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Sustainable energy

Sustainable energy examples: concentrated solar power with molten salt heat storage in Spain; wind energy in South Africa; electrified public transport in Singapore; and clean c...

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Concentradores solares parabólicos en la distancia, dispuestos en rectángulos, iluminan una llanura plana con montañas nevadas al fondo.
Aerogeneradores junto a un camino de tierra roja
tren de tránsito rápido masivo
Mujer cocinando pan en una estufa eléctrica.
Sustainable energy examples: concentrated solar power with molten salt heat storage in Spain; wind energy in South Africa; electrified public transport in Singapore; and clean cooking in Ethiopia.

Energy is sustainable if it "meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs."[1][2] Definitions of sustainable energy usually look at its effects on the environment, the economy, and society. These impacts range from greenhouse gas emissions and air pollution to energy poverty and toxic waste. Renewable energy sources such as wind, hydro, solar, and geothermal energy can cause environmental damage but are generally far more sustainable than fossil fuel sources.

The role of non-renewable energy sources in sustainable energy is controversial. Nuclear power does not produce carbon pollution or air pollution, but has drawbacks that include radioactive waste, the risk of nuclear proliferation, and the risk of accidents. Switching from coal to natural gas has environmental benefits, including a lower climate impact, but may lead to a delay in switching to more sustainable options. Carbon capture and storage can be built into power plants to remove their carbon dioxide (CO2) emissions, but this technology is expensive and has rarely been implemented.

Los combustibles fósiles proporcionan el 85 % del consumo energético mundial, y el sistema energético es responsable del 76 % de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Alrededor de 790  millones de personas en países en desarrollo carecen de acceso a la electricidad , y 2600  millones dependen de combustibles contaminantes como la leña o el carbón para cocinar. Cocinar con biomasa , sumado a la contaminación por combustibles fósiles, causa aproximadamente 7 millones de muertes al año. Limitar el calentamiento global a 2 °C (3,6 °F)   requerirá transformar la producción , distribución, almacenamiento y consumo de energía. El acceso universal a la electricidad limpia puede tener grandes beneficios para el clima , la salud humana y las economías de los países en desarrollo .

Se han propuesto vías de mitigación del cambio climático para limitar el calentamiento global a 2 °C (3,6 °F) . Estas incluyen la eliminación gradual de las centrales eléctricas de carbón, el ahorro de energía , la producción de más electricidad a partir de fuentes limpias como la eólica y la solar , y la transición de los combustibles fósiles a la electricidad para el transporte y la calefacción de edificios. La producción de energía de algunas fuentes renovables varía según cuándo sopla el viento y brilla el sol. Por lo tanto, la transición a las energías renovables puede requerir mejoras en la red eléctrica , como la adición de almacenamiento de energía . Algunos procesos que son difíciles de electrificar pueden utilizar hidrógeno como combustible producido a partir de fuentes de energía de bajas emisiones. En la propuesta de la Agencia Internacional de Energía para lograr cero emisiones netas para 2050, alrededor del 35 % de la reducción de emisiones depende de tecnologías que aún están en desarrollo a partir de 2023.  

Wind and solar market share grew to 8.5% of worldwide electricity in 2019, and costs continue to fall. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) estimates that 2.5% of world gross domestic product (GDP) would need to be invested in the energy system each year between 2016 and 2035 to limit global warming to 1.5 °C (2.7 °F). Governments can fund the research, development, and demonstration of new clean energy technologies. They can also build infrastructure for electrification and sustainable transport. Finally, governments can encourage clean energy deployment with policies such as carbon pricing, renewable portfolio standards, and phase-outs of fossil fuel subsidies. These policies may also increase energy security.

Definitions and background

     Energy is the golden thread that connects economic growth, increased social equity, and an environment that allows the world to thrive. Development is not possible without energy, and sustainable development is not possible without sustainable energy."

