Biocombustibles E-Book

Joaquín Pérez Pariente

• Herausgeber: Fondo de Cultura Económica
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: La Ciencia para Todos
• Sprache: Spanisch
• Veröffentlichungsjahr: 2016

Seitenzahl: 350

Beschreibung

Hoy en día, el uso de los Biocombustibles es tema de debate entre los científicos del mundo, toda vez que no hay un consenso sobre sus implicaciones ambientales y sociales. En esta obra, el autor ofrece un panorama pormenorizado sobre la cuestión, en un intento por precisar cuál es la realidad de los Biocombustibles, respecto a su viabilidad como alternativa energética aceptable desde el punto de vista de su sostenibilidad. Confrontando versiones favorables y adversas, el autor brinda los elementos necesarios para profundizar en un tema de la más apremiante actualidad.

Leseprobe

BIOCOMBUSTIBLES

La Ciencia para Todos

En 1984 el Fondo de Cultura Económica concibió el proyecto editorial La Ciencia desde México con el propósito de divulgar el conocimiento científico en español a través de libros breves, con carácter introductorio y un lenguaje claro, accesible y ameno; el objetivo era despertar el interés en la ciencia en un público amplio y, en especial, entre los jóvenes.

Los primeros títulos aparecieron en 1986 y, si en un principio la colección se conformó por obras que daban a conocer los trabajos de investigación de los científicos radicados en México, diez años más tarde la convocatoria se amplió a todos los países hispanoamericanos y cambió su nombre por el de La Ciencia para Todos.

Con el desarrollo de la colección, el Fondo de Cultura Económica estableció dos certámenes: el concurso de lectoescritura “Leamos La Ciencia para Todos”, que busca promover la lectura de la colección y el surgimiento de vocaciones entre los estudiantes de educación media, y el Premio Internacional de Divulgación de la Ciencia Ruy Pérez Tamayo, cuyo propósito es incentivar la producción de textos de científicos, periodistas, divulgadores y escritores en general cuyos títulos puedan incorporarse al catálogo de la colección.

Hoy, La Ciencia para Todos y los dos concursos bienales se mantienen y aun buscan crecer, renovarse y actualizarse, con un objetivo aún más ambicioso: hacer de la ciencia parte fundamental de la cultura general de los pueblos hispanoamericanos.

Comité de selección de obras

Dr. Antonio Alonso

Dr. Francisco Bolívar Zapata

Dr. Javier Bracho

Dr. Juan Luis Cifuentes

Dra. Rosalinda Contreras

Dra. Julieta Fierro

Dr. Jorge Flores Valdés

Dr. Juan Ramón de la Fuente

Dr. Leopoldo García-Colín Scherer (†)

Dr. Adolfo Guzmán Arenas

Dr. Gonzalo Halffter

Dr. Jaime Martuscelli

Dra. Isaura Meza

Dr. José Luis Morán López

Dr. Héctor Nava Jaimes

Dr. Manuel Peimbert

Dr. José Antonio de la Peña

Dr. Ruy Pérez Tamayo

Dr. Julio Rubio Oca

Dr. José Sarukhán

Dr. Guillermo Soberón

Dr. Elías Trabulse

Joaquín Pérez Pariente

BIOCOMBUSTIBLES

Sus implicaciones energéticas,ambientales y sociales

La Ciencia para Todos / 240

Primera edición 2016Primera edición electrónica, 2016

La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretaría de Educación Pública y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

Diseño de portada: Teresa Guzmán Romero

D. R. © 2016, Fondo de Cultura Económica Carretera Picacho-Ajusco, 227; 14738 Ciudad de México

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ISBN 978-607-16-4458-9 (ePub)

Hecho en México - Made in Mexico

ÍNDICE

Prólogo

I.Factores que condicionan el desarrollo de fuentes de energía alternativas

Una breve introducción histórica

El escenario energético mundial

Reservas y consumo de energía fósil. Perspectivas de agotamiento del petróleo

El escenario ambiental. Emisiones de gases de efecto invernadero

El escenario legislativo

II.Combustibles sintéticos obtenidos a partir de fuentes distintas del petróleo y de la biomasa

El refinamiento del petróleo

Transformación del carbón y el gas natural en combustibles líquidos. El proceso Fischer-Tropsch

Los inconvenientes del proceso de transformación del carbón en hidrocarburos líquidos

Obtención de gasolina a partir de metanol

¿Una vía no contaminante para la obtención de gasolina a partir del metanol?

III.Qué son y cómo se obtienen los biocombustibles

Biocombustibles gaseosos

Biocombustibles líquidos

IV.Sostenibilidad de los biocombustibles. Balances de emisiones de gases de efecto invernadero y de energía

Los agrocombustibles en la Unión Europea

Producción de etanol a partir de residuos agroforestales

Análisis del ciclo de vida de los biocarburantes. Balance de emisiones de gases de efecto invernadero

Balance de energía del proceso de producción de los biocombustibles

Competencia entre agrocombustibles y alimentos por el uso de la tierra fértil

Las microalgas como fuente de biodísel y el problema del fósforo. Una falsa solución a la pugna por la tierra

Las verdaderas causas de las políticas de estímulo a la producción de biocombustibles. Algunos casos de estudio

