Molinos vs pozos. El dilema de las renovables

Recientemente la energía eólica ha experimentado un desarrollo espectacular en algunos países, entre los que destaca España. Según datos de BP 2013, en 2012 la producción eólica en España supuso el  7,7% del consumo total de energía primaria. Sólo 15 años antes, la contribución de la eólica al consumo de energía primaria en España era de apenas un 0,1%, así que el esfuerzo de inversión en esta fuente de generación ha sido enorme en estos últimos años. El resultado de ese gran esfuerzo de inversión y el origen de esta notable producción energética es, evidentemente, un porrón de aerogeneradores que tenemos diseminados por toda nuestra geografía. Hoy por hoy es prácticamente imposible hacer 100 km por carretera o por ferrocarril sin ver algún que otro parque eólico. Y es que en 2012 había alrededor de 21.600 molinos eólicos operativos en España*.

Aerogeneradores por doquier (pero no es en España, la foto es de California). Fuente: Park Interiors

Sin embargo, la fuente de energía más importante para la economía española sigue siendo el petróleo. En 2012, con un consumo de 61,8 millones de toneladas, el petróleo aportó el 44,1% de nuestras necesidades de energía primaria, es decir casi 6 veces más que la eólica. Esta aportación proviene, en última instancia, de pozos de petróleo, naturalmente. Pero estos, a diferencia de los parques eólicos, no están diseminados por nuestra geografía sino por la de otros países. Consideremos, por ejemplo, Arabia Saudí, líder mundial de la producción de petróleo, con 547 millones de toneladas en 2012 (según BP 2013). Basta un 12% de la producción saudí para cubrir las necesidades de petróleo de España.Y un 2% de la producción de petróleo saudí equivale, en términos de energía primaria, a toda la producción eólica española (11,1 Mtep).

A partir de aquí es difícil resistirse a hacer un número sencillo. Según OPEC 2013, Arabia Saudí tenía 3.407 pozos de petróleo activos en 2012. Entonces el 2% de estos pozos, 69, podrían producir la misma energía primaria que los 21.600 aerogeneradores del sistema eólico español. Es decir: un pozo de petróleo saudí promedio sustituye aproximadamente a ¡312 aerogeneradores!. Aquí los defensores de la energía eólica podrán alegar que los molinos vierten electricidad directamente a la red mientras que los pozos de petróleo proporcionan, claro está, petróleo, que hay que transportar hasta las refinerías y allí procesarlo para obtener productos energéticos útiles que, además, si queremos utilizarlos para producir electricidad, no nos darán rendimientos mucho mayores que un 30%. Los defensores del petróleo, en cambio, podrán alegar que los aerogeneradores sólo proporcionan energía cuando sopla el viento, mientras que los pozos de petróleo pueden funcionar 24/7/365, que el petróleo o sus productos se pueden almacenar y que, además, los productos del petróleo permiten usos energéticos que aún no estamos preparados para realizar con electricidad. Poniendo unas y otras alegaciones en la balanza creo que la comparación es razonablemente equilibrada y que relación 1 pozo/312 molinos no es descabellada. Así que me da la impresión de que si España tuviera unos cuantos pozos de petróleo como los saudíes tendríamos que recorrer muchos más kilómetros de carretera para ver un parque eólico.

Pero un momento, si los saudíes resuelven con apenas 70 pozos de petróleo lo que a nosotros nos cuesta más de 20.000 aerogeneradores, ¿por qué no nos limitamos a comprarles petróleo a los saudíes o a quienquiera que esté dispuesto a venderlo? Bueno, en realidad nunca hemos dejado de comprar petróleo, pero el petróleo saudí, y el de los demás países exportadores, no da ni de lejos para cubrir las necesidades energéticas de la economía mundial. ¿Y no se podría incrementar la producción de petróleo?. Claro que sí. Por ejemplo, en Estados Unidos se ha pasado de producir 302,3 millones de toneladas en 2008 a 394,9 en 2012, y eso después de 37 años de declive continuado (datos BP 2013). Este nuevo boom petrolero en Estados Unidos se debe al despliegue de una tecnología que permite extraer el petróleo de formaciones compactas o tight oil: el tan cacareado fracking o fractura hidráulica. Un despliegue incentivado, claro está, por la tremenda subida del precio del petróleo a partir de 2004.