—UN Secretary-General Ban Ki-moon[3]

Definitions

The United Nations Brundtland Commission described the concept of sustainable development, for which energy is a key component, in its 1987 report Our Common Future. It defined sustainable development as meeting "the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs".[1] This description of sustainable development has since been referenced in many definitions and explanations of sustainable energy.[1][4][5][6]

There is no universally accepted interpretation of how the concept of sustainability applies to energy on a global scale.[7] Working definitions of sustainable energy encompass multiple dimensions of sustainability such as environmental, economic, and social dimensions.[6] Historically, the concept of sustainable energy development has focused on emissions and on energy security. Since the early 1990s, the concept has broadened to encompass wider social and economic issues.[8]

La dimensión ambiental de la sostenibilidad incluye las emisiones de gases de efecto invernadero , los impactos en la biodiversidad y los ecosistemas, los residuos peligrosos y las emisiones tóxicas, [ 7 ] el consumo de agua, [ 9 ] y el agotamiento de los recursos no renovables. [ 6 ] Las fuentes de energía con bajo impacto ambiental a veces se denominan energía verde o energía limpia . La dimensión económica de la sostenibilidad abarca el desarrollo económico, el uso eficiente de la energía y la seguridad energética para garantizar que cada país tenga acceso constante a energía suficiente. [ 7 ] [ 10 ] [ 11 ] Las cuestiones sociales incluyen el acceso a energía asequible y fiable para todas las personas, los derechos de los trabajadores y los derechos sobre la tierra . [ 6 ] [ 7 ]

Impactos ambientales

Las muertes causadas como resultado del uso de combustibles fósiles (áreas de los rectángulos en el gráfico) superan ampliamente las resultantes de la producción de energía sostenible (rectángulos apenas visibles en el gráfico). [ 12 ]
Fotografía de una mujer que lleva leña recogida sobre la cabeza.
Una mujer de la zona rural de Rajastán , India, recoge leña. El uso de leña y otros combustibles contaminantes para cocinar provoca millones de muertes cada año debido a la contaminación del aire , tanto en interiores como en exteriores .

El sistema energético actual contribuye a muchos problemas ambientales, incluyendo el cambio climático , la contaminación del aire, la pérdida de biodiversidad , la liberación de toxinas al medio ambiente y la escasez de agua. A partir de 2019, el 85% de las necesidades energéticas mundiales se satisfacen mediante la quema de combustibles fósiles. [ 13 ] La producción y el consumo de energía son responsables del 76% de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero causadas por el ser humano a partir de 2018. [ 14 ] [ 15 ] El Acuerdo de París de 2015 sobre el cambio climático tiene como objetivo limitar el calentamiento global a muy por debajo de 2 °C (3,6 °F) y preferiblemente a 1,5 °C (2,7 °F); lograr este objetivo requerirá que las emisiones se reduzcan lo antes posible y que se alcancen las emisiones netas cero para mediados de siglo. [ 16 ]    

La quema de combustibles fósiles y biomasa es una fuente importante de contaminación del aire, [ 17 ] [ 18 ] que causa aproximadamente 7 millones de muertes cada año, con la mayor carga de enfermedad atribuible observada en países de ingresos bajos y medios. [ 19 ] La quema de combustibles fósiles en centrales eléctricas, vehículos y fábricas es la principal fuente de emisiones que se combinan con el oxígeno en la atmósfera para causar lluvia ácida . [ 20 ] La contaminación del aire es la segunda causa principal de muerte por enfermedades no infecciosas. [ 21 ] Se estima que el 99% de la población mundial vive con niveles de contaminación del aire que superan los límites recomendados por la Organización Mundial de la Salud . [ 22 ]

Cocinar con combustibles contaminantes como leña, estiércol animal, carbón o queroseno es responsable de casi toda la contaminación del aire interior, que causa entre 1,6 y 3,8  millones de muertes anuales, [ 23 ] [ 21 ] y también contribuye significativamente a la contaminación del aire exterior. [ 24 ] Los efectos en la salud se concentran en las mujeres, que suelen ser las responsables de cocinar, y en los niños pequeños. [ 24 ]