Agrocombustibles y procesos de acaparamiento de tierras

Conclusiones

Anexo. Unidades

Glosario

Bibliografía

A mi familia, y a todos aquellos que no quieren cambiar un árbol por un paraguas

PRÓLOGO

Nuestra civilización se ha edificado, desde hace aproximadamente un siglo y medio, sobre la disponibilidad de fuentes de petróleo abundantes y fáciles de extraer. Pero esos cimientos ya no son tan sólidos como se pensaba, porque nuestra demanda de petróleo a escala planetaria es tan grande que las nuevas reservas que se descubren no son capaces de satisfacerla. En ese escenario, el petróleo escaseará cada vez más, lo que sin duda causará un continuo aumento de su precio. A esa amenaza real para la supervivencia de la civilización, tal como la conocemos ahora, se le ha añadido más recientemente otra no menos preocupante: la combustión del petróleo junto con la de las otras dos fuentes de energía fósil —el carbón y el gas natural—, da lugar a la emisión hacia la atmósfera de ingentes cantidades de gases de efecto invernadero, a los que se atribuye el aumento de la temperatura media del planeta que está teniendo lugar desde mediados del siglo XIX aproximadamente. Este fenómeno de calentamiento global tendrá consecuencias sobre las condiciones climáticas, que afectarán necesariamente el desarrollo de nuestra civilización, que dispone cada vez de menos tiempo para adaptarse de manera razonable a esos cambios bruscos.

La convergencia en el tiempo de esos dos fenómenos: escasez de petróleo y cambio climático, es la causa principal por la que se necesita desarrollar combustibles alternativos para el transporte que no sólo no dependan del petróleo, sino tampoco del carbón ni del gas natural. Una de las opciones, que se están poniendo en práctica desde hace ya algunos años en diversos países, es la utilización de combustibles obtenidos de la biomasa, denominados biocombustibles, con el objetivo de sustituir con ellos, de manera progresiva, los combustibles obtenidos de fuentes fósiles y, muy en particular, los carburantes líquidos. En la práctica, esos dos biocombustibles son el etanol, obtenido de cultivos como el maíz o la caña de azúcar —que se utiliza en lugar de la gasolina—, y el denominado biodísel, obtenido a partir de aceites vegetales que provienen de cultivos como la soya, la colza o la palma aceitera, que es un sustituto del dísel. Ambos biocombustibles provienen, por lo tanto, de cultivos específicos que se destinan a su producción, y por esa razón es preferible denominarlos agrocombustibles.

Los biocombustibles se han introducido en la vida cotidiana de muchos países occidentales, y también de los que están en vías de desarrollo, porque ya se utilizan en los automóviles y en otros medios de transporte colectivo, sustituyendo parcial o, en algunos casos, totalmente a los carburantes tradicionales derivados del petróleo.

El argumento más extendido a favor del uso de los agrocombustibles, desde el punto de vista ambiental, es que su consumo no produce emisiones de dióxido de carbono, porque la cantidad de éste, que se emite durante su combustión, es la misma que la de la planta de la que se obtiene fija durante su crecimiento. Es decir, se llega a un balance cero de emisiones. Sin embargo, son cada vez más numerosas las voces que cuestionan esta visión simplista en el asunto de las emisiones y señalan, además, que al fin y al cabo los agrocombustibles requieren ingentes cantidades de productos vegetales que también son alimentos, compitiendo por lo tanto con la disponibilidad de éstos, en un mundo en el que buena parte de la población apenas consigue alimentarse de manera satisfactoria, cuando no pasa hambre.

¿Cuál es la realidad de los biocombustibles respecto de su viabilidad como alternativa energética aceptable desde el punto de vista de su sostenibilidad, es decir, que no comprometan la seguridad alimentaria y que no perjudiquen el medio ambiente? Este ensayo se propone ofrecer un conjunto de materiales cuyo análisis conduce a encontrar una respuesta a esa pregunta. Su objetivo es examinar la realidad práctica de los biocombustibles aquí y ahora, su contribución real para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, su potencial real para constituirse en una fuente verdaderamente alternativa a los combustibles derivados del petróleo y su impacto real en la competencia con la producción de alimentos.

El análisis de todos esos aspectos sólo puede realizarse teniendo en cuenta el proceso completo de la producción de los agrocombustibles; es decir, desde que se inicia el cultivo de las plantas de las que se obtiene la materia prima con la que se fabrica el biocombustible, hasta que éste está listo para ser utilizado en un vehículo. A pesar de que parece razonable y hasta necesario que el estudio del impacto energético, ambiental y social de los biocombustibles parta de esa premisa de análisis global del proceso, son escasos los estudios que así lo hacen, reducidos casi todos a los ambientes académicos y sólo disponibles en publicaciones especializadas. Este ensayo nace con la intención de ofrecer una visión de conjunto del problema, que sea asequible para un lector medio no especializado, interesado sin embargo en adquirir los conocimientos necesarios que le permitan formarse una opinión sobre un asunto de tanta trascendencia como es la propuesta de quemar alimentos —porque de eso se trata al fin y al cabo— en los motores de millones de vehículos que circulan o que se pretende a toda costa que circulen por nuestras carreteras.

