Cerrando las brechas: sentando las bases para una transición ordenada del sistema energético

Las transiciones de energía y movilidad están en marcha. En respuesta a los peligros y las perturbaciones planteadas por el cambio climático, el mundo ha realizado significativos avances en la creación de consensos en torno a soluciones a largo plazo y en la expansión de tecnologías innovadoras para descarbonizar nuestros sistemas energéticos, industriales y de transporte. Varios gobiernos e instituciones se han comprometido con los objetivos del Acuerdo de París de 2015, que busca mantener el aumento de la temperatura global muy por debajo de los 2 °C por encima de los niveles preindustriales, y han asumido la ambiciosa meta de lograr cero emisiones netas. Esto refleja un claro y compartido sentido de urgencia.

Los gobiernos, las empresas de servicios públicos y las compañías han trazado planes para migrar hacia sistemas de energía 100 % libres de emisiones. Sin embargo, establecer objetivos es solo el primer paso, y en cierto sentido, la parte más sencilla. Existe una brecha significativa entre el nivel actual de emisiones y la trayectoria necesaria para alcanzar los objetivos fijados para el año 2050. Abordar esta brecha requerirá un inmenso esfuerzo para asegurar una transición ordenada hacia un nuevo paradigma energético que sea justo, sostenible y que fomente el crecimiento económico.

El camino para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) radica principalmente en la descarbonización del sistema energético mundial. En la actualidad, el consumo global de energía es asombroso, alcanzando los 624 exajulios al año, equivalente a cuatro veces el consumo anual de energía de China. Esta demanda abarca una amplia gama de usos, incluyendo electricidad, calor, transporte y actividades como la fabricación de plásticos y fertilizantes a partir de hidrocarburos. A medida que el desarrollo económico se acelera rápidamente en Asia y África, cada año millones de personas se conectan al sistema de energía por primera vez, adquiriendo sus primeros vehículos, obteniendo acceso a la iluminación y realizando sus primeros vuelos en avión. Se proyecta que la demanda mundial de energía aumente en un 1 % anual, equivalente a la demanda energética anual de Italia. Para 2050, esta demanda podría ser hasta un 20 % más alta que en 2021.

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El consumo de energía representa aproximadamente el 73 % de las emisiones totales de gases de efecto invernadero. Nuestros sistemas de energía están compuestos por moléculas y electrones. En la actualidad, alrededor del 80 % de la demanda de energía primaria se satisface con moléculas, siendo la mayoría suministrada por hidrocarburos como el petróleo, gas y carbón. El 20 % restante proviene de electrones, es decir, del sector eléctrico. Actualmente, un 38 % de la electricidad se genera mediante tecnologías que no emiten CO2, como la energía nuclear, hidroeléctrica, solar y eólica.

Construir un sistema de energía confiable, asequible y más limpio, capaz de permitir y responder al crecimiento económico, es un desafío. Gran parte de la investigación y retórica se enfoca en el estado final, es decir, dónde estaremos en 30 años. Sin embargo, se ha prestado menos atención a comprender el tamaño de las brechas que deben cerrarse para alcanzar ese objetivo. En general, existen brechas significativas entre la situación actual, el progreso que se logrará si se cumplen todos los compromisos existentes, los objetivos establecidos por la política actual y el objetivo final de lograr el cero neto para 2050.

Las brechas más notables y verdaderamente globales, evidentes en las próximas décadas, se encuentran en la generación de energía, las redes de transporte y distribución, el almacenamiento, la conversión, los minerales críticos y la financiación. Estos desafíos están estrechamente entrelazados. Para avanzar, los líderes deben identificar y cuantificar estas brechas, comprender las palancas que pueden activarse para acelerar la construcción de puentes y diseñar una estrategia para superar estos obstáculos. Además, deben convocar la voluntad colectiva y reunir los recursos necesarios para hacer realidad todas las proyecciones planteadas.

La brecha generacional

En los últimos años, impulsada por esquemas de subsidios, créditos fiscales y un costo nivelado de energía decreciente, la instalación de capacidad de generación de electricidad renovable (especialmente solar y eólica) ha experimentado un crecimiento exponencial. Tanto en tierra firme como en el agua, este desarrollo ha superado habitualmente las previsiones del mercado.

A nivel mundial, se han agregado 1282 gigavatios (GW) de capacidad de energía renovable al sistema energético entre 2016 y 2021, y la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en Inglés) proyecta que se instalarán 2400 GW adicionales de capacidad renovable entre 2022 y 2027. Sin embargo, para alcanzar el objetivo de cero emisiones netas para 2050, será necesario un crecimiento adicional hasta alcanzar más de 27,000 GW, lo que representaría un aumento de ocho veces respecto a los niveles de 2021. Es imprescindible desarrollar energías renovables a un ritmo aún más acelerado, no solo para descarbonizar los niveles actuales de consumo de electricidad, sino también para asegurar que haya suficientes electrones libres de carbono para reemplazar las moléculas de hidrocarburos en áreas de consumo de energía primaria, como el transporte y la calefacción doméstica.

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Las adiciones planificadas a la generación de electricidad deben acelerarse

Capacidad de generación renovable mundial (en gigavatios, GW)

_{Fuente: IAE}

La brecha de la red

La generación es solo el primer tramo del puente hacia la descarbonización. Toda la electricidad generada por turbinas eólicas que flotan en alta mar o paneles solares instalados en extensiones desérticas debe llegar al usuario final. Para que la oferta se conecte eficientemente a la demanda, el mundo necesita un compromiso simultáneo de capital en infraestructura de transmisión y distribución. Ampliar y fortalecer la red es un esfuerzo costoso y lento. Durante la última década, el mundo ha invertido en promedio 300 mil millones de dólares estadounidenses por año. Según la AIE, las inversiones anuales deberán aumentar al rango de 560,000 millones de dólares a 780,000 millones de dólares en la década de 2030 (ver gráfico a continuación).

El dinero por sí solo no resuelve el problema, ya que los desafíos para la expansión de la red también incluyen largos períodos para obtener permisos, complejidades técnicas y escasez de mano de obra calificada y materiales, lo que puede aumentar los costos. Los gobiernos tienen un papel importante que desempeñar a la hora de establecer políticas y regímenes de concesión de licencias, reducir el tiempo necesario para aprobar y desarrollar proyectos y proporcionar incentivos para la inversión. Además, con una producción de energía más descentralizada y distribuida, y el potencial de que la electricidad viaje mayores distancias, la operación eficaz del sistema se convertirá en una capacidad cada vez más importante.

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La tasa de inversión en los sistemas de transmisión y distribución de electricidad del mundo debe triplicarse

Inversión en redes de transmisión y distribución (miles de millones de dólares al año - términos reales, 2021)

_{Fuente: IAE y BNEF}

La brecha de almacenamiento

La electricidad renovable suele ser intermitente (el sol no siempre brilla y el viento no siempre sopla), mientras que la demanda de electricidad es relativamente constante y predecible. Por lo tanto, para lograr una transición ordenada hacia una red descarbonizada, será necesario contar con una cantidad significativa de capacidad de almacenamiento de electricidad, ya sea en forma de baterías o mediante esquemas de energía hidroeléctrica de bombeo. El almacenamiento de electricidad no solo proporciona flexibilidad, sino que también puede ofrecer servicios auxiliares a la red y ayudar a reducir la necesidad de costosos proyectos de transmisión y distribución.

Se han realizado importantes inversiones en almacenamiento de baterías a escala de red. En 2022, a nivel mundial, se agregaron 16 GW de capacidad de almacenamiento de batería a escala de red. Según la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas ne imglés), para cumplir con los objetivos de cero emisiones netas, lo que requeriría un aumento de 143 veces para 2050, las adiciones anuales deben incrementarse significativamente a un promedio de más de 80 GW por año durante el período de 2022 a 2030.

Se requerirá un aumento de 143 veces en el almacenamiento de electricidad

Capacidad de almacenamiento de batería global (en gigavatios, GW)

_{Fuente: IAE} 

La brecha de conversión

Todos los combustibles fósiles están compuestos por hidrocarburos, es decir, hidrógeno y carbono. Estas moléculas tradicionales tienen múltiples usos, incluyendo almacenamiento, generación de electricidad, calefacción, propulsión de vehículos y como materia prima para productos básicos económicos como fertilizantes y plásticos. Durante las próximas décadas, necesitaremos grandes cantidades de estos hidrocarburos, ya que no es factible electrificar completamente el consumo de energía primaria en todo el mundo. Por ejemplo, los aviones dependen en gran medida de combustibles de aviación y no tienen una alternativa eléctrica viable. De hecho, la Agencia Internacional de Energía (IAE por sus siglas en inglés) proyecta que en su Escenario de Políticas Declaradas, los hidrocarburos tradicionales aún representarán el 60 % de la demanda de energía en 2050.

Casi el 20 % de las emisiones de CO2 provienen de cuatro productos considerados "difíciles de reducir" debido a los desafíos particulares que plantean para la electrificación: acero, cemento, amoníaco y plástico. En estos sectores, encontrar alternativas a los hidrocarburos es complicado debido al costo, así como a la escala y los volúmenes requeridos para las sustituciones. Aunque parezca paradójico, las compañías de la industria de los hidrocarburos cuentan con el capital, conocimientos, destreza en ingeniería y escala necesarios para ser facilitadores cruciales en la transición energética. Por lo tanto, su participación es esencial para lograr una transición ordenada hacia un sistema energético sostenible.

La tecnología, la innovación y el aumento en la producción de electricidad renovable ofrecen el potencial para crear moléculas descarbonizadas. Existen varias vías posibles para lograrlo. Por ejemplo, los electrolizadores alimentados por energía renovable pueden crear moléculas de hidrógeno verde, que a su vez pueden utilizarse para producir fertilizantes verdes o amoníaco verde. Además, podemos encontrar formas más productivas de utilizar el CO2 capturado en la fabricación de materiales de construcción.

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En la actualidad, la conversión de electrones en moléculas a través de la electrólisis es costosa y no se ha alcanzado una escala significativa. A fines de 2022, la capacidad total instalada de electrolizadores de hidrógeno de bajas emisiones era de solo 1 GW. Sin embargo, la inversión en este campo está aumentando considerablemente. Según la AIE, si se completan todos los proyectos en proceso, se podría alcanzar una capacidad instalada de electrolizadores de 134 GW a 240 GW para 2030. Esto muestra la magnitud exponencial de la inversión requerida. Para lograr el objetivo de cero emisiones netas para 2050, la producción anual de hidrógeno de bajas emisiones a través de la electrólisis del agua deberá aumentar desde sus niveles actuales muy bajos hasta 452 megatoneladas (consultar gráfico a continuación). Además, otras tecnologías producirán cantidades más pequeñas de hidrógeno de bajas emisiones.

La prometedora tecnología de hidrógeno verde apenas comienza a expandirse

Producción anual de hidrógeno de bajas emisiones (en megatoneladas de hidrógeno equivalente)

_{Fuente: IAE} 

La brecha crítica de minerales

La transición global hacia el cero neto exige un despliegue masivo de infraestructura de energía renovable, que incluye paneles solares, turbinas eólicas, baterías y compresores, entre otros componentes. No obstante, esta demanda sin precedentes de hardware ha ejercido una importante presión sobre la cadena de suministro subyacente, desde la minería y el refinado hasta la fabricación de productos finales y semiacabados. (Para obtener más información, consultar Mine 2023: La era de la reinvención).

Aunque se prevé que la capacidad de fabricación actual y planificada satisfaga la demanda mundial, el suministro de ciertos minerales en bruto aún es insuficiente y, por lo tanto, se considera crítico. Estos minerales críticos, como el litio, el cobalto, el níquel, el grafito, el aluminio, el cobre, los metales del grupo del platino y los elementos de tierras raras, son fundamentales para la producción de vehículos eléctricos y la capacidad de almacenamiento de las baterías. Como resultado, es probable que la escasez de estos minerales tenga un impacto significativo en la velocidad y la escala de la transición energética. Según las proyecciones de la Agencia Internacional de Energía (IAE por sis siglas en inglés), para mantenerse en el camino hacia el cero neto para 2050, la economía mundial necesitará cuatro veces más insumos de minerales críticos en 2030 que los producidos en 2021.

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Se necesitan grandes suministros nuevos de minerales críticos con prioridad

Requerimientos minerales anuales para tecnologías de energía limpia (en megatones)

_{Fuente: IAE, World Energy Outlook 2022; BNEF}

La brecha de financiación

En 2022, se alcanzó un hito importante en la transición energética. Según BloombergNEF (BNEF), la inversión en energías limpias llegó a la paridad con la inversión en hidrocarburos, ambas sumando un total de 1,1 billones de dólares estadounidenses. Este logro es destacable considerando el aumento del gasto en capacidad de petróleo y gas debido a las preocupaciones sobre la seguridad energética en diversas regiones. No obstante, para alcanzar los ambiciosos objetivos de transición energética a nivel mundial, se necesitan inversiones considerablemente mayores, con estimaciones de la Agencia Internacional de Energía (IAE por sus siglas en inglés) y el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) que oscilan entre 4 y 6 billones de dólares estadounidenses al año.

Según BNEF, para cumplir con estos objetivos, la brecha entre las inversiones realizadas y las necesarias alcanzó 1 billón de dólares estadounidenses en 2022 y se prevé que aumente a 4 billones de dólares estadounidenses en 2025. Entre 2030 y 2050, la inversión anual requerida fluctuará entre 7,2 y 8,9 billones de dólares estadounidenses. En contraste, se estima que el PIB mundial alcanzará los 106 billones de dólares estadounidenses en 2023. La magnitud de este desafío resalta el papel crucial que desempeña la industria financiera en el respaldo a la transición hacia un futuro energético sostenible y la necesidad de políticas que fomenten la inversión.

Los requisitos de inversión anual aumentarán drásticamente desde los niveles actuales

Capital necesario para invertir anualmente en transición energética (US$ tn)

Juntas, estas brechas se combinan para generar una gran volatilidad en los sistemas que buscan estabilidad. Estas brechas no pueden ser superadas al mismo tiempo y en horarios precisos; algunas avanzarán más rápido mientras que otras progresarán más lentamente, incluso pueden surgir brechas completamente nuevas. Todo esto ejerce presión sobre los sistemas existentes, muchos de los cuales ya están sometidos a tensiones. Incluso pequeños cambios en los márgenes tienen el potencial de crear volatilidad en los suministros y los precios.

Cualquier transición compleja conlleva la posibilidad de turbulencias, pero la cantidad de grandes brechas que hemos identificado y las importantes distancias metafóricas que deben ser salvadas plantean un serio desafío para una transición justa y ordenada. La existencia de la tecnología y la voluntad de cambio no garantizan que las cosas vayan bien. Por eso es importante pensar de manera deliberada y cuidadosa sobre cómo abordamos y gestionamos este cambio.

Aunque no todas las soluciones son evidentes, contamos con herramientas, materiales y planes sustanciales a nuestra disposición para comenzar a construir el puente. A continuación, enumeramos los más importantes.

Reduciendo nuestra sed de energía

La tarea urgente es desvincular el crecimiento económico y la actividad productiva de la producción de energía. La mejor manera de lograrlo es duplicar la eficiencia: producir la misma cantidad, o incluso más, de bienes y servicios utilizando menos energía. Esto es especialmente crucial para el mundo desarrollado, que representa una parte desproporcionada del consumo mundial de energía. Aunque América del Norte y Europa comprenden solo el 15 % de la población mundial, estas regiones contribuyen con el 31 % del consumo mundial de energía. Por otro lado, los países en desarrollo deben tener la libertad de aumentar sus niveles de consumo de energía para garantizar el bienestar y mejorar los niveles de vida.

Para reducir el consumo de energía, existen dos palancas principales: las técnicas y las conductuales. Las palancas técnicas involucran una mejora integral de las medidas de eficiencia energética, como la optimización de procesos, la instalación de electrodomésticos más eficientes y el uso de aislamiento residencial más efectivo. En cuanto al aspecto del comportamiento, los líderes deben instar a las partes interesadas a modificar sus hábitos, ya sea apagando las luces, optando por la bicicleta en lugar del automóvil o eligiendo el tren en lugar del avión. Una combinación de incentivos económicos efectivos y una comunicación clara puede ayudar a motivar estos cambios de comportamiento. Según la AIE, las modificaciones en el comportamiento podrían contribuir hasta un 4 % de las reducciones de emisiones acumuladas necesarias hasta 2050.

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Impulsando la electrificación

El mundo experimentará un significativo aumento en la generación de electricidad libre de carbono en las próximas décadas. Sin embargo, para lograr una verdadera transición energética, es necesario un aumento equivalente en la demanda de electricidad libre de carbono mediante la electrificación de productos y servicios que solían depender de los hidrocarburos. Este esfuerzo abarca una amplia variedad de acciones, como el cambio de calderas de gas por bombas de calor, la adopción de vehículos eléctricos en lugar de automóviles y camiones con motores de combustión, el uso de barcos con celdas de combustible en lugar de diesel, y la electrificación de cortadoras de césped, montacargas y equipos de construcción. Un impulso sustancial ya está en marcha: en 2022, las ventas de bombas de calor superaron a las de calderas y hornos nuevos en la UE, y a nivel mundial, las ventas de vehículos eléctricos alcanzaron una participación de mercado del 15 % de todos los vehículos de pasajeros nuevos, en comparación con solo el 5 % en 2020.

Consumo de hidrocarburos descarbonizantes

Siempre que sea posible, es fundamental reemplazar los hidrocarburos con alternativas ecológicas. La transición hacia materias primas de base biológica, como sustituir plásticos por envases orgánicos o depender menos del queroseno y más del combustible de aviación sostenible (SAF), puede desempeñar un papel crucial. (Para obtener más información, consulte “Los combustibles de aviación sostenibles cuestan menos de lo que piensa”)

Las empresas están tomando medidas para crear cadenas de suministro para sectores difíciles de reducir. H2 Green Steel, con sede en Suecia, está construyendo una planta de acero verde con la capacidad de producir 5 megatoneladas de acero al año para 2030, lo que equivale al 1 % de la producción mundial anual de acero. Ya ha alcanzado acuerdos para suministrar acero a fabricantes de automóviles.

Gestión de stock y flujo

Los bancos centrales son responsables de mantener la estabilidad monetaria y establecer políticas independientes de las preocupaciones u objetivos políticos a corto plazo. Estos objetivos incluyen fomentar el pleno empleo y mantener la estabilidad de precios. Es evidente que necesitamos una entidad similar a un banco central para gestionar la transición energética de manera ordenada, con el mandato de garantizar la estabilidad del suministro de energía mientras se promueve el progreso hacia los objetivos de cero emisiones netas.

Este "banco central" para el sistema energético podría desarrollarse dentro de las instituciones multilaterales existentes y se enfocaría en ayudar a los países a pasar de las ambiciones políticas a la acción concreta. Este enfoque facilitaría la alineación de la ejecución a nivel nacional con los desarrollos regionales o globales, asegurando que el costo del carbono en el sistema esté en sintonía con los objetivos políticos establecidos. Además, proporcionaría información sobre el inventario y el flujo de fuentes de energía para garantizar y mantener la estabilidad del sistema.

Cerrar estas brechas es el desafío fundamental, imperativo y la gran oportunidad de nuestro tiempo. Para avanzar y asegurar una transición ordenada, necesitamos una hoja de ruta coordinada, holística y realista. Una hoja de ruta energética se basa en un conjunto de principios de diseño complementarios:

La construcción de un puente reúne a muchas disciplinas y profesionales: arquitectos e ingenieros, ecologistas y financieros, trabajadores del acero y operadores de grúas. De la misma manera, cerrar las brechas que se interponen entre nosotros y un futuro descarbonizado requerirá una inmensa cantidad de colaboración, fe y buena voluntad mutua. La ejecución exitosa requerirá la construcción de una gran coalición de líderes del sector público, privado y financiero, así como la participación de la sociedad en general y las industrias clave. Todo esto comienza con una explicación clara sobre el impacto del cambio climático y los desafíos compartidos que enfrentamos. Es fundamental reconocer el papel crucial de la energía en la vida y las economías modernas y, a su vez, involucrar a las personas en el desarrollo de hojas de ruta concretas para sus regiones y países, asegurándoles que obtendrán beneficios reales y tangibles.

Ante el desafío global de alcanzar el objetivo de cero neto, debemos recordar que todos compartimos un objetivo común: un futuro sostenible para nuestro planeta. La colaboración, la voluntad y la participación de todos son fundamentales para asegurar una transición energética exitosa y lograr un futuro descarbonizado y ambientalmente sostenible. Con un enfoque colectivo y una visión compartida, podemos construir el puente hacia un mundo más limpio y seguro para las generaciones futuras.

Este artículo está basado en el artículo “Bridging the gaps: Setting the stage for an orderly energy-system transition” de PwC Global. Esta versión es organizada y revisada por PwC Colombia.