Los impactos ambientales se extienden más allá de los subproductos de la combustión. Los derrames de petróleo en el mar dañan la vida marina y pueden causar incendios que liberan emisiones tóxicas. [ 25 ] Alrededor del 10 % del uso mundial de agua se destina a la producción de energía, principalmente para la refrigeración en centrales térmicas. En regiones áridas, esto contribuye a la escasez de agua . La producción de bioenergía, la minería y el procesamiento del carbón, y la extracción de petróleo también requieren grandes cantidades de agua. [ 26 ] La tala excesiva de madera y otros materiales combustibles para quemar puede causar graves daños ambientales locales, incluida la desertificación . [ 27 ]

Objetivos de desarrollo sostenible

Mapa de la población con acceso a la energía. La falta de acceso es más pronunciada en India, África subsahariana y el sudeste asiático.
Mapa mundial que muestra dónde vivían las personas sin acceso a la electricidad en 2016, principalmente en el África subsahariana y el subcontinente indio.

Meeting existing and future energy demands in a sustainable way is a critical challenge for the global goal of limiting climate change while maintaining economic growth and enabling living standards to rise.[28] Reliable and affordable energy, particularly electricity, is essential for health care, education, and economic development.[29] Energy poverty is a multidimensional problem affecting people's ability to meet basic energy needs. Some needs being for lighting, heating, and cooking.[30] As of 2020, 790 million people in developing countries do not have access to electricity, and around 2.6 billion rely on burning polluting fuels for cooking.[31][32]

Improving energy access in the least-developed countries and making energy cleaner are key to achieving most of the United Nations 2030 Sustainable Development Goals,[33] which cover issues ranging from climate action to gender equality.[34]Sustainable Development Goal 7 calls for "access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all", including universal access to electricity and to clean cooking facilities by 2030.[35]

Energy conservation

Países como Estados Unidos y Canadá consumen el doble de energía per cápita que Japón o Europa occidental, y 100 veces más energía comercial per cápita que algunos países africanos.
Global energy usage is highly unequal. High income countries such as the United States and Canada use 100 times as much energy per capita as some of the least developed countries in Africa.[36]

Energy efficiency—using less energy to deliver the same goods or services, or delivering comparable services with less goods—is a cornerstone of many sustainable energy strategies.[37][38] The International Energy Agency (IEA) has estimated that increasing energy efficiency could achieve 40% of greenhouse gas emission reductions needed to fulfil the Paris Agreement's goals.[39]

Energy can be conserved by increasing the technical efficiency of appliances, vehicles, industrial processes, and buildings.[40] Another approach is to use fewer materials whose production requires a lot of energy, for example through better building design and recycling. Behavioural changes such as using videoconferencing rather than business flights, or making urban trips by cycling, walking or public transport rather than by car, are another way to conserve energy.[41] Government policies to improve efficiency can include building codes, performance standards, carbon pricing, and the development of energy-efficient infrastructure to encourage changes in transport modes.[41][42]

The energy intensity of the global economy (the amount of energy consumed per unit of gross domestic product (GDP)) is a rough indicator of the energy efficiency of economic production.[43] In 2010, global energy intensity was 5.6 megajoules (1.6 kWh) per US dollar of GDP.[43] United Nations goals call for energy intensity to decrease by 2.6% each year between 2010 and 2030.[44] In recent years this target has not been met. For instance, between 2017 and 2018, energy intensity decreased by only 1.1%.[44]

Efficiency improvements often lead to a rebound effect in which consumers use the money they save to buy more energy-intensive goods and services.[45] For example, recent technical efficiency improvements in transport and buildings have been largely offset by trends in consumer behaviour, such as selecting larger vehicles and homes.[46]