El ensayo está estructurado en cuatro capítulos. En el primero, tras una breve introducción histórica, se presentan los escenarios energético, ambiental y legislativo sobre los que se asientan las propuestas de uso de los biocombustibles. En el segundo se analizan las distintas alternativas que existen para obtener carburantes sintéticos de fuentes distintas del petróleo y de la biomasa. El tercer capítulo describe la naturaleza y las propiedades de los biocombustibles y los procesos mediante los que se obtienen. Esos tres capítulos sirven de base para el cuarto, en el que se tratan con detalle los impactos energéticos y ambientales que condicionan la sostenibilidad de los biocombustibles, tomando como punto de partida del análisis los supuestos beneficios que se les atribuyen. No todos los aspectos han sido tratados con igual profundidad, y varios de ellos se podrían haber expuesto de manera más extensa, pero el objetivo de este libro no es tanto acumular información como analizar la que existe para extraer las correspondientes consecuencias. Aunque el estudio está centrado en aspectos científicos y técnicos, no por ello se han obviado las graves consecuencias sociales que sufren numerosos países en vías de desarrollo como resultado de las políticas de estímulo al uso de los biocombustibles implementadas en los países desarrollados.

I. Factores que condicionan el desarrollode fuentes de energía alternativas

UNA BREVE INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

La evolución de la especie humana ha estado asociada desde sus orígenes al empleo de recursos energéticos provenientes de su entorno natural, es decir, de la biósfera.1 De ello es ejemplo el uso de la energía humana o la de los animales para la realización de múltiples labores, o el de la madera como combustible. En el primer caso, una parte de la energía química contenida en los alimentos se utiliza en el metabolismo de seres humanos y animales, lo que hace posible que nos sostengamos sobre nuestras extremidades, que nos desplacemos o que realicemos distintas labores que conllevan un trabajo mecánico. En el segundo, la energía química contenida en la madera se transforma en calor y luz durante su combustión, pero el origen último de esa energía se encuentra en la radiación solar que desencadenó el proceso de fotosíntesis durante la vida del árbol del que se obtuvo esa madera. Por lo tanto, desde una perspectiva energética, todos los seres vivos, incluidos los seres humanos, somos hijos del Sol, la principal fuente de energía externa al planeta que alimenta la biósfera, que se complementa con la energía proveniente del interior de la Tierra.

Los seres humanos han aprovechado desde hace milenios esos procesos de conversión de un tipo de energía en otro para sus propias necesidades, y esas transformaciones han caracterizado de manera indeleble a las diferentes civilizaciones que han existido en nuestro planeta; es más, la evolución de las sociedades humanas ha estado estrechamente ligada a cambios en la naturaleza de las fuentes de energía dominantes en cada periodo de esa evolución. Pensemos en las sociedades clásicas, en las que la principal fuente de energía mecánica provenía de los animales y los esclavos. Admiramos el fruto de la creatividad humana en los restos legados por antiguas civilizaciones ya extinguidas, pero no olvidemos que la construcción de cada pirámide que se yergue en los desiertos de Egipto o en las selvas de Centroamérica ha requerido una enorme cantidad de energía humana, mano de obra esclava en su mayoría. Los avances tecnológicos que permitieron el aprovechamiento de una fuente de energía primaria como el viento, con la invención y la mejora del velamen, hicieron posibles los viajes marítimos a largas distancias, impensables si la única manera de propulsar un barco hubiera sido mediante remos, es decir, utilizando la energía humana. Ello permitió aumentar enormemente el tamaño y la carga útil de los buques, la columna vertebral de los grandes imperios marítimos que han existido.

Además de servir como medio de propulsión de los barcos, el viento también se ha aprovechado como fuente de energía primaria, transformándose en energía mecánica en los molinos, igual que la energía de las corrientes de agua de los ríos ha servido para impulsar diversos artefactos que transforman la energía cinética y potencial del agua en energía mecánica. Pero esas fuentes de energía, con toda la potencia que son capaces de desarrollar, tienen una gran limitación, y es que escapan por completo al control del ser humano. Podemos desarrollar ingeniosos sistemas para incrementar el aprovechamiento de la fuerza del viento cuando éste existe, pero no podemos provocar que el viento sople. La única energía mecánica independiente de factores ambientales de la que hasta hace aproximadamente tres siglos hemos podido disponer es la nuestra propia o la de los animales, pero ambas tienen obvias limitaciones, como se acaba de exponer.

Sin embargo, tenemos a nuestro alcance una fuente particular de energía química, una energía que podemos transportar de un lugar a otro en cantidades sólo limitadas por nuestra capacidad de recolección y transporte, que podemos utilizar y transformar a voluntad en energía térmica y luminosa mediante su combustión, y que, a escala de la civilización humana, es independiente de factores ambientales: se trata de la madera. El uso de la madera y el carbón vegetal derivado de ella hizo posible el nacimiento de la cerámica, de la metalurgia y, en una medida considerable, también de las grandes construcciones basadas en materiales pétreos.

Además de la madera, se han utilizado también otros productos capaces de arder a temperaturas suficientemente elevadas, es decir, de transformar su energía química en calorífica o lumínica, como el sebo, la cera de abejas o los aceites vegetales, mucho más limitados en cuanto a cantidad disponible, y, por esa razón, usados casi exclusivamente para iluminación.