Acerquémonos un poco al fracking y al petróleo de formaciones compactas. El mejor yacimiento de Estados Unidos es el de Bakken, en Dakota del Norte. Según datos que tomo de Hughes 2013, en mayo de 2012 había 4.568 pozos activos en Bakken y entre todos producían a un ritmo de 568 miles de barriles diarios (kb/d). Esto da una tasa de producción media de 124 barriles diarios por pozo. Es interesante comparar los pozos de Bakken con los saudíes. Según BP 2013, que se toma la molestia de facilitar los datos de producción en millones de toneladas y en miles de barriles diarios, la producción de petróleo de Arabia Saudí en 2012 fue de 11.530 kb/d. Si la repartimos entre los 3.407 pozos activos en ese año, nos sale una tasa de producción de 3.384 barriles diarios por pozo, es decir, 27,2 veces superior a la del pozo promedio en Bakken. Pero esto no es todo: los pozos de petróleo saudíes tienen una vida útil de algunas décadas (y en esto son comparables a los aerogeneradores). En cambio, los pozos de petróleo de Bakken tienen una vida útil de algunos años: la tasa de agotamiento acumulada en los primeros 5 años es del 94% (Hughes 2013, ver gráfico 1). No me parece exagerado atribuir a los pozos de petróleo saudíes (y a los aerogeneradores) una vida útil 5 veces más larga que la de los pozos de petróleo de Bakken.

Gráfico 1. Curva de agotamiento de los pozos de petróleo de formaciones compactas de Bakken. Fuente: Hughes 2013.

Estamos en condiciones de hacer algunos números más. En promedio, 27,2 pozos de petróleo de Bakken producen como un pozo de petróleo saudí, que tiene una vida útil más o menos 5 veces más larga. Para sustituir un pozo de petróleo saudí harán falta, entonces, 27,2·5=136 pozos de petróleo en Bakken, distribuidos a lo largo de la vida útil de aquel. Está claro que los yacimientos saudíes son de primera división y Bakken es un yacimiento segunda división (pero es el campeón de segunda: está considerado el mejor yacimiento de petróleo de formaciones compactas). Como en el caso de la eólica en España, uno se pregunta: si los saudíes resuelven con un pozo lo que en Bakken cuesta 136, ¿por qué Estados Unidos no se limita a comprar petróleo a los saudíes o a quienquiera que tenga yacimientos de primera y esté dispuesto a venderlo? La respuesta va por los mismos derroteros: los yacimientos de primera división ya no son suficientes para abastecer la demanda global de petróleo. Y a quien no quiera creérselo le pido que eche un vistazo a la evolución del precio del petróleo en la última década. Así que, en efecto, se puede incrementar la producción de petróleo, pero tiene que ser a base de explotar yacimientos de segunda (de hecho los de primera están en declive: ni siquiera es posible sostener su producción conjunta).

A estas alturas supongo que toca disculparme por esta sopa de números y tratar de concluir. La cosa quedaría así:

1 pozo de petróleo "first class" = 136 pozos "fracking" = 312 aerogeneradores

Admito que la comparación es muy simplista, pero creo que es ilustrativa. En el fondo es una forma de expresar la misma idea del artículo anterior: las nuevas fuentes de energía tienen un EROI mucho más bajo que las convencionales. Aquí mi intención es poner en evidencia dos posturas extremas que a veces enturbian el debate sobre las energías renovables. Expuestas con un poco de sorna vendrían a ser estas:

• Postura "Pro". Las energías renovables, limpias y sobreabundantes, no tienen más que ventajas y pueden sustituir sin problemas a las energías convencionales sin necesidad de renunciar a nada de nuestro estilo de vida y de nuestra prosperidad material. Eso, además, nos evitaría todos los problemas medioambientales derivados del uso de combustibles fósiles, en particular el cambio climático. Si no se han desarrollado antes ha sido porque lo han impedido grupos de interés muy poderosos: la industria petrolera, la del automóvil, las eléctricas y, en general, todos los grandes lobbies capitalistas, movidos por su codicia despiadada si no por intereses aún más oscuros.
• Postura "Con". Las energías renovables, caras e imposibles de gestionar, no tienen más que inconvenientes y no hay razón para preferirlas a las fuentes de energía convencionales, que son las que durante décadas han venido sosteniendo nuestro estilo de vida y nuestra prosperidad material y no tienen porqué dejar de hacerlo en el futuro. El despliegue de las energías renovables hay que atribuirlo únicamente a la voluntad política de gobiernos "ecosocialistas" empeñados en distorsionar los mercados, recaudar más impuestos y, en general, atentar contra nuestra libertad individual. Y encima, para justificarse y de paso meternos miedo, se han inventado la patraña esa del cambio climático.

Tal como yo lo veo, las dos posturas tienen, por desgracia, una cosa en común: exceso de optimismo. Los yacimientos de combustibles fósiles "de primera" ya no son suficientes para cubrir la enorme demanda actual y, además, están en declive. Nuestra dependencia del petróleo y del gas natural nos fuerza a exprimir yacimientos de segunda que hasta ahora habíamos despreciado y, en consecuencia, pagar el petróleo a precios elevadísimos que han desestabilizado la economía mundial desde 2008. El cambio climático es un problema tremendamente serio. La causa fundamental del escaso desarrollo de las renovables ha sido su clara desventaja comparativa en relación a los combustibles fósiles "de primera". En el panorama actual, las energías renovables más que alternativas son la única opción disponible, la que no nos queda más remedio que aceptar con todos sus inconvenientes. Y no parece nada claro que con energías renovables podamos lograr la misma bonanza energética que hemos disfrutado durante las décadas de petróleo barato y abundante.

Por cierto, el calificativo "sobreabundante" le va bien a la energía solar pero a la eólica le queda grande y para las demás renovables es rotundamente inadecuado.

Notas:

(*) La base de datos de The Wind Power cataloga 984 parques eólicos en España e indica el número de turbinas de cada uno de ellos, que en total suma 20.158. Según los datos que la Asociación Empresarial Eólica (AEE) publica en su web, en 2012 había 1.055 parques eólicos en España. Estimo el número total de turbinas como 20.158·1.055/984 redondeado a la centena: 21.600.

Fuentes:

La foto de los aerogeneradores está tomada del blog Park Interiors de Lauren Andrus: www.parkinteriorsblog.com/2011/04/friday-inspiration_20.html. 

Datos de la AEE aquí (consultado el 14/02/2014)

BP 2013: BP Satatisitical Review of World Energy 2013

Hughes, D., 2013: Drill Baby Drill. Can Unconventional Oil Usher in a New Era of Energy Abundance? Publicado por Post Carbon Institute. Disponible aquí. Los datos utilizados están en las páginas 81 y 82.

OPEC 2013: OPEC Annual Statistical Bulletin 2013. El dato de número de pozos se ha tomado de la tabla 3.5, Producing wells in OPEC members (p. 27)

Datos de The Wind Power aquí (consultado el 14/02/2014)

Maldito EROI

El EROI es un concepto familiar para los que estudian la relación entre energía y economía. Una relación que en mi opinión se resume muy bien así: sin energía no hay economía. Tanto es así que incluso la actividad económica consistente en captar energía y ponerla a disposición del sistema económico consume energía. Y aquí es donde entra el EROI, cuyas siglas vienen del inglés Energy Return on Investment (a veces nombrado, más específicamente, ERoEI: Energy Return on Energy Investment). El EROI de un sistema de producción de energía es el cociente entre la cantidad de energía que produce y la cantidad de energía que consume. Se puede referir a cualquier sistema de producción de energía, desde una explotación individual hasta el total del sector de la energía de la economía global. Un EROI de 20:1 o simplemente 20, indica que el sistema a que se refiere consume una unidad de energía por cada 20 que proporciona. Evidentemente, el EROI de un sistema de producción de energía que merezca tal nombre tiene que ser mayor que la unidad.

A pesar de la sencillez de su definición, el EROI es una magnitud muy complicada no ya de determinar sino también de consensuar, ya que no existen criterios metodológicos universalmente aceptados. Con todo, en la literatura pueden encontrarse referencias razonables. Y hay una cuestión que parece fuera de toda duda: el EROI del sistema energético global está disminuyendo a buen ritmo y, a todas luces, esta tendencia va a continuar en el futuro. Esto es así porque las fuentes de energía de EROI alto, que son las más rentables energética y económicamente, son las que hemos utilizado primero y actualmente están en declive. Las fuentes de energía disponibles para sustituirlas tienen EROI mucho más bajo. Sirva como ejemplo el siguiente gráfico, referido a la economía de Estados Unidos, que tomo de un estudio de Charles A.S. Hall, Stephen Balogh y David J.R. Murphy publicado en 2009 en la revista Energies con el sugerente título What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? (los autores concluyen de forma encomiable reconociendo que su estudio no les ha permitido dar una respuesta definitiva a la pregunta que lo titula).

Gráfico 1. Relación entre cantidad de energía utilizada y EROI para las distintas fuentes de energía que utiliza la economía de Estados Unidos. El tamaño y forma de los globos quiere indicar la incertidumbre asociada a la evaluación de ambas magnitudes. Los globos rojos corresponden a la actualidad (el artículo es de 2009) y los de otros colores corresponden a momentos pasados. Fuente: Hall et al. 2009.

En el gráfico vemos, por ejemplo, cómo la producción de petróleo estadounidense ha pasado de un EROI en el entorno de 100:1 a principios del siglo XX a un valor en el entorno de 10 en 2009. Esto se debe sencillamente a que el petróleo fácil es el primero que se extrae. A principios del siglo XX en Estados Unidos el petróleo manaba de pozos someros por su propia presión (yo aquí me acuerdo de la escena de la película Gigante en la que Jett Rink -James Dean- encuentra petróleo). Hoy en día se extrae petróleo de las profundidades del Golfo de México o de entre los poros de rocas pizarrosas mediante costosas tecnologías. Vemos también que las energías llamadas a sustituir a los cada vez menos abundantes y menos baratos combustibles fósiles (eólica, solar) se caracterizan por unos EROI considerablemente bajos.

También me parece una buena referencia sobre EROI el estudio publicado recientemente por Weissbach, Ruprecht, Huke, Czerski, Gottlieb y Hussein en la revista Energy con el título Energy intensities, EROIs and energy payback times of electricity generating power plants. El estudio se centra en los sistemas de producción de electricidad y, también de forma encomiable, pasa revista a las las muchas dificultades metodológicas que existen y hace explícitos los criterios adoptados para el cálculo. Es interesante que para las fuentes de energía intermitentes (solar y eólica principalmente) diferencia entre un EROI directo y otro que tiene en cuenta los sistemas de almacenamiento necesarios para alcanzar el mismo nivel de disponibilidad que las energías regulables. El gráfico siguiente muestra los valores de EROI que proponen.

Gráfico 2. EROI para distintos sistemas de generación eléctrica. Las barras azules ("unbuffered") se refieren al valor directo y las amarillas ("buffered") consideran el coste energético de los sistemas de almacenamiento necesarios para poder aprovechar toda la energía producida en el momento en que se requiere. Los sistemas de generación eléctrica analizados son, de izquierda a derecha: fotovoltaica (instalación sobre tejados en Alemania), biogás (a partir de maíz), eólica (terrestre en ubicación favorable), solar térmica (en zona desértica, conexión con red de consumo no incluida), turbina de gas de ciclo combinado, carbón (no incluye el transporte), hidroeléctrica de tamaño medio y nuclear. Fuente: Weissbach et al. 2013.

Es interesante cotejar las diferencias: Weissbach et al. atribuyen un EROI de 75:1 a la nuclear, que en el gráfico de Hall et al. está por la zona de los 10:1. Hall et al. se refiere a Estados Unidos y Weissbach et. al. estudian casos concretos que consideran representativos en general, pero aún así la diferencia me parece excesiva. Definitivamente, la energía nuclear parece destinada a la polémica.

Pero en lo que coinciden ambos estudios, y creo que cualquier otro que sea razonable, es en que las energías "alternativas" tienen valores de EROI bajos. Las energías "alternativas" son las llamadas a sustituir a los combustibles fósiles convencionales, no ya porque nos demos cuenta de una vez de que necesitamos reducir la severidad del cambio climático que se nos avecina sino simplemente porque la disponibilidad de combustibles fósiles convencionales está cada vez más lejos de cubrir las necesidades energéticas de la economía actual. También podríamos obviar por completo el cambio climático y echarnos en los brazos de los combustibles fósiles no convencionales (gas de esquisto, petróleo de formaciones compactas, arenas bituminosas, etc.), pero entonces estaríamos en las  mismas: el EROI de todas estas fuentes de energía oscila entre 2:1 y 10:1, es decir, muy por debajo del EROI del sistema energético actual, que debe de estar en algún punto entre 25:1 y 50:1.

Parece, pues, que estamos abocados a tener que arreglárnoslas con fuentes de energía de EROI bajo. ¿Cuál es el problema? Uno podría pensar que cualquier EROI razonablemente por encima de 1:1 es suficiente para obtener energía neta y, por tanto, para mantener todo el tinglado funcionando. Sin embargo, muchos estudiosos ven en esto un problema serio y yo creo que tienen un punto de razón. Tratemos de verlo mediante el siguiente ejercicio mental: supongamos que la economía actual funciona con un EROI de 40:1 e imaginemos que tenemos que hacerla funcionar con un EROI de 4:1, un valor bastante verosímil para una economía basada en energías renovables.