Sustainable energy sources

Renewable energy sources

In 2023, electricity generation from wind and solar sources was projected to exceed 30% by 2030.[47]
Renewable energy capacity has steadily grown, led by solar photovoltaic power.[48]
Solar and wind power are scaling up faster than previous sources of electricity. Declining costs, modular design, and improved battery storage help the transition to renewable energy.[49]
La inversión en energías limpias se ha beneficiado de la recuperación económica posterior a la pandemia, una crisis energética mundial que incluye altos precios de los combustibles fósiles y un creciente apoyo político en varios países. [ 50 ] Para 2025, la inversión en la transición energética había crecido hasta casi duplicar la de los combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón). [ 51 ]

Las fuentes de energía renovables son esenciales para la energía sostenible, ya que generalmente fortalecen la seguridad energética y emiten muchos menos gases de efecto invernadero que los combustibles fósiles. [ 52 ] Los proyectos de energía renovable a veces plantean importantes preocupaciones de sostenibilidad, como los riesgos para la biodiversidad cuando áreas de alto valor ecológico se convierten en producción de bioenergía o parques eólicos o solares. [ 53 ] [ 54 ]

La energía hidroeléctrica es la mayor fuente de electricidad renovable, mientras que la energía solar y eólica están creciendo rápidamente. La energía solar fotovoltaica y la eólica terrestre son las formas más baratas de nueva capacidad de generación de energía en la mayoría de los países. [ 55 ] [ 56 ] Para más de la mitad de los 770  millones de personas que actualmente carecen de acceso a la electricidad, la energía renovable descentralizada, como las minirredes alimentadas por energía solar, es probablemente el método más barato para proporcionarla para 2030. [ 57 ] Los objetivos de las Naciones Unidas para 2030 incluyen aumentar sustancialmente la proporción de energía renovable en el suministro energético mundial. [ 35 ]

Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), las fuentes de energía renovables como la energía eólica y solar son ahora una fuente común de electricidad, constituyendo el 70% de todas las nuevas inversiones realizadas en la generación de energía a nivel mundial. [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] El informe World Energy Investment 2025 de la AIE indicó que el gasto en generación de energía con bajas emisiones casi se duplicó en los cinco años anteriores, liderado por la energía solar fotovoltaica, y que la inversión de capital en el sector energético ascendería a 3,3  billones de dólares en 2025 a pesar de las tensiones geopolíticas y la incertidumbre económica. [ 62 ]

Solar

Largas hileras de paneles oscuros, inclinados unos 45 grados a la altura de una persona, se extienden hasta el horizonte bajo un brillante sol.
Una central eléctrica fotovoltaica en California , Estados Unidos.

El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra, un recurso limpio y abundante en muchas regiones. [ 63 ] En 2019, la energía solar proporcionó alrededor del 3% de la electricidad mundial, [ 64 ] principalmente a través de paneles solares basados ​​en células fotovoltaicas (FV). Se espera que la energía solar FV sea la fuente de electricidad con la mayor capacidad instalada a nivel mundial para 2027. [ 65 ] Los paneles se montan en la parte superior de los edificios o se instalan en parques solares a gran escala . Los costos de las células solares fotovoltaicas han disminuido rápidamente, impulsando un fuerte crecimiento en la capacidad mundial. [ 66 ] El costo de la electricidad de las nuevas granjas solares es competitivo con, o en muchos lugares, más barato que la electricidad de las centrales de carbón existentes. [ 67 ] Varias proyecciones del uso futuro de la energía identifican la energía solar FV como una de las principales fuentes de generación de energía en una combinación sostenible. [ 68 ] [ 69 ]

La mayoría de los componentes de los paneles solares se pueden reciclar fácilmente, pero esto no siempre se hace en ausencia de regulación. [ 70 ] Los paneles suelen contener metales pesados , por lo que representan riesgos ambientales si se depositan en vertederos . [ 71 ] Un panel solar tarda menos de dos años en producir tanta energía como la que se utilizó para su producción. Se necesita menos energía si los materiales se reciclan en lugar de extraerse. [ 72 ]