Ese conjunto de materias tiene un origen biológico, es producto de la actividad de seres vivos, y por ese motivo se integra a lo que se denomina biomasa, entendiendo por tal el conjunto formado por toda la materia de naturaleza biológica que existe en la biósfera de nuestro planeta, ya sea vegetal o animal, incluidos los microorganismos.

Se ha utilizado antes la expresión “energía primaria”, y conviene definirla con claridad para comprender mejor lo que sigue. Se denomina energía primaria a toda fuente de energía que existe en la naturaleza antes de transformarse en otra. El petróleo, el carbón, el gas natural son fuentes energéticas primarias, igual que la energía nuclear, la proporcionada por el viento o la energía solar. No obstante, con el fin de cuantificar adecuadamente las distintas fuentes de energía y poder comparar unas con otras, en algunos casos se considera energía primaria a aquella que proviene de la primera transformación de una fuente energética natural. Es fácil comprender la razón de lo anterior con un ejemplo, como el de los generadores de energía eléctrica movidos por el viento, los aerogeneradores que utilizan la energía eólica. Es muy sencillo determinar la energía eléctrica producida por un aerogenerador en el transcurso de un determinado periodo, pongamos por caso un año, pero ¿cómo mediríamos la energía asociada al viento que ha soplado en el entorno del aerogenerador en el transcurso de ese año, de la cual sólo una parte es aprovechada por el sistema para producir electricidad? Algo similar ocurre en el caso de la energía fotovoltaica (aunque en este caso se podría determinar con bastante fiabilidad la energía solar total que incide sobre una superficie determinada del suelo en el transcurso de un año) o en las centrales hidroeléctricas, en los que se considera como energía primaria, para efectos de balances de energía, la energía eléctrica que producen.

La primera gran revolución tecnológica en el campo de la energía consistió precisamente en el descubrimiento de la manera de convertir la energía química en energía mecánica, y el dispositivo capaz de lograrlo fue la máquina de vapor, inventada en el siglo XVIII.2 Esencialmente, se trata de un sistema de transformación de energía térmica de origen químico, producida por la combustión de madera, por ejemplo, en energía mecánica, el primer sistema que haya existido nunca capaz de realizar esa transformación. Por primera vez en la historia, la humanidad dispuso de un sistema de producción de energía mecánica independiente de la tracción animal o humana, o de factores ambientales, y en eso radica la enorme trascendencia de esta invención. La máquina de vapor es capaz de producir una gran cantidad de energía mecánica, pero necesita para ello consumir grandes cantidades de energía primaria. Por este motivo, el empleo eficaz de ese sistema llevó consigo, simultáneamente, el uso de una fuente de energía primaria con mayor energía por unidad de masa y de volumen que la madera: el carbón de origen fósil. Así, la invención de la máquina de vapor trajo consigo una enorme demanda de ese nuevo tipo de fuente de energía primaria, escasamente utilizado hasta entonces. Pero no sólo fue este factor técnico el que favoreció el uso del carbón en lugar de la madera para alimentar las máquinas de vapor. En efecto, las enormes cantidades de madera que había que quemar en las calderas de las otrora poco eficientes máquinas de vapor produjo una verdadera escasez de ese combustible en muchas regiones europeas, causando una marcada deforestación, que se añadía a la que se venía produciendo desde hacía siglos debido a la expansión de la agricultura, de la ganadería y de la población. En realidad, la acelerada deforestación que se produjo en los países europeos a partir del siglo XVIII tendría su equivalente hoy en día en la que tiene lugar en numerosos países en vías de desarrollo, que intentan satisfacer la creciente demanda de alimentos de su población reconvirtiendo regiones arboladas en terrenos de cultivo o pasto, un proceso agravado por el uso masivo de madera como combustible.

La máquina de vapor tiene otra característica importante, que la diferenciaba de todo lo que había existido hasta entonces en cuanto a medios para producir energía mecánica: produce mucha mayor densidad de energía, no sólo en términos de energía producida por unidad de tiempo —es decir, de potencia— sino también en lo que se refiere a energía producida por dispositivo o por unidad de peso o volumen del dispositivo. Es decir, una única máquina de vapor es capaz de realizar el mismo trabajo que varias decenas o cientos de animales de tiro, pero requiere un espacio mucho menor. Esa característica, su alta densidad de energía, permitió realizar tareas que antes sólo se podían abordar con gran dificultad o eran imposibles empleando tracción animal. Esta circunstancia revolucionó los métodos de transporte y condujo al nacimiento, en el siglo XIX, de uno totalmente nuevo: el ferrocarril, además de transformar de manera radical el transporte marítimo y fluvial al independizarlo de la existencia de viento. Ello favoreció la construcción de buques de un tonelaje muy superior al conocido hasta entonces e hizo posible la navegación en condiciones meteorológicas desfavorables para los barcos impulsados por velas.

