Estamos en la cúspide de una revolución energética.
Los continuos avances en energía solar, eólica, geotérmica, hidroeléctrica y de fusión, junto con redes localizadas y tecnologías de baterías, seguirán impulsando a la humanidad hacia energías renovables baratas, abundantes y ubicuas.El precio por kilovatio-hora seguirá cayendo al mismo tiempo que el almacenamiento de energía cae por debajo de los 3 centavos/kilovatio-hora. El resultado será el continuo desplazamiento de los combustibles fósiles a nivel mundial.Los países más pobres del mundo son también los países más soleados del mundo, lo que lleva a la humanidad hacia una era de abundancia energética.
POR QUÉ EL ACCESO A LA ENERGÍA ES TAN IMPORTANTE
La energía y la prosperidad van de la mano.Cuanto más fácil sea para una comunidad, pueblo o nación acceder a la energía, más próspera será.Esto se debe a que la energía es la fuerza impulsora detrás de toda la actividad económica, desde la habilitación de servicios como la educación y la atención médica, hasta el suministro de energía a los procesos industriales y la satisfacción de las necesidades básicas del hogar.
Por ejemplo, la Agencia Internacional de Energía (AIE) estima que cada dólar gastado en infraestructura energética puede generar hasta cinco dólares en actividad económica general.La relación entre el acceso a la energía y la prosperidad es aún más obvia cuando analizamos la electricidad. Según el Banco Mundial, un aumento del 1 % en el acceso a la electricidad da como resultado un aumento del 1,5 % en el crecimiento del PIB.Al mismo tiempo, la Organización Mundial de la Salud (OMS) descubrió que el acceso a electricidad constante puede conducir a una reducción de la pobreza del 20-30%.
UNA BREVE HISTORIA DEL ACCESO DE LA HUMANIDAD A LA ENERGÍA
Ahora que sabemos por qué el acceso a la energía es tan importante, echemos un breve vistazo a cómo nuestras fuentes y usos de energía han evolucionado con el tiempo.Nuestros cuerpos son la fuente de una de las primeras fuentes de energía, en forma de músculo humano.
Era del músculo humano: para las civilizaciones antiguas, el músculo humano era la principal fuente de energía que impulsaba a esas sociedades, y todavía podemos ver evidencia de esto, desde la Gran Muralla en China hasta las pirámides en Egipto.Era de los animales domesticados: los primeros usos de la energía animal fueron el uso de caballos y bueyes para tirar de carretas y arados. Estas y otras tareas fueron fundamentales para el desarrollo de las sociedades agrícolas.
Edad de las ruedas hidráulicas: la antigua Grecia y Roma usaban molinos eléctricos y molían trigo y otros granos. Pero fue en la Edad Media cuando las ruedas hidráulicas se sofisticaron y se utilizaron con fines industriales. La era del vapor: esta fuente de energía se remonta a la invención de la máquina de vapor por parte de James Watt en el siglo XVIII. Esto también marcó el comienzo de la Revolución Industrial. Steam revolucionó todo, desde el transporte hasta la fabricación: los barcos a vapor hicieron que los viajes a través de los océanos fueran más rápidos y eficientes, mientras que las fábricas impulsadas por vapor llevaron al crecimiento de una variedad de industrias, incluida la maquinaria pesada, el acero y los textiles.La era de los combustibles fósiles: mientras que el carbón se usaba para cocinar y calentar en la antigua China y Roma, fue la Revolución Industrial la que realmente inició el uso de combustibles fósiles, especialmente el carbón, que impulsaba la máquina de vapor.
Pero a medida que creció la demanda de energía en todo el mundo, también aumentó el uso de gas natural, lo que revolucionó el transporte y otras industrias. Hoy en día, los combustibles fósiles siguen siendo la fuente dominante de energía y representan más del 80 % del consumo nervioso por el calentamiento global.
