martes, 23 de diciembre de 2014

Evaluación comparativa de las diversas fuentes de energía usando el concepto de EROI.




Todas las actividades económicas, tanto productivas como de consumo, requieren insumos de energia. Hasta la primera crisis del petróleo de 1973, la aparentemente ilimitada oferta de combustibles fósiles de bajo costo hizo posible que las teorías y modelos que nos ha propuesto la economía moderna ignorasen la crucial contribución que los excedentes de energía disponibles desempeñan en los procesos de crecimiento económico y de creación de riqueza. La energía no era considerada un factor de producción, sino un “commodity” disponible a perpetuidad en los mercados internacionales. Este punto de vista hoy se ha vuelto obsoleto.
 

Definimos el “excedente de energía”, o “energía neta “,de un proceso destinado a producirla, como el superávit de energía que queda disponible después dededucir el costo energético de obtenerla. Una medida útil en el análisis delos excedentes de energíade las diversas fuentes de energía es el indicador EROI [“EnergyReturnOnEnergyInvested”]. EROI se define como la razón entre la energía obtenida en una actividad destinada a producirla y la energía invertida en dicho proceso (ejemplo: un EROI de 8:1 atribuido a la extracción de petróleo del petróleo en los EE.UU. significa que para extraer 8 barriles de petróleo es necesario gastar el equivalente energético de 1 barril de petróleo, vale decir, 1.4 millones de Kcal). Convencionalmente, este indicador es medido en la boca del pozo de petróleo o en la de la mina de carbón, vale decir, en el propio sitio donde la energía ha sido extraída o producida(EROI st-“standard”). Cabe destacar que hoy se estudian métodos alternativos de medición, que incluyen los gastos energéticos incurridos en actividades complementarias de la producción, tales como (a) usos de energía en el sitio del proyecto no directamente relacionados con la extracción[ejemplo: energía gastada en el transporte interno del  personal,  equipos y  materiales en el sitio del proyecto, así como en facilitar la habitabilidad de todas las instalaciones (iluminación, calefacción, alimentación/cocinas, refrigeración, entre otras)]; (b) energía gastada en extraer, refinar y transportar el combustible hasta el lugar de uso final (EROI pou-“point of use”);y (c) energía requerida para extraer, refinar, transportar y finalmente usar la energía obtenida (EROI ext-“extended”).

Como ilustración, indiquemos cual seria el EROI mínimo para alcanzar la condición de equilibrio (“break-even”) energético en el caso del petróleo convencional, según  las tres metodologías de medición mencionadas. 

Tipo de EROI                                     EROIMinimo Requerido


EROI st                                                                           1.1:1

EROI pou                                                                       1.5:1

EROI ext                                                                        3.3:1

EROI st nos dice que si obtenemos menos de 1.1 barril de petróleo por cada barril gastado en la obtención [en el sitio del proyecto], la respectiva fuente de energía deja de serla y debe ser abandonada.

EROI pou nos indica que debemos obtener, a lo menos, 1.5 barriles por cada barril de petróleo gastado en la obtención, refinación y transporte del recurso hasta el sitio de uso final.

Finalmente,  EROI ext nos dice que la citada fuente de energía no es socialmente útil sino nos proporciona 3.3 barriles por cada barril gastado en la extracción, la refinación, el transporte hasta el lugar de uso y en las actividades asociadas al uso final del combustible.

A continuación, se indican los valores típicos estimados del indicador EROI, en su versión convencional (EROI st), en los EE.UU y en el mundo, para diversas fuentes de energía (Lambert et al., 2012).

Energías No Renovables


Petróleo (valor medio mundial, en el año 1999)[1]          35:1

Petróleo (valor medio mundial, 2006)                              18:1 (fuerte reducción en 7 años)

Petróleo (producción, EE.UU.,1970)                                30:1

Petróleo (EE.UU.,valor máximo ,2005)                            11:1 (fuerte reducción en 35 años )

Petróleo (EE.UU.,valorminimo, 2005)                               8:1 (fuerte reducción en 35 años)

Carbón (EE.UU.,en bocamina, 1930)                                80:1

Carbón (EE.UU.,en bocamina, 1970)                                30:1(fuerte reducción en 40 años)

Gas Natural (en el pozo,2007)                                          10 a 80:1

Petróleo de esquistos (“shale oil”,2007 )                           5:1

Petróleo de areniscas (“tarsands”, Canada,2012)            3:1

Energía Nuclear (2007)[2]                                                15 a 50:1


Energías Renovables


Energía Hidroeléctrica ( 2007)                                       >100:1

Energía Eólica (2007) [3]                                                  18:1


Energía Solar(2004) :

Panel para calentar agua[4]                                              8:1

Colector concentrador [5]                                                 1.6:1

Panel Fotovoltaico                                                            7:1

Etanol (de caña de azúcar, Brasil)                                   0.8 a 1.7:1

Etanol (de maíz, EE.UU)                                                 0.8 a 1.6:1



Notas al pie de página

[1] Los EROI indicados para el petróleo, el gas natural y el carbón se refieren a las actividades de extracción (producción). 

[2] Kummel (2011) entrega indicadores EROI comprendidos entre 30:1 y 200:1 para el proceso de extracción del mineral de Uranio 238, medidos en la propia mina. Para el proceso de enriquecimiento, necesario para disponer del recurso fisionable (Uranio 235), los respectivos EROI están comprendidos entre 12:1 y 170:1. Para la generación termonuclear de electricidad, a partir de Uranio 235, los EROI varían entre 4:1 y 68:1, con un valor promedio de 36:1.    

[3] Corresponde al EROI promedio de la conversión directa de energía eólica en electricidad.

[4] Valor correspondiente a agua caliente de alta temperatura. Kummel(op.cit.) entrega EROI comprendidos entre 30:1 y 50:1 para producir exclusivamente agua tibia. Para sistemas de calefacción domestica basados en la utilización directa de la energía solar los correspondientes EROI están comprendidos entre 5:1 y 10:1.

[5] Energía eléctrica obtenida mediante concentración de energía solar mediante espejos /generación de vapor de agua de alta presión/ turbina/generador eléctrico. Kummel(op.cit.) entrega EROI comprendidos entre 4:1 y 10:1.

Los EROI indicados nos muestran (a) que los valores mas altos corresponden a las energías hidroeléctrica, nuclear y de los combustibles fósiles convencionales, en tanto que los de las fuentes  de energía renovable (salvo la hidroeléctrica), así como los de los de los combustibles fósiles no convencionales (como el petróleo de esquistos y el de areniscas bituminosas) son significativamente menores. Otra importante excepción es la energía eólica, cuyo EROI  es igual al valor medio mundial asignado al petróleo en 2006 y superior al del petróleo extraído actualmente desde yacimientos localizados en los EE.UU, aunque inferior a los valores medios del EROI del carbón y del gas natural; (b) los indicadores EROI, tanto del petróleo como del carbón, han venido decreciendo significativamente en el tiempo, validando el principio de “bestfirst” (primero se explota el mejor recurso disponible) que el pensador ingles David Ricardo formulo a comienzos de la Revolución Industrial. Según la aplicación moderna  de este principio, los yacimientos de petróleo y de carbón más abundantes y de mas fácil acceso, así como los yacimientos minerales de leyes mas elevadas, son siempre explotados antes que los de mas difícil acceso y menos productivos, dado que ofrecen menores costos de prospección y extracción y rendimientos económicos más elevados; (c)  tanto el EROI del petróleo extraído de esquistos, como el del extraído de areniscas, son significativamente menores que el del petróleo convencional y considerablemente mas reducidos que el del carbón; (d) el EROI de la energía solar fotovoltaica es 2.5 veces menor que el de la energía eólica, pero cerca de 1.5 veces mayor que el del petróleo de esquistos; (d)dependiendo de la forma de explotación, el EROI del combustible etanol (alcohol etílico), obtenido a partir de caña de azúcar o de granos de maíz, puede ser menor que 1:1 (implicando una energía neta negativa) y (e) los EROI mas bajos que el del petróleo convencional (obtenido en EE.UU., 2005) corresponden, en orden decreciente, ala actividad de calentamiento de agua mediante paneles solares, a la energía eléctrica obtenida mediante paneles fotovoltaicos, al petróleo de esquistos, al petróleo de areniscas, a la energía eléctrica obtenida mediante tecnologías de concentración de la energía solar y  al etanol derivado de maíz o de caña de azúcar.   
                        

Las fuentes de energía con EROI mas elevados son más apetecidas por la sociedad industrial que las de EROI mas reducidos, dado que estos  se traducen necesariamente en menores rendimientos productivos, en costos unitarios de producción mas elevados y, usualmente, en procesos de extracción que causan mayores daños al medio ambiente. Una sociedad que depende de excedentes de energía de bajo costo para mantener elevadas tasas de crecimiento económico y altos niveles de vida requiere disponer de fuentes de energía con EROI elevados. El petróleo, el gas natural y el carbónhan satisfecho durante dos siglos y medio el citado requerimiento. Pero los “stocks “de estos combustibles fósiles son, por definición, finitos y, en consecuencia, sus respectivas tasas anuales de consumo no podrán mantenerse  indefinidamente en los niveles actuales. Por otra parte, las energías renovables, con excepción de la energía hidroeléctrica, son generalmente menos concentradas y poseen EROI significativamente menores que los de los combustibles fósiles. Si las fuentes disponibles con elevadas energías netas entran en fases declinantes y las fuentes alternativas de energía no ofrecen las condiciones necesarias para reemplazar a los combustibles fósiles, especialmente en el sector del  transporte, la consecuencia inevitable será una  necesaria, y posiblemente dolorosa, reestructuración económica y energética de la sociedad industrial que haga posible su adaptación a la menor disponibilidad de excedentes de energía. 


Indicadores EROI declinantes de las principales fuentes fósiles de energía que, en conjunto, representan el 86% del consumo mundial de energía están causando que las sociedades modernas deban, necesariamente, destinar una proporción creciente de su producción total de energía alas actividades de prospección, extracción y procesamiento de los recursos energéticos necesarios. Esta creciente escasez de excedentes de energía limita la disponibilidad de recursos financieros que las sociedades deben destinar a la inversión y al consumo en otras actividades sociales esenciales, tales como infraestructura, salud, educación, seguridad social, arte y cultura, entre otras. Cuatro de las cinco recesiones económicas de alcance mundial ocurridas, a contar de la de 1973,se explican -en buena medida- por condiciones de escasez de petróleo convencional de bajo EROI(Lambert et al., 2012). 


Las sociedades modernas que en nuestra época han comprendido la fuerte relación de dependencia que existe entre  crecimiento económico y disponibilidad de excedentes de energía debaten intensamente acerca de los decliniostanto de la calidad como de las tasas anuales de producción de los diversos  combustibles fósiles-tanto convencionales como no convencionales- [ reiteramos que el debate no se centra  necesariamente en el tamaño de las reservas “in situ” que aun se encuentran en el subsuelo] y de los posibles impactos que tales declinios amenazan provocar en la prosperidad y calidad de vida de nuestras sociedades.En tal debate predominan los argumentos basados en el concepto de EROI. Inexplicablemente, en el debate sobre la estructura de la matriz energética que hoy tiene lugar en nuestro país este importante concepto aun esta ausente. Confiamos en que este trabajo pueda contribuir, en alguna medida, a la difusión de su uso. 



Hernan Lafourcade Jimenez
Ingeniero Civil Industrial
Socio Nº3723-K
 

Referencias.


·         Lambert, Jessica; Hall, Charles; Balogh, Steve; Poisson,Alex y Gupta,Ajay ,”EROI of Global Energy Resources”-Preliminary Status and Trends, State University of New York, 2012.

·         Kummel, Reiner,” The Second Law Of Economics: Energy, Entropy and the Origin of Wealth”, Springer, New York, 2011.

No hay comentarios:

Publicar un comentario