La implementación masiva de la máquina de vapor en numerosos procesos industriales constituyó el factor esencial de lo que se conoce como Revolución industrial, que se inició en el siglo XVIII pero que se desarrolló con toda su fuerza a lo largo del siglo XIX. El otro aspecto relevante en la historia de la tecnología energética introducido durante ese último siglo fue el descubrimiento y la aplicación industrial de sistemas de transformación de la energía mecánica en energía eléctrica. La energía eléctrica puede considerarse un sistema eficaz de transporte de la energía producida en las máquinas de vapor o en las centrales hidroeléctricas, que además puede reconvertirse en energía mecánica a pequeña escala mediante los motores eléctricos, o transformarse de nuevo directamente en energía térmica o luminosa. La introducción masiva de la energía eléctrica constituyó por sí misma una gran revolución tecnológica, que hizo posible, con el correr del tiempo, la introducción de numerosos equipamientos tecnológicos en los hogares. No obstante, este hecho no debe hacernos olvidar que la principal fuente de energía primaria empleada durante todo el siglo XIX y comienzos del siglo XX fue el carbón fósil. El gas que comenzó a usarse en las ciudades europeas en el alumbrado público, desde comienzos del siglo XIX, también se obtenía del carbón mineral mediante su destilación; es decir, su tratamiento a alta temperatura en ausencia de aire, lo mismo que el residuo de la destilación —el coque, una sustancia muy rica en carbono—, encontraba aplicaciones importantes en la industria siderúrgica dedicada a la producción de hierro y acero, los otros elementos esenciales de la Revolución industrial.

En las últimas décadas del siglo XIX tuvieron lugar varios descubrimientos científicos e invenciones que sentaron las bases de las nuevas tecnologías energéticas del siglo XX. El primero de ellos lo constituyen los vehículos autónomos propulsados por un combustible, es decir, la transformación directa de energía química en mecánica, sin utilizar vapor de agua como mediador, como ocurría en la máquina de vapor. El primer vehículo de esas características fue desarrollado por el ingeniero francés Jean Lenoir en 1863, y utilizaba una mezcla explosiva de aire y gas. No obstante, la patente del primer motor de cuatro tiempos, el ancestro directo de los modernos motores de combustión interna, se debe al también ingeniero francés Alphonse E. Beau de Rochas en 1861. Esos primeros automóviles experimentaron en las décadas siguientes continuas mejorías técnicas que permitieron tanto incrementar la potencia del motor como reducir el enorme consumo de combustible de los modelos primitivos. Al igual que ocurrió en el siglo anterior con la máquina de vapor, que requería para su funcionamiento el consumo de un combustible hasta entonces poco utilizado, el carbón, el nuevo motor térmico, necesitaba grandes cantidades de un nuevo combustible, esta vez el petróleo.

Existen en diversos lugares de la superficie terrestre afloramientos de petróleo que han permitido que este producto haya sido conocido y utilizado ya desde la Antigüedad (se le menciona en textos de la cultura asiria del siglo VII a.C.). No obstante, los comienzos de la moderna industria del petróleo datan de 1859, con la apertura de los campos petrolíferos de Pensilvania, en los Estados Unidos.3 Inicialmente, el petróleo se utilizaba sobre todo para iluminación, sustituyendo al sebo, la cera de abeja y los aceites vegetales, ya que era más barato y proporcionaba una luz mucho más clara. Para este fin no se utilizaba el petróleo bruto, que es una mezcla compleja de diversos hidrocarburos, sino uno de los productos que se obtenían de su destilación: el queroseno, mediante la cual también se obtenían aceites lubricantes y ceras parafínicas.4 El líquido que destila a menor temperatura que el queroseno es esencialmente la gasolina, que era por lo tanto en aquellos primeros tiempos un subproducto de la destilación del petróleo de poca utilidad, y además muy volátil e inflamable, lo que a menudo originaba incendios en las destilerías.

La industria del petróleo exhibió un veloz desarrollo desde el momento de su nacimiento, poniendo a disposición de la naciente industria del automóvil, a finales del siglo XIX, grandes cantidades de gasolina a un precio muy bajo. El gran incremento que experimentó la producción de vehículos de transporte a partir de entonces sustituyó la demanda de combustible para iluminación como motor de la industria petrolífera, cuyo desarrollo estuvo dedicado a partir de entonces a satisfacer la creciente demanda de combustibles para los distintos tipos de vehículos, automóviles, camiones, trenes, barcos, aviones, etc. El petróleo además tiene otra característica destacable desde el punto de vista energético, y es que posee una densidad de energía que es de al menos el doble que la del carbón; esto es, un kilogramo de petróleo crudo libera en su combustión el doble de energía que un kilogramo de carbón. Este concepto, densidad de energía, es de gran importancia a la hora de comparar el rendimiento energético de distintos tipos de combustibles, y existen notables diferencias en la energía almacenada por unidad de peso entre diferentes combustibles líquidos, como lo refleja el cuadro I.1.

Las diferencias de densidad de energía que existen entre los alcoholes como el etanol y el metanol, por un lado, y la gasolina o el gasóleo, por otro, se deben a que los primeros contienen, además de carbono e hidrógeno, oxígeno, que no contribuye a la liberación de calor cuando se queman. Cuanto mayor es la proporción en peso de oxígeno que tienen, menor es su poder calorífico; por eso es menor el del metanol que el del etanol.5 Por una razón similar el poder calorífico de la madera, que contiene oxígeno y agua, es la mitad que el del carbón vegetal, que está constituido casi exclusivamente por carbono. La densidad de energía es un concepto muy importante a la hora de comparar adecuadamente los combustibles fósiles con los biocombustibles, biodísel y etanol, porque ambos tienen un poder calorífico inferior al del gasóleo y la gasolina, respectivamente.

CUADRO I.1.Densidad de energía de combustibles, expresada en millones de juliosa (MJ) por kilogramo (kg)

a El julio (también se puede escribir joule en español) es la unidad de medida de la energía en el Sistema Internacional. Recibe su nombre del físico británico James Prescott Joule (1818-1898).

b El bagazo es el residuo leñoso de la caña de azúcar que queda después de extraer su jugo.

El siguiente episodio de la revolución energética del siglo XX tenemos que buscarlo también a finales del XIX, en las investigaciones emprendidas en diversos laboratorios europeos para determinar la naturaleza de las radiaciones emitidas por la materia sometida a tratamientos físicos particulares. Pocos meses después del descubrimiento de los rayos X, en marzo de 1896, el físico francés Henri Becquerel descubrió la primera prueba experimental de la existencia de la radiactividad asociada a los minerales de uranio. Ése fue el punto de partida de las investigaciones de la tesis de doctorado de Marie Curie, supervisada por su esposo Pierre Curie, que desembocaría en el descubrimiento de nuevos elementos químicos radiactivos, el polonio y el radio, y en la determinación de la naturaleza de las radiaciones emitidas por ambos. Esos descubrimientos le valieron a Marie Curie el premio Nobel de física en 1903, compartido con su esposo y con Becquerel, y el de química en 1911, ya en solitario.6

A partir de esos estudios pioneros, las investigaciones acerca de las propiedades del núcleo atómico que se desarrollaron a lo largo de la primera mitad del siglo XX desembocaron en la puesta en marcha, en 1957, en los Estados Unidos, de la primera planta comercial para producir energía eléctrica a partir de energía nuclear, con una potencia de 60 megavatios. En este tipo de centrales, la energía térmica liberada en los procesos de fisión de núcleos de uranio se transforma en energía eléctrica; se trata, por lo tanto, de centrales térmicas en las que el calor proviene de procesos nucleares y no de la combustión de gas natural o carbón. El material radiactivo que alimenta las centrales, el isótopo7 del uranio-235, posee una densidad de energía varios órdenes de magnitud mayor que la de combustibles como el petróleo, el gas natural o el carbón: un solo gramo de uranio suministra tanta energía como varias toneladas de combustibles fósiles comunes.

A esa primera central nuclear le siguieron otros centenares distribuidas en diferentes países, pero a pesar de lo anterior los combustibles fósiles siguen siendo, incluso en la actualidad, la principal fuente de energía primaria para la producción de energía eléctrica a escala mundial, aunque su contribución varía notablemente de un país a otro; de hecho, la mayoría de los países no dispone de centrales nucleares, mientras que, en el extremo opuesto, un país como Francia obtiene casi la totalidad de su energía eléctrica de ese tipo de centrales.

Los nuevos tipos de energía primaria cuyo consumo se ha ido introduciendo a lo largo del tiempo han desplazado sólo parcialmente a las energías ya existentes, de manera que esa evolución histórica ha conducido a la situación actual, en la que coexisten distintos tipos de energías primarias, con pautas de evolución diferenciadas, que además presentan una distribución geográfica muy desigual, asociada básicamente al nivel de desarrollo de los diferentes países. Así, mientras en los que podemos llamar desarrollados el consumo de energía proveniente de la biomasa es muy reducido, en otros, como los pertenecientes al África subsahariana, constituye aún la principal fuente energética.

EL ESCENARIO ENERGÉTICO MUNDIAL

El consumo total de energía en el mundo ha experimentado un enorme incremento desde mediados del siglo XIX aproximadamente, como se muestra en la Figura I.1. Ese crecimiento se debe sólo en parte al aumento de la población mundial, ya que ésta se ha multiplicado casi por cinco desde finales del siglo XIX hasta alcanzar los 7 000 millones de habitantes actuales, mientras que el consumo de energía ha aumentado unas 50 veces en ese mismo periodo. Es decir, el consumo de energía aumenta mucho más rápidamente de lo que lo hace la población, lo que significa que asistimos a un continuo incremento de la cantidad de energía que como media consume cada habitante del planeta, lo que constituye una característica básica del desarrollo económico de las sociedades modernas. Nuestras sociedades son grandes devoradoras de energía. No obstante, existen diferencias en el consumo de energía por habitante entre distintos países, no sólo de naciones desarrolladas respecto a las que están en vías de desarrollo, sino incluso entre los propios países desarrollados, por lo que ese parámetro no siempre está relacionado con la riqueza económica de un país, expresada, por ejemplo, en términos de su producto interior bruto por habitante, y eso es una consecuencia de las diferencias entre los respectivos modelos socioeconómicos y la eficiencia en el uso de la energía. Estados Unidos tiene el dudoso privilegio de ocupar el primer lugar del mundo en consumo de energía por habitante, que es más del doble de la que corresponde a un ciudadano de la Unión Europea.

Por lo tanto, no siempre un mayor consumo de energía indica un mayor grado de bienestar o de desarrollo. Pensemos, por ejemplo, en el consumo de gasolina de un automóvil de gran cilindraje comparado con otro de menor potencia, cuando ambos pueden transportar el mismo número de pasajeros a la misma distancia en tiempos comparables; de la misma manera, la eficiencia energética del transporte por ferrocarril es muy superior a la del transporte por carretera, en términos de unidad de energía requerida para transportar una unidad de carga, por ejemplo, la energía necesaria para transportar una tonelada de material, o un pasajero.

Con el fin de comparar adecuadamente entre sí las diferentes fuentes de energía, es necesario expresar en las mismas unidades su contenido energético, y una de las unidades más ampliamente utilizadas es la tonelada equivalente de petróleo, expresada de manera abreviada como tep (en inglés, toe). El contenido energético de una tonelada de petróleo equivale aproximadamente al de dos toneladas de carbón común, o al de 1 000 m3 de gas natural.

A escala mundial, según se representa en la Figura I.2, el petróleo representa aproximadamente un tercio del total de energía primaria consumida; el carbón y el gas natural, casi una cuarta parte cada uno, y el resto se distribuye entre la energía nuclear y las llamadas energías renovables, entre las que se encuentran la energía solar, la energía eólica, la energía eléctrica proveniente de centrales hidroeléctricas, y la energía de la biomasa, entre las que se hallan los biocombustibles.

Se utiliza la expresión “energías renovables” para denominar aquellas que se encuentran en la naturaleza en cantidades prácticamente inagotables, o bien que se pueden regenerar por medios naturales. La mayoría de las energías consideradas renovables dependen directa o indirectamente del Sol, y por lo tanto son fuertemente dependientes de factores climáticos. Conviene no olvidar un aspecto de la definición de energía renovable al que a menudo no se presta la suficiente atención, y es la necesidad de que para considerar como renovable una fuente de energía, ésta tiene que poder renovarse por medios naturales. Éste es un aspecto clave a la hora de valorar adecuadamente la conveniencia del empleo masivo de energías que no tienen un origen fósil, y que en principio se consideran renovables.

FIGURA I.2.Distribución del consumo de energía primaria a nivel mundial. (Fuente: Agencia Internacional de la Energía.)

Hemos hecho referencia antes al consumo masivo de madera en los inicios de la Revolución industrial, o al que tiene lugar en muchas regiones del mundo incluso hoy en día, cuya consecuencia más visible es una acelerada deforestación, ya que se consume la madera a mucho mayor velocidad de la que el bosque de la que se extrae puede regenerar. De esa manera, no se respeta el principio que hace que una energía sea renovable y, por lo tanto, en esas condiciones, la energía procedente de la biomasa no lo sería. A lo largo de este estudio veremos que esa circunstancia se produce con demasiada frecuencia; es más, constituye prácticamente la norma en lo que se refiere a los biocombustibles.

Sería necesario considerar con mayor atención la relación que mantiene nuestra civilización como consumidora de materia viva de la biósfera, con el medio de la que la obtenemos. Con frecuencia los ritmos de crecimiento de la materia viva imponen un límite físico a nuestra capacidad de asimilar esa materia; es decir, el propio sistema natural regula nuestro apetito por ella. Pensemos, por ejemplo, en la manera en que tradicionalmente se han tratado los rebaños de animales: ningún propietario de una cabaña de ganado en su sano juicio sacrifica a todos los animales para vender su carne, a pesar del beneficio económico inmediato que podría obtener, porque sabe que necesita al menos mantenerla, cuando no aumentarla, de manera que los animales sólo se utilizan, por así decirlo, consumiéndolos o vendiéndolos, en la medida en que nacen animales suficientes para, al menos, sustituir a los desaparecidos por un motivo u otro. Es más, el rebaño sólo crece si nacen y sobreviven más animales de los que desaparecen. En este ejemplo, el ganadero sabe perfectamente que un sacrificio excesivo de animales puede hacer desaparecer la cabaña entera. Pero ¿qué ocurre cuando se explota en exceso un bosque para obtener madera, o se deforesta para replantar otro tipo de especie vegetal utilizada como combustible, por ejemplo? La respuesta a escala local es sencilla: no ocurre nada o, mejor dicho, no ocurre aparentemente nada; podemos seguir respirando de la misma manera como lo hacíamos cuando existía el bosque, seguirá lloviendo como lo hacía, y si no es así, siempre lo podemos atribuir a factores climáticos a gran escala que escapan a nuestro control, aunque, obviamente, las poblaciones locales que utilizan esos recursos forestales sufrirán la escasez de los mismos debido a la sobrexplotación.

¿Cuál es la diferencia entre los dos casos: la conservación de materia viva, animal en el caso del rebaño, y la sobrexplotación forestal? La ausencia de una respuesta inmediata y claramente perceptible de la biósfera en el segundo caso. Esa falta de consecuencias inmediatas derivadas de los procesos de destrucción de ecosistemas naturales en el pasado ha causado el colapso de civilizaciones de ámbito incluso regional, y esos casos son interesantes como punto de referencia desde el cual podemos valorar en su justa medida las actuaciones que en el ámbito de la energía podríamos desarrollar en esta civilización que abarca ya el planeta entero.8 No percibimos en nuestro entorno líneas rojas que nos marquen los límites que no podemos traspasar, y esto puede traer consecuencias desastrosas a escala global.

RESERVAS Y CONSUMO DE ENERGÍA FÓSIL.PERSPECTIVAS DE AGOTAMIENTO DEL PETRÓLEO

No es aventurado señalar, como lo vienen haciendo distintas voces desde hace ya algunas décadas, que nos acercamos de manera acelerada a lo que sin duda se puede definir como crisis energética a escala planetaria, a cuyo origen contribuyen varios factores. En primer lugar, el agotamiento de los combustibles fósiles, entre los que se cuentan el petróleo, el carbón y el gas natural. Con un aumento continuo tanto de la población como del consumo por habitante de esos combustibles, nos hemos visto obligados a tomar conciencia de un hecho bien conocido pero que, sorprendentemente, nunca se ha considerado como un factor determinante en ninguno de los varios modelos de desarrollo económico que se han experimentado en el siglo XX —incluido el que domina en la actualidad—: el planeta alberga una cantidad limitada de arqueocarbono, es decir, de carbono fósil, que procede de los seres vivos que poblaron la Tierra hace millones de años.9

En el pasado, cuando sólo una muy pequeña parte de la población del planeta consumía energía fósil de manera poco intensiva, las reservas de esos combustibles parecían ciertamente ilimitadas. La continua demanda de esos combustibles se satisfacía perforando nuevos pozos en nuevos campos petrolíferos, o abriendo nuevas minas de carbón. El enorme incremento en el consumo de esas energías primarias al que hemos asistido en las últimas décadas, causado por un desarrollo económico desigual pero continuo a escala planetaria, nos sitúa en un escenario dominado por la creciente escasez de los combustibles fósiles y el consecuente e imparable incremento de precios. En el caso más conocido, el del petróleo, lo anterior se atribuye a menudo a factores coyunturales, a conflictos políticos o militares que ciertamente pueden hacer oscilar su precio dentro de un cierto margen en una escala temporal reducida, pero se oculta así la verdadera causa subyacente del aumento de precio a largo plazo, que no es otra que una producción que ya no es capaz de satisfacer la demanda siempre creciente. De esas tres fuentes de energía —el petróleo, el carbón y el gas natural—, es precisamente el primero el que se está agotando a mayor velocidad. Si el consumo de petróleo no hace más que aumentar incesantemente, el descubrimiento de nuevas reservas no hace sino seguir la tendencia opuesta.

El descubrimiento de nuevas reservas de petróleo convencional decayó a partir de la década de los setenta del siglo pasado, y desde comienzos de los años ochenta la velocidad de consumo de petróleo ya aumentaba a un ritmo más rápido que el del descubrimiento de nuevas reservas. En esta situación, hace tiempo que los expertos pronostican que alcanzaremos un cenit en la extracción de crudo convencional a escala mundial, lo que se denomina “pico del petróleo”, o peak-oil, en inglés. Este concepto fue acuñado por el geofísico estadunidense Marion King Hubert, que en 1956 pronosticó con acierto que la producción de petróleo convencional en los Estados Unidos llegaría a su máximo en la década de los setenta y disminuiría a partir de entonces. Es decir, si se representa en una gráfica como la Figura I.3 la producción y las reservas en función del tiempo, se alcanza un máximo o un “pico”.

A partir del momento en que se alcanzara ese máximo en la producción mundial asistiríamos a una irreversible y continua disminución de la misma. El concepto de la propia existencia del “pico del petróleo” a escala mundial no ha estado exento de debate, igual que las previsiones en cuanto a la fecha en que se podría alcanzar ese máximo de producción, que obviamente depende del escenario de crecimiento de la demanda y de las reservas que se descubran. Sin embargo, la realidad se ha ido imponiendo con el paso del tiempo. Cuando, en 2006, realizaba un estudio para publicarlo en el Instituto de España, en un libro sobre contaminación y salud, apuntaba que los expertos de la Agencia Internacional de la Energía vaticinaban que el cenit de la extracción de crudo podría situarse entre 2018 y 2027, aunque otros estudios adelantaban esa fecha a los primeros años de la próxima década, es decir, en la que ahora nos encontramos. Al carecer de la suficiente perspectiva temporal, no podía saber entonces que la cifra de producción de petróleo convencional de 2005 ya no aumentaría en los años siguientes; es decir, acabábamos de entrar de manera inexorable en ese periodo de máxima producción de petróleo convencional tan largo tiempo vaticinado. Según se representa en la Figura I.4, el techo de producción que ya hemos alcanzado se sitúa en 74 millones de barriles por día (mbpd; un barril de petróleo corresponde a 159 litros de este producto), unas 10 millones de toneladas de petróleo diarias, aproximadamente 3 700 x 106 toneladas anuales.

FIGURA I.3.Representación esquemática del “pico del petróleo” de Hubert. La curva de la izquierda representa el descubrimiento de reservas; la de la derecha, la producción. (Fuente: Peak Oil News and Message Boards.)

FIGURA I.4.Evolución mundial de la producción de petróleo convencional. (Fuente: Administración de Información Energética de los Estados Unidos.)

Sin embargo, el consumo de hidrocarburos líquidos es de 86 mbpd, es decir, superior a la producción de petróleo, y esa diferencia pone de manifiesto que ya estamos consumiendo una cantidad significativa de hidrocarburos líquidos que no proviene del petróleo convencional. Una parte de estos hidrocarburos se obtiene del gas natural, cuyo consumo es muy elevado y está en continuo crecimiento.10 Sumados estos hidrocar