde quedan energía y desechos?
Economía neoclásica El pensamiento económico
dominante (economía neoclásica)
viola las leyes de la física al no
tomar en cuenta que la economía
es un subsistema que depende
del suministro de energía y
produce desechos y degrado
Ferrari - PINCC 10/10/19
Economía biofísica Energía materias primas
Desechos
La escuela económica biofísica
identifica claramente el problema al
considerar que la economía
depende de la energía y materias
primas que entran al sistema y de
la capacidad del ecosistema
Tierra de absorber sus desechos.
Ferrari - PINCC 10/10/19
Una situación de alta dependencia Mexico importador neto de combustibles fósiles
En los últimos 12 meses México ha importado el 65% del gas natural.
En los últimos 12 meses México ha importado entre el 71% y 79% de la gasolina y entre el 60% y el 70% del diésel que consumamos
Producción e importación de gasoline y diesel
Producción e importación de gas natural
demanda
producción
importación
importación gasolina