Asignemos un valor arbitrario de 1000 al consumo total de energía de la economía actual. Con un EROI de 40:1 quiere decir que 1000/40=25 unidades se utilizan para producir energía y ponerla a disposición de la economía. Las 975 unidades restantes se emplean en todo lo demás: fabricar bienes de consumo y distribuirlos, producir alimentos y distribuirlos, viajar, climatizar e iluminar viviendas y edificios, mantener funcionando internet, alumbrar las calles, hacer funcionar las instalaciones de hospitales, escuelas, comercios, almacenes, construir y mantener infraestructuras, instalaciones industriales, etc., etc., etc. Es decir: disponemos de 975 unidades de energía para "lo que de verdad importa". En la nueva situación, aunque el EROI sea un exiguo 4:1, no queremos renunciar a nada de lo anterior. Así que, en principio, necesitaríamos las mismas 975 unidades de energía para lo que de verdad importa. Pero con un EROI de 4:1, de cada 4 unidades de energía sólo 3 son para lo que de verdad importa: la otra hace falta para conseguir energía. Así que nos hacen falta 975/3=325 sólo para mantener funcionando el sistema energético. En total, necesitaremos 975+325=1300 unidades de energía, un 30% más que en la situación original. Bueno, con esto ya contábamos: nuestro sistema energético ahora come más.

Pero dar de comer al sistema energético no sale gratis. Una economía que mueve 1300 unidades de energía es una economía más grande que una economía que mueve sólo 1000. Más o menos un 30% más grande. Piénsese que necesitaremos fabricar, instalar y mantener un porrón de, por ejemplo, aerogeneradores. Es decir: necesitaremos una cantidad de capital físico mucho mayor (ese porrón de aerogeneradores que antes no necesitábamos, las fábricas para construirlos, la maquinaria para transportarlos e instalarlos, etc.) y, además, tomarnos la molestia de mantenerlo. Pero todas estas molestias no redundarán en una mayor producción de bienes y servicios de consumo: todo esto lo hacemos sólo para mantener las 975 unidades de energía que necesitamos para nuestro uso y disfrute.

Aquí uno podría pensar: bueno, siempre podemos utilizar la energía de forma más eficiente. En efecto, si incrementamos la eficiencia energética en, por ejemplo, un 30%, necesitaremos 975/1.3=750 unidades de energía para lo que de verdad importa. Con un EROI de 4:1 necesitaremos 250 más para conseguirlas, lo que en total suma las mismas 1000 unidades de energía del principio. Esto está muy bien, pero aumentar la eficiencia energética requiere, de nuevo, la aplicación de capital físico (sustituir equipos por otros más eficientes, aislamiento térmico, etc.) y si lo que necesitamos es un aumento de eficiencia energética del 30%, me temo que esta aplicación de capital ha de ser enorme. Y aun así, seguiremos necesitando un porrón de aerogeneradores: no en vano estamos destinando 250 unidades de energía a fabricarlos, instalarlos y mantenerlos. Y esto es lo que me parece más relevante: sea cual sea el nivel de eficiencia energética que alcancemos, el sector de la energía absorberá una parte mucho mayor de los recursos productivos disponibles (capital y trabajo si nos ceñimos a la visión clásica, y también recursos naturales si ampliamos un poco el horizonte). En una primera aproximación podemos estimar que en el sector de la energía necesitará el 25% de la capacidad productiva de la economía (va a mover el 25% de la energía disponible) cuando antes necesitaba sólo el 2,5%. Estos recursos tendrán que detraerse del otro sector de la economía, es decir, el sector de lo que de verdad importa.

Y aquí uno podría pensar: bueno, siempre podemos ser más eficientes en los procesos productivos. Por ejemplo, si aumentamos la productividad del trabajo en, digamos, un 30%, podremos producir las mismas unidades de lo que de verdad importa con un 30% menos de horas de trabajo. De este modo liberaríamos la mano de obra necesaria para fabricar, instalar y mantener ese porrón de aerogeneradores. Y es verdad, pero los aumentos de productividad sustanciosos (y un 30% es muy sustancioso) suelen lograrse a base de sustituir trabajo humano por maquinaria y sistemas de información, es decir, aplicando capital y utilizando más energía. Y capital y energía son precisamente las dos cosas que nos vienen faltando desde el momento en que estamos considerando un escenario de disminución del EROI.

En definitiva: las cuentas no cuadran. Con menos EROI tenemos que destinar más energía, más capital y más trabajo a conseguir energía, así que será complicado que no nos veamos forzados a dedicar menos de las tres cosas a lo que de verdad importa. Todo apunta a que sería muy difícil de evitar una buena dosis de empobrecimiento material. Y de mantenerse en la senda del crecimiento ni hablamos... 

Fuentes:

El artículo de Hall et al. se puede encontrar aquí.

El artículo de Weissbach et al. se puede adquirir aquí. Una versión "pre-print" de acceso libre se puede encontrar aquí.