En la energía solar concentrada , los rayos solares se concentran mediante un campo de espejos, calentando un fluido. La electricidad se produce a partir del vapor resultante con una máquina térmica . La energía solar concentrada puede sustentar la generación de energía gestionable , ya que parte del calor se almacena para permitir la generación de electricidad cuando sea necesario. [ 73 ] [ 74 ] Además de la producción de electricidad, la energía solar se utiliza de forma más directa; los sistemas de calefacción solar térmica se utilizan para la producción de agua caliente, la calefacción de edificios, el secado y la desalinización. [ 75 ]

energía eólica

Fotografía de aerogeneradores contra un cielo anaranjado brumoso
Aerogeneradores en Xinjiang , China

Wind has been an important driver of development over millennia, providing mechanical energy for industrial processes, water pumps, and sailing ships.[76] Modern wind turbines are used to generate electricity and provided well over 10% of global electricity in 2024.[77] Electricity from onshore wind farms is often cheaper than existing coal plants and competitive with natural gas and nuclear.[67] Wind turbines can also be placed offshore, where winds are steadier and stronger than on land, but construction and maintenance costs are higher.[78]

Onshore wind farms, often built in wild or rural areas, have a visual impact on the landscape.[79] Hundreds of wind turbines are often grouped together create wind farms. Placing them in one location will lower cost of grid connect and location development.[80] While collisions with wind turbines kill both bats and to a lesser extent birds, these impacts are lower than from other infrastructure such as windows and transmission lines.[81][82] The noise and flickering light created by the turbines can cause annoyance and constrain construction near densely populated areas. Wind power, in contrast to nuclear and fossil fuel plants, does not consume water.[83] Little energy is needed for wind turbine construction compared to the energy produced by the wind power plant itself.[84] Turbine blades are not fully recyclable, and research into methods of manufacturing easier-to-recycle blades is ongoing.[85]

Hydropower

Un río fluye suavemente desde aberturas rectangulares en la base de un alto muro de hormigón inclinado, con cables eléctricos sobre el río.
Guri Dam, a hydroelectric dam in Venezuela

Hydroelectric plants convert the energy of moving water into electricity. In 2020, hydropower supplied 17% of the world's electricity, down from a high of nearly 20% in the mid-to-late 20th century.[86][87]

In conventional hydropower, a reservoir is created behind a dam. Conventional hydropower plants provide a highly flexible, dispatchable electricity supply. They can be combined with wind and solar power to meet peaks in demand and to compensate when wind and sun are less available.[88]

Compared to reservoir-based facilities, run-of-the-river hydroelectricity generally has less environmental impact. However, its ability to generate power depends on river flow, which can vary with daily and seasonal weather. Reservoirs provide water quantity controls that are used for flood control and flexible electricity output while also providing security during drought for drinking water supply and irrigation.[89]

Hydropower ranks among the energy sources with the lowest levels of greenhouse gas emissions per unit of energy produced, but levels of emissions vary enormously between projects.[90] The highest emissions tend to occur with large dams in tropical regions.[91] These emissions are produced when the biological matter that becomes submerged in the reservoir's flooding decomposes and releases carbon dioxide and methane. Deforestation and climate change can reduce energy generation from hydroelectric dams.[88] Depending on location, large dams can displace residents and cause significant local environmental damage; potential dam failure could place the surrounding population at risk.[88]

Geothermal

Tres enormes cilindros verticales de hormigón con forma de cintura, uno de los cuales emite una pequeña columna de vapor, empequeñecen un edificio en primer plano.
Cooling towers at a geothermal power plant in Larderello, Italy.

Geothermal energy is produced by tapping into deep underground heat[92] and harnessing it to generate electricity or to heat water and buildings. The use of geothermal energy is concentrated in regions where heat extraction is economical: a combination is needed of high temperatures, heat flow, and permeability (the ability of the rock to allow fluids to pass through).[93] Power is produced from the steam created in underground reservoirs.[94] Geothermal energy provided less than 1% of global energy consumption in 2020.[95]

Geothermal energy is a renewable resource because thermal energy is constantly replenished from neighbouring hotter regions and the radioactive decay of naturally occurring isotopes.[96] On average, the greenhouse gas emissions of geothermal-based electricity are less than 5% that of coal-based electricity.[90] Geothermal energy carries a risk of inducing earthquakes, needs effective protection to avoid water pollution, and releases toxic emissions which can be captured.[97]

Bioenergy

Un hombre encendiendo una lámpara colgada del techo
Un ganadero keniano enciende una lámpara de biogás. El biogás, producido a partir de biomasa , es una fuente de energía renovable que puede utilizarse para cocinar o iluminar.
Un campo verde de plantas que parecen hierba de un metro de altura, rodeado de bosques con edificios urbanos en el horizonte lejano.
Una plantación de caña de azúcar para producir etanol en Brasil.

La biomasa es materia orgánica renovable que proviene de plantas y animales. [ 98 ] Puede quemarse para producir calor y electricidad o convertirse en biocombustibles como el biodiésel y el etanol, que pueden utilizarse para alimentar vehículos. [ 99 ] [ 100 ]

El impacto climático de la bioenergía varía considerablemente según la procedencia de las materias primas de biomasa y su método de cultivo. [ 101 ] Por ejemplo, la quema de madera para obtener energía libera dióxido de carbono; estas emisiones pueden compensarse significativamente si los árboles talados se reemplazan por árboles nuevos en un bosque bien gestionado, ya que los nuevos árboles absorberán dióxido de carbono del aire durante su crecimiento. [ 102 ] Sin embargo, el establecimiento y cultivo de cultivos bioenergéticos puede desplazar ecosistemas naturales , degradar suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [ 103 ] [ 104 ]

Aproximadamente un tercio de toda la madera utilizada para calefacción y cocina tradicionales en zonas tropicales se cosecha de forma insostenible. [ 105 ] Las materias primas para bioenergía suelen requerir cantidades significativas de energía para su cosecha, secado y transporte; el consumo energético de estos procesos puede generar emisiones de gases de efecto invernadero. En algunos casos, los impactos del cambio de uso del suelo , el cultivo y el procesamiento pueden resultar en mayores emisiones totales de carbono para la bioenergía en comparación con el uso de combustibles fósiles. [ 104 ] [ 106 ]

Use of farmland for growing biomass can result in less land being available for growing food. In the United States, around 10% of motor gasoline has been replaced by corn-based ethanol, which requires a significant proportion of the harvest.[107][108] In Malaysia and Indonesia, clearing forests to produce palm oil for biodiesel has led to serious social and environmental effects, as these forests are critical carbon sinks and habitats for diverse species.[109][110] Since photosynthesis captures only a small fraction of the energy in sunlight, producing a given amount of bioenergy requires a large amount of land compared to other renewable energy sources.[111]

Second-generation biofuels which are produced from non-food plants or waste reduce competition with food production, but may have other negative effects including trade-offs with conservation areas and local air pollution.[101] Relatively sustainable sources of biomass include algae, waste, and crops grown on soil unsuitable for food production.[101]

Carbon capture and storage technology can be used to capture emissions from bioenergy power plants. This process is known as bioenergy with carbon capture and storage (BECCS) and can result in net carbon dioxide removal from the atmosphere. However, BECCS can also result in net positive emissions depending on how the biomass material is grown, harvested, and transported. Deployment of BECCS at scales described in some climate change mitigation pathways would require converting large amounts of cropland.[112]

Marine energy

Marine energy has the smallest share of the energy market. It includes OTEC, tidal power, which is approaching maturity, and wave power, which is earlier in its development. Two tidal barrage systems in France and in South Korea make up 90% of global production. While single marine energy devices pose little risk to the environment, the impacts of larger devices are less well known.[113]

Non-renewable energy sources

Fossil fuel switching and mitigation

El cambio del carbón al gas natural presenta ventajas en términos de sostenibilidad. Para una unidad de energía producida, las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida del gas natural son aproximadamente 40 veces mayores que las de la energía eólica o nuclear, pero mucho menores que las del carbón. La combustión de gas natural produce aproximadamente la mitad de las emisiones del carbón cuando se utiliza para generar electricidad y alrