El final de la energía y los materiales abundantes

 

Luis González R.

 

* El capitalismo global y la civilización industrial están heridos de muerte. Detrás hay varios factores, pero uno determinante es el final de la energía y los materiales abundantes, de los que depende de manera estructural. En este texto se justifica este final.

El pico de los combustibles fósiles

 

En la explotación de un recurso minero, la primera fase tiene forma de curva ascendente. Es una etapa en la que cada vez se puede obtener más cantidad de materia prima. En ella, se encuentran los yacimientos más accesibles y grandes y, con la experiencia acumulada, se explotan otros de forma sencilla. Pero, inevitablemente, llega un momento en el que la capacidad de extracción empieza a declinar. El punto de inflexión es el “pico de la sustancia”. Durante la segunda fase, esta se consigue en cantidades decrecientes, es de peor calidad (puesto que primero se explotan los mejores yacimientos) y más difícil de conseguir (ya que al principio se eligen los emplazamientos de más fácil extracción y de mayor tamaño, y además la sustancia cada vez es más difícil de extraer). De este modo, una vez sobrepasado el pico, lo que resta es una disponibilidad decreciente, de peor calidad, y más difícil técnica, financiera y energéticamente. También es un método más contaminante y que por lo tanto requiere de más medidas paliativas. Todo ello implica una tensión hacia el aumento del precio de la materia prima, si la demanda se sostiene, hasta chocar con el techo de precio asumible económicamente. Asimismo, la menor capacidad de controlar el flujo puesto en el mercado facilita la especulación con él, lo que se ve amplificado por el funcionamiento de los mercados financieros. Esto supone un escenario de precios con picos altos, pero con fuertes fluctuaciones, lo que conllevará que la decadencia de la disponibilidad dependa, una vez pasado el pico, más de las cada vez menos rentables inversiones económicas, que de la caída geológica del recurso. Este fenómeno lo observamos desde 2006 (González Reyes, 2016) y ha sido claro durante la pandemia de COVID-19 (Kucharz y col., 2020).

 

Cuándo suceda el cénit depende de múltiples factores: políticos (ayudas públicas, inestabilidad, apuesta por el reciclaje en el caso de los minerales), económicos (inversiones), sociales (resistencias a la explotación), ambientales (falta de otros elementos necesarios para la extracción), geológicos (descenso de ley en las minas) o tecnológicos (mejoras en la maquinaria).

 

En 2005, la extracción de petróleo convencional (el de más fácil acceso y de mejores prestaciones) se estancó en una meseta irregular y levemente descendente (figura 1). Es probable que el cénit de todos los tipos de petróleo se haya producido en 2018 (Turiel, 2020).

 

El gas natural probablemente alcanzará su techo en 2020-2039 y el carbón en 2025-2040 (Li, 2018). La tasa de descenso del carbón será más lenta que la del resto de combustibles fósiles, pues su extracción es menos intensiva en energía y tecnología.

 

 

De este modo, el techo del petróleo coincide grosso modo con el de los otros combustibles fósiles. Se producirán, pues, tres picos en uno (en realidad cuatro si incluimos el del uranio). El cénit combinado de todos los combustibles fósiles se producirá en 2020-2038, probablemente más cerca de los primeros años que de los últimos.

 

La tasa de retorno energético (TRE) de los fósiles mengua

 

La energía bruta no marca cuánta energía le queda disponible a la sociedad, pues hay que descontar la energía requerida para obtenerla. Para estimar la energía neta es necesario conocer la tasa de retorno energético (TRE). La TRE es el cociente entre la energía obtenida y la energía invertida para ello. Desde principios del siglo XXI, la TRE de los combustibles fósiles ha tenido una trayectoria descendente porque las reservas son cada vez de peor calidad y más difíciles de extraer (figura 2). Lo previsible es que esta tendencia se mantenga. Esto conlleva que la energía disponible por la sociedad disminuirá de forma más abrupta que los volúmenes de combustibles fósiles.

 

No hay alternativa equiparable a los combustibles fósiles

 

Que el petróleo, acompañado por el gas y el carbón, sea la fuente energética básica no es casualidad. El petróleo se caracteriza (en algunos casos se caracterizaba) por: i) tener una disponibilidad que no depende de los ritmos naturales; ii) ser almacenable de forma sencilla (no es especialmente corrosivo, es líquido, no se degrada); iii) ser fácilmente transportable; iv) tener una alta densidad energética; v) estar disponible en grandes cantidades; vi) ser muy versátil en sus usos (a través del refinado se consiguen combustibles de distintas cate gorías y multitud de productos con utilidades no energéticas); vii) tener una alta TRE; y viii) ser barato. Una fuente que quiera sustituir al petróleo debería cumplir todos estos requisitos. Pero también tener un reducido impacto ambiental para ser factible en un entorno fuertemente degradado. Hay otro elemento determinante en la transición: ya está creada toda la infraestructura para una economía basada en combustibles fósiles y, especialmente, en el petróleo.

 

La mayoría de fuentes alternativas a los fósiles tienen TRE menores o muy cerca de 10:1, que marca el punto a partir del cual la energía neta que queda a la sociedad decrece logarítmicamente. Además, el potencial energético teórico de las renovables queda muy por debajo del consumo actual (tabla 1) y es importante subrayar que esto requeriría explotar al máximo los ecosistemas lo que se estará lejos de alcanzar. Aun en el escenario de máximos que plantea García-Olivares (2015a), en el que se podría alcanzar una potencia de 12 TW 100% renovables, eso implicaría “una economía estacionaria o de no creci miento en el consumo de materiales y energía”, que es algo imposible en el capitalismo.

 

Estas limitaciones provienen de dos factores insoslayables. El primero es el carácter poco concentrado de las energías renovables. El segundo consiste en que, frente a los combustibles fósiles que se usan en forma de energía almacenada, las renovables son flujos. La suma de los dos elementos tiene como corolario un alto requerimiento de espacio físico.

 

Otros límites de las renovables (y de los agrocarburantes)

 

A estos límites se suman otros de las renovables, lo que no quita que inevitablemente sean las energías del futuro y que no haya que apostar por ellas. Simplemente, señala que serán las energías de un futuro distinto del presente.

 

Irregularidad

 

El sol no brilla todo el día, ni en todo momento con igual intensidad. El viento no siempre sopla igual. Los ciclos hidrológicos implican momentos con más y con menos escorrentía. Todo esto supone una inevitable irregularidad en el aporte energético de las renovables que se mide por el factor de carga [1]. Las que tienen un mayor factor de carga son la hidroeléctrica y la geotérmica, el resto quedan lejos de los fósiles y la nuclear.

 

Un segundo problema acoplado a esta irregularidad es que para minimizarla hace falta una potencia instalada notablemente mayor que la que sería necesaria para los combustibles fósiles o la nuclear. Esto se puede acometer con renovables [2] o con centrales sucias que cubran los momentos de poca producción renovable. En todo caso, una red inteligente descentralizada, que consuma cuando hay gran producción y genere en caso contrario; una red más grande e interconectada [3]; y/o mayores reservorios de energía podrían disminuir este hecho. Articular cualquiera de las opciones supone un ingente consumo de recursos de todo tipo.

 

Problemas de almacenamiento que conllevan bajas densidades energéticas

 

Como consecuencia de la irregularidad, aumenta la necesidad de almacenar la energía proveniente de fuentes renovables, la gran mayoría de las veces transformada en electricidad. Hay varios sistemas para el almacenamiento, pero todos ellos con serias limitaciones que parten de la dificultad de guardar algo que es un flujo.

 

i) Baterías. Las de mayor densidad energética son las de ion litio, pero todas ellas tienen un límite físico que implica una baja densidad energética.También habría que considerar su potencia (limitada), el tiempo de recarga (largo) y la energía requerida en construir la batería (bastante).

 

ii) Centrales hidroeléctricas reversibles [4]. Es el sistema que permite guardar una mayor cantidad de energía, sin embargo está limitado al número de centrales que se puedan construir.

 

iii) Almacenamiento geológico de aire comprimido. En general es poco eficiente y no es fácil encontrar  las formaciones geológicas adecuadas.

 

iv) Almacenamiento térmico con sales fundidas. Requieren grandes cantidades de nitrato de sodio y de potasio, que son difíciles de conseguir.

 

v) Hidrógeno. Su principal problema es que requiere mucha energía para producirlo y utilizarlo.

 

La biomasa sortea gran parte de la irregularidad y de los problemas de almacenamiento. Ha sido la fuente de energía calorífica básica de la humanidad a lo largo de la historia, lo es ahora para millones de personas y lo volverá a ser en el futuro. Pero la madera no es un sustituto posible de los combustibles fósiles en las escalas actuales. De haberlo sido, no se habría producido el cambio de modelo energético que comenzó con la Revolución Industrial. No lo es por su menor densidad energética, pero también por la potencia total que puede aportar, las prestaciones y la TRE.

 

No tienen algunas prestaciones básicas

 

La electricidad no es el mejor vector para mover máquinas pesadas que requieren autonomía de movimiento (camiones, tractores, grúas, aviones), ya que las baterías pesan mucho. Por eso, los vehículos eléctricos se limitan al transporte de poca masa. Si no fuera así, los trenes no necesitarían tomar la electricidad de cables durante todo el recorrido y llevarían baterías incorporadas. Esto tiene importantes implicaciones en los sectores dependientes del transporte pesado, como la construcción y el comercio. Para ellos, haría falta recurrir a los agrocarburantes y/o al hidrógeno, pero ambos tienen múltiples problemas, empezando por TRE pésimas.

 

La industria petroquímica también es difícil de sostener con renovables. En un escenario de máximos, deberá reducirse al 45-49% del tamaño que tenía en 2005 (García-Olivares, 2015b).

 

Dependientes del petróleo

 

Las renovables, en su formato industrial, son una

extensión de los combustibles fósiles. Todas ellas requieren

de la minería y el procesado de determinados compuestos,

empezando por el cemento, que se realiza

fundamentalmente gracias al petróleo. También se usa

petróleo para mover la maquinaria pesada, imprescindible

en la construcción de los grandes molinos eólicos

y las presas, así como en su mantenimiento. Además, la

alta tecnología usada en las renovables depende de un

sistema con altos consumos energéticos y su fabricación

está diseminada por todo el planeta y, por lo tanto, está

anclada al entramado de transporte petrodependiente.

En realidad, las renovables se sostienen en un entorno

capitalista porque en el sistema energético los combustibles

fósiles las subvencionan, pero esto es solo posible si

suponen un porcentaje pequeño del consumo energético

total. La adquisición de autonomía pasaría por tener una

infraestructura instalada y, además, que esta se pudiese

sostener con la energía que generase. Esto redundaría en

TRE más bajas de las expuestas (tabla 1).

 

Altos costes monetarios, energéticos y temporales de

la transición a las renovables

 

Las inversiones en renovables se han incrementado

en los últimos años. Además, las mejoras tecnológicas

han permitido una rebaja sostenida de costes.

Sin embargo, hay que considerar las inversiones para

una transición de un sistema energético basado en los combustibles fósiles a otro centrado en las renovables partiendo de un uso minoritario de las renovables. Aquí las cifras se vuelven astronómicas (Fernández Durán y González Reyes, 2018).

 

Cuando hablamos de los costes monetarios necesarios para la transición, en realidad estos tienen detrás los energéticos, que también serían inmensos [5]. Pero el problema del coste energético es más profundo. Sustituir el 2% de la potencia instalada fósil al año por energías renovables (suponiendo una TRE de 10:1 y un tiempo de vida de 40 años) requiere una inversión energética de 4 veces la potencia que se quiere instalar. Esto implica que, en realidad, el descenso de potencia disponible no será del 2%, sino del 8%. De este modo, invertir en una transición energética significa reducir la energía disponible a corto plazo de forma más rápida que si no se hiciese esta apuesta. Solo después de 7 años (más de una legislatura) la inversión energética empezará a ser menor que la caída de recursos fósiles. Y, cuanta mayor cantidad de energía renovable se quiera instalar de golpe, mayor tendrá que ser la inversión energética, la caída de la energía total disponible y el tiempo a partir del cual la inversión se compensará (Murphy, 2011).

 

Por último, hay que considerar el factor tiempo. Los plazos requeridos para construir las nuevas infraestructuras se adentran mucho en las curvas de caída de disponibilidad de combustibles fósiles, por lo que dificultan enormemente la transición energética orde-nada. En el capitalismo fosilista, los nuevos sistemas de producción energética se han instalado en 50-75 años (Podobnik, 2006; Smil, 2017). Y en todos los casos no se realizó una sustitución de fuentes, sino una adición y, además, no se redujo el consumo de energía, sino que aumentó.

 

Una transición condicionada por el Capitaloceno

 

A continuación entraremos en los problemas de acceso a muchos materiales básicos para el sostenimiento de la economía actual. Ahora solo anotamos algunos que son clave para el despliegue de las energías renovables y cuyo suministro estará en entredicho en el futuro: cobre, litio, níquel, platino, cadmio, lantano, manganeso, cobalto, hidrógeno, teluro, indio, germanio, arsénico, galio, neodimio, disprosio, samario, vanadio e itrio.

 

Las renovables implican un alto uso del territorio. La alternativa de realizar estas ingentes obras en lugares poco habitados, como los desiertos, desde el punto de vista energético, material y ambiental (por no decir político y ético) resultan inviables: miles de kilómetros de líneas de alta tensión, pérdidas, mantenimiento de las infraestructuras, etc. También salen cifras imposibles con la eólica. En el caso de la producción de agrocombustibles vuelven a ser necesarias grandes cantidades de tierra (y agua), lo que convierte la sustitución total en físicamente imposible.

 

A todo ello hay que añadir otros factores, como que el cambio climático también va a afectar al desarrollo de las renovables, por ejemplo, limitando el potencial eléctrico en las zonas donde habrá menos agua disponible.

 

Fusión: la eterna promesa que no llega nunca

 

Descartada también la energía de fisión nuclear, entre otras cosas porque el pico del uranio se está atravesando también ahora en términos históricos (tabla 1), lo único que queda como alternativa a tener alta energía disponible es la fusión nuclear. La energía que se genera con esta reacción es enorme, pero esto supone un desafío irresuelto, pues es excesiva. Desde hace décadas se lleva intentando disparar la reacción de fusión de forma controlada, pero los resultados han sido muy parcos.

 

Incluso en el caso de que en algún momento se llegase a tener éxito, todavía faltaría mucho tiempo para su desarrollo comercial. Tanto, que ya no estarán disponibles los recursos energéticos ni materiales para poder desarrollar las plantas necesarias. Y eso por no hablar de su improbable viabilidad económica.

 

Los picos de los recursos de la mano de los energéticos

 

Numerosos elementos han atravesado ya su cénit de extracción o están cerca.

 

Ante esta situación, se plantean tres alternativas: i) la explotación de los recursos bajo el lecho marino o disueltos en el agua; ii) el reciclaje; y iii) la sustitución de los elementos más escasos por otros más abundantes.

 

Bajo el fondo marino parecen existir importantes depósitos con leyes similares a las terrestres. Otra cosa es la viabilidad económica y energética de su obtención, pues estamos hablando de la explotación de sólidos (más difíciles de extraer que los líquidos y los gases) con robots a centenares de metros de profundidad y en un ambiente corrosivo. A pesar de que las principales potencias tienen proyectos para su desarrollo, no existen minas importantes en el mar. La extracción de recursos disueltos en el agua marina (cuyo ejemplo paradigmático es la sal) se ha planteado para el litio y el uranio, pero es inviable por la energía que requiere.

 

El reciclaje tiene fuertes límites. Un primer problema es que casi no se está llevando a cabo porque no existe una política pública apropiada, porque los aparatos no están diseñados para la recuperación de sus componentes, pero sobre todo porque el sistema necesita acumular materiales de forma constante. El segundo problema es que reciclar los aditivos que se añaden a distintos compuestos (pinturas, plásticos) es imposible para el ser humano y, cuanto más compleja es la máquina, más difícil es el proceso.

 

Por último, la sustitución no es una opción sino, cada vez más, una necesidad. Pero una necesidad que implica la reducción en las prestaciones [6] y, en muchos casos, la imposibilidad de mantener la tecnología actual [7].

 

Conclusiones abiertas

 

No hay espacio para abordar en este texto las profundas implicaciones económicas, políticas, sociales y culturales de pasar de un mundo de abundancia material y energética (sobre todo para una pequeña parte de la población), a otro de menor disponibilidad, más irregular y de menor versatilidad. Se desprenden de comprender que los seres humanos somos ecodependientes. Queda como tarea para quien haya llegado hasta aquí imaginar qué mundos son posibles con muchos menos recursos accesibles.

 

Notas

 

[1] El factor de carga de una central es el cociente entre la energía real generada durante un período de tiempo y la energía que habría producido si hubiera trabajado a pleno rendimiento.

 

[2] En la UE, para garantizar el suministro con una red eléctrica 100% renovable haría falta una potencia instalada de 10 veces el pico máximo de consumo (de Decker, 2017).

 

[3] En la UE, esto requeriría una red 12 veces la existente en la década de 2010 y aun así, no se garantizaría siempre el suministro en todas las regiones (de Decker, 2017).

 

[4] En ellas existe un reservorio inferior de agua de forma que, cuando hay poca demanda eléctrica, se usa el excedente para rellenar el embalse superior.

 

[5] El coste energético de las infraestructuras para una transición renovable en los próximos 25 años equivaldría al 22% de la energía neta del petróleo extraído en 2015 (Solé y col., 2018). El de la conversión de todos los vehículos en eléctricos ronda la extracción anual de petróleo (García-Olivares y col. 2018).

 

[6] No existe sustituto óptimo de ninguno de los 62 metales o metaloides más usados en los aparatos de alta tecnología. Y para 12 de ellos no hay sustituto adecuado. Entre los que no tienen ningún sustituto adecuado están el cobre, el cromo, el manganeso y el plomo (Dennehy, 2013).

 

[7] Por ejemplo, un ordenador usa 64 elementos químicos, dejando solo 29 de la tabla periódica sin utilizar.

 

Bibliografía

 

-Court, V.; Fizaine, F. (2016): “Estimations of very long-term time series of fossil fuels global EROI”. Science for Energy Scenarios. 3rd Science and Energy Seminar at Ecole de Physique des Houches. Houches (Francia).

 

-De Decker, K. (2017): “How (Not) to Run a Modern Society on Solar and Wind Power Alone”. resilience.org.

 

-Dennehy, K. (2013): “For metals of the smartphone age, no Plan B”. news.yale.edu.

 

-Fernández Durán, R.; González Reyes, L. (2018): En la espiral de la energía. Libros en Acción, Baladre. Madrid.

 

-García-Olivares, A. (2015a): “Potencial global de las energías renovables. Hacia una economía pos-carbono”. crashoil.blogspot.com.es.

 

-García-Olivares, A. (2015b): “Sustituibilidad de los combustibles fósiles”. crashoil.blogspot.com.es.

 

-García-Olivares, A. ; Solé, J.; Osychenko, O. (2018): “Transportation in a 100% renewable energy system”. Energy Conversion and Management, DOI: 10.1016/j.enconman.2017.12.053.

 

-González Reyes, L. (2016): “¿Qué le pasa y qué nos pasa con el precio del petróleo?”. eldiario.es/tribunaabierta.

 

-Kucharz, T.; González Reyes, L.; Murray, I.; Flores, L. (2020): “Covid-19, el petróleo, el virus de Wall Street y Estados Unidos ”. elsaltodiario.com.

 

-Li, M. (2018): “World Oil 2018-2050: World Energy Annual Report”.peakoilbarrel.com.

 

-Murphy, T. (2011): “The Energy Trap”. physics.ucsd.edu.

 

-Mushalik, M. (2019): “2005-2018 Conventional crude production on a bumpy plateau – with a little help from Iraq”. crudeoilpeak.info.

 

-Podobnik, B. (2006): Global Energy Shifts: Fostering Sustainability in a Turbulent Age. Temple University Press. Filadelfia.

 

-Smil, V. (2017): Energy and Civilization. A History. MIT Press. Cambridge (EEUU).

 

-Solé, J.; García-Olivares, A.; Turiel, A.; Ballabrera-Poy, J. (2018). “Renewable transitions and the net energy from oil liquids: A scenarios study”. Renewable Energy, DOI: 10.1016/j.renene.2017.09.035.

 

-Turiel, A. (2020): “La tormenta negra”. crashoil.blogspot.com.

 

[Artículo publicado originalmente en la revista Libre Pensamiento # 103, Madrid, verano 2020. Número completo accesible en http://librepensamiento.org/wp-content/uploads/2020/10/LP-N%C2%BA-103_WEBl.pdf.]