La era nuclear: a partir de fines del siglo XIX, cuando los científicos descubrieron que podían dividir el átomo para aprovechar la energía, esto condujo a las primeras centrales nucleares comerciales en Rusia y los EE. UU. en la década de 1950. Hoy en día, hay más de 400 centrales nucleares en funcionamiento, que proporcionan aproximadamente el 10 % de la electricidad mundial.
La era de la energía renovable: mientras que las fuentes de energía renovable también tienen una larga historia de uso con civilizaciones antiguas que utilizan el sol, el agua y el viento para satisfacer sus necesidades energéticas. El reciente aumento de la energía solar y eólica ha sido impresionante, con un aumento de la capacidad de energía eólica de más del 400 % en los últimos 20 años, y un aumento de la capacidad de energía solar de más del 1500 % durante el mismo período. Y las estimaciones sugieren que todavía estamos al final de esa curva de crecimiento. La AIE estima que las energías renovables podrían satisfacer potencialmente más del 80 % de la demanda mundial de energía para 2050.
EL CASO DE LAS RENOVABLES
Estamos en medio de una revolución de las energías renovables. Cuatro estadísticas son convincentes y cuentan una historia poderosa:
1. Las fuentes de energía verde superarán al carbón y se convertirán en la mayor fuente mundial de electricidad a principios de 2025 (según un informe de diciembre de 2022 de la Agencia Internacional de Energía).
2. Entre 2022 y 2027, se espera que la capacidad mundial de energía renovable crezca en 2400 gigavatios, lo que equivale a la capacidad total de generación de energía de China en la actualidad.
3. McKinsey estima que la demanda mundial de combustibles fósiles alcanzará su punto máximo entre este año y 2025. Según este mismo análisis, para 2050 los combustibles fósiles representarán solo el 43 % de la demanda mundial de energía.
4. La inversión en tecnologías de energía limpia (incluidas las energías renovables, los vehículos eléctricos, el almacenamiento de energía, etc.) alcanzó los 1,1 billones de dólares en 2022, igualando la inversión en la generación de energía con combustibles fósiles por primera vez (según una investigación de BloombergNEF).
Veamos ahora algunas de las tecnologías que impulsan esta revolución de las energías renovables, comenzando con la energía solar…
ENERGÍA SOLAR
Cada cinco días, el Sol proporciona a la Tierra tanta energía como todos los suministros comprobados de petróleo, carbón y gas natural.Si pudiéramos capturar solo una parte en 6,000 de la energía solar disponible, podríamos satisfacer el 100% de nuestras necesidades energéticas globales.Nuestro progreso hacia una economía solar ha sido impresionante y se espera que continúe sin cesar. Estos son solo algunos ejemplos clave:
1. La AIE (Agencia Internacional de Energía) espera que la capacidad solar fotovoltaica acumulada casi se triplique en los próximos 4 años, con un crecimiento de aproximadamente 1500 gigavatios y superando al gas natural en 2026 y al carbón en 2027.
2. Solo en los EE. UU., según la AIE, había alrededor de 74 gigavatios de capacidad solar fotovoltaica instalada a fines de 2022, 3 veces la capacidad solar en 2017.
3. De cara al futuro, la AIE proyecta que EE. UU. agregará otros 63 gigavatios de energía solar para fines de 2024, un aumento del 84 %. Con esas adiciones de capacidad, la participación de la energía solar en la generación de energía total en los EE. UU. se duplicará del 3% actual al 6% para fines del próximo año.
4. Los impulsores clave detrás del crecimiento explosivo de la energía solar (a nivel mundial y en los EE. UU.) es la caída drástica de los costos. Como dice la AIE: “La energía solar fotovoltaica se está convirtiendo en la opción de menor costo para la generación de nueva electricidad en la mayor parte del mundo”.
5. Reducción de 10 veces en el costo: según el Departamento de Energía de los EE. UU., el costo promedio de la energía solar fotovoltaica a gran escala en los EE. UU. en 2010 fue de 28 centavos por kWh. Pero para 2021, ese costo se había reducido a solo 2,8 a 3 centavos por kWh.Sin embargo, una cosa que estos costos promedio enmascaran es la influencia de la ubicación. En las partes más soleadas del mundo, el costo de la energía solar es aún más económico. Estos son algunos de los principales hitos de precios alcanzados por las plantas de energía solar a gran escala en los últimos años:Arabia Saudita Costo: 1,04 centavos por kWh: planta solar de 600 MW en Arabia SauditaPortugal Coste: 1,32 céntimos por kWh: planta solar de 10 MW en PortugalNuevo México, EE. UU. Costo: 1,50 centavos por kWh: planta solar de 100 MW en Nuevo México.
Pero el costo no es el único factor que impulsa la adopción drástica de la energía solar en todo el mundo: los materiales también importan.
PEROVSKITA: UN MATERIAL REVOLUCIONARIOUn avance en la ciencia de los materiales llamado perovskita está reduciendo el costo de la energía solar comercial. La perovskita es un cristal (mineral) sensible a la luz con la propiedad óptica y electrónica única de convertir eficientemente la luz solar en electricidad.
Históricamente, la mayoría de los paneles solares comerciales tienen eficiencias de conversión del 15 % al 22 %, lo que significa que capturan del 15 % al 22 % de la energía a la que están expuestos.Pero la perovskita promete eficiencias mucho mayores.En los últimos años, la eficiencia de conversión de la perovskita ha aumentado de solo un 3 % a un 30 %, lo que la convierte en la tecnología de más rápido desarrollo en la historia de la energía fotovoltaica.El límite superior teórico de la eficiencia de la perovskita es aproximadamente del 66 %, en comparación con el límite superior teórico del 32 % para el silicio.
Aún mejor, los ingredientes de la perovskita están ampliamente disponibles y son económicos de combinar, lo que promete reducir aún más los costos de la energía solar.La energía fotovoltaica normal de película delgada (silicio) cuesta aproximadamente de $0,40 a $0,69 por vatio, en comparación con solo $0,16 por vatio para la perovskita, que se espera que caiga a $0,10 por vatio en un futuro próximo.
En última instancia, podríamos ver una duplicación de la eficiencia, junto con una reducción de 4x en el precio, lo que genera una mejora general de 8X con respecto a las opciones actuales.Estos logros técnicos y económicos se combinan para impulsar el crecimiento del mercado de la perovskita, que se espera que crezca de aproximadamente $ 600 millones en 2021 a más de $ 6 mil millones para 2030.
Pero eso está a punto de cambiar.Google se asoció con la empresa emergente de energía limpia Fervo para desarrollar un proyecto de energía geotérmica, y Microsoft está construyendo una de las plantas geotérmicas más grandes de América del Norte, el Centro de Energía Térmica de 3 millones de pies cuadrados en las afueras de Seattle.Al mismo tiempo, las políticas gubernamentales de todo el mundo estimulan la inversión e incentivan los avances.El gobierno federal de los EE. UU., por qué estableció una meta de 50% de energía libre de carbono para 2030, emitió un “Energy Earthshot” para reducir el costo de la energía geotérmica en un 90% para 2035. Y el gobierno de Indonesia está financiando la exploración de campos w, mientras que Filipinas ahora permite que los proyectos geotérmicos a gran escala sean propiedad de desarrolladores extranjeros.Uno de los desarrollos recientes más emocionantes en geotermia es el uso de sistemas geotérmicos mejorados (EGS).Mientras que las plantas de energía geotérmica tradicionales se basan en depósitos naturales de agua caliente y vapor, la tecnología EGS permite la creación de depósitos artificiales mediante la inyección de agua en roca seca y caliente.Las tecnologías EGS están profundizando para alcanzar rocas supercalientes, haciendo que el alto calor necesario para generar electricidad esté disponible en más lugares, no solo en las fallas geológicas. Un beneficio clave de estos sistemas de rocas supercalientes es que si el calor del pozo aumenta solo un 42 %, el sistema puede producir 10 veces más energía. Una de las nuevas empresas que buscan nuevas formas de perforar más profundo es Quaise Energy, una empresa derivada del MIT que remodela las técnicas de perforación de ondas milimétricas utilizadas para los experimentos de fusión nuclear para llegar a la roca caliente de 2 a 12 millas debajo de la superficie de la Tierra.Como señala el cofundador y director ejecutivo de Quaise, Carlos Araque, la geotermia podría convertirse en el caballo de batalla de la transición de energía limpia con el objetivo de aumentar la energía geotérmica del 0,4 % (hoy) a un objetivo del 30 % o más para 2050.
FUSIÓN NUCLEAR
Fusión ha sido durante mucho tiempo el sueño de energía ilimitada, limpia y renovable a un costo casi nulo.Para poner la fusión en contexto: si pudiéramos replicar el proceso de generación de energía del Sol mientras erradicamos los problemas de los desechos nucleares, sería la solución para reemplazar todas las demás soluciones.Los reactores de energía de fusión replican el proceso que realiza el Sol las 24 horas del día, los 7 días de la semana, fusionando dos isótopos pesados de átomos de hidrógeno (tritio y deuterio) a presiones y temperaturas inmensas para crear helio. En el proceso, una pequeña cantidad de “exceso” de masa se convierte en energía según la fórmula de Einstein E=mc^2.Los primeros intentos de crear una fusión controlada datan de 1958, hace 65 años. Es por eso que el anuncio de diciembre de 2022 de que los científicos de la Instalación Nacional de Ignición de California en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore habían logrado una ganancia neta de energía en un reactor de fusión por primera vez es un gran problema.Por primera vez en la historia, los científicos obtuvieron más energía del proceso de fusión de la que tenían que aportar (lo que resultó en una ganancia de energía neta de 1,5 megajulios).Si bien esta forma particular de fusión requerirá mucho más trabajo para alcanzar la utilidad comercial, nos muestra lo que es posible en el futuro.También refleja un creciente interés e inversión en el campo.En 2022, la inversión privada en empresas comerciales de fusión superó los mil millones de dólares, lo que respaldó el trabajo de 40 empresas de fusión con financiación privada. Entre los mejor financiados y más notables se encuentran los siguientes tres jugadores:Commonwealth Fusion Systems, que ha recaudado $ 2 mil millones y cuenta con Bill Gates y Google entre sus inversores y está construyendo un prototipo que demostrará una ganancia neta de energía para 2025.TAE Technologies, que ha recaudado 1200 millones de dólares de inversores como Goldman Sachs y Charles Schwab, y tiene previsto presentar un reactor de fusión a principios de la década de 2030.Tokamak Energy, que ha recaudado $ 250 millones y en 2022 rompió un récord histórico al generar 59 MJ de energía, el pulso de energía sostenido más alto de la historia.Bloomberg estima que el mercado de la fusión nuclear eventualmente podría tener un valor de $ 40 billones.
TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
Para hacer uso de la energía solar y eólica se requiere almacenamiento de energía. Mucho espacio de almacenamiento.Aquí también se están logrando avances exponenciales.Según la AIE, la capacidad instalada total de almacenamiento de energía a nivel mundial se situó en unos 160 GW en 2021.BloombergNEF estima que se agregarán 387 GW de nueva capacidad de almacenamiento de energía a nivel mundial entre 2022 y 2030, más que la capacidad total de generación de energía de Japón en 2020.
De la capacidad instalada actualmente, el almacenamiento de agua bombeada (energía hidroeléctrica) es la tecnología de almacenamiento más utilizada (una en la que el agua se bombea cuesta arriba y la energía se almacena como energía potencial, recuperada cuando fluye cuesta abajo a través de una turbina).
En el ámbito de las baterías, las de iones de litio son el tipo más común de batería utilizada para el almacenamiento. Una razón clave de su popularidad es la drástica reducción de costos durante la última década.Según BloombergNEF, el precio promedio de un paquete de baterías de iones de litio se multiplicó por cinco, de $732 por kWh en 2013 a solo $151 por kWh en 2022.Pero al menos otras 2 tecnologías de batería prometedoras están en desarrollo Baterías de flujo.
Las baterías de flujo utilizan un electrolito líquido para almacenar energía. En comparación con las baterías de iones de litio, tienen una vida útil más larga y no muestran degradación del rendimiento incluso después de 25 a 30 años. Además, se pueden dimensionar de acuerdo con las necesidades de almacenamiento de energía con una inversión limitada.
La batería de flujo más grande del mundo (hecha de vanadio redox) se puso en servicio en China en julio de 2022, con una capacidad de 100MW y un volumen de almacenamiento de 400MWh. Baterías de hierro-aire Cada batería de hierro-aire es tan grande como una lavadora y contiene 50 celdas de hierro-aire, que están rodeadas de un electrolito a base de agua.Las baterías de hierro-aire cuentan con 2 ventajas sobre las de iones de litio:Costo: debido a que el hierro es más barato y más fácil de conseguir que el litio, el cobalto y el níquel, las baterías de hierro-aire cuestan menos de la mitad del costo de las baterías de iones de litio.Duración: las baterías de hierro-aire pueden almacenar energía hasta por 150 horas, lo cual es fundamental para almacenar energía de fuentes de energía renovables intermitentes, como la eólica y la solar.Entonces, dados todos estos desarrollos en el almacenamiento de energía, ¿qué se necesita para cumplir con nuestros objetivos de energía renovable? Según el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), si vamos a cumplir con su escenario de Cero Carbono para 2050, donde el 94 % de la electricidad en los EE. UU. proviene de fuentes renovables, entonces necesitaremos mucho más almacenamiento.
Alrededor de 930 GW de almacenamiento de energía y 6,5 horas de capacidad cubrirían toda la demanda de electricidad de EE. UU.Eso representa un gran desafío y también una oportunidad de igual tamaño para empresarios e inversionistas, quienes están aún más incentivados por el reciente compromiso de la Administración Biden de más de $80 mil millones en nuevas inversiones para la cadena de suministro de baterías como parte de la Ley de Reducción de la Inflación de EE. UU.
PENSAMIENTOS FINALES: UNA VISIÓN DE ABUNDANCIA ENERGÉTICA
Una era de energía abundante significaría una sociedad con acceso a una amplia variedad de fuentes de energía asequibles, limpias y confiables, como la energía solar, eólica, de fusión y tecnologías avanzadas de almacenamiento de energía.La abundancia de energía también implicaría la adopción generalizada de tecnologías y prácticas de eficiencia energética en los hogares, las empresas y en todo el sistema de transporte.
Además, implicaría alejarse de los combustibles fósiles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar los impactos del cambio climático.El resultado sería un mayor crecimiento económico, una mejor calidad de vida y una mejor seguridad energética para todos, en todas partes. Entonces, ¿qué tan posible es la abundancia de energía?La energía solar por sí sola podría proporcionarnos una abundancia de energía derrochable.
Cada 88 minutos, 470 exajulios de energía solar golpean nuestro planeta, que es tanto como lo que consume la humanidad en un año. En 112 horas, o poco menos de cinco días, obtenemos 36 zettajulios de energía, o lo que contienen todas las reservas probadas de petróleo, carbón y gas natural en la Tierra.
Cuando se trata de energía, no se trata de escasez, se trata de accesibilidad, que es exactamente el tipo de problema que las tecnologías exponenciales tienen un historial de resolver.Bienvenido a un futuro impulsado por electrones generados a partir de fuentes de energía renovables.¿Cuáles son las implicaciones para su negocio? ¿Tu industria? ¿Cuáles serán los impactos en la geopolítica global, nuestras familias y nuestro medio ambiente?
En nuestro próximo artículo veremos el mayor enfoque en la sostenibilidad y el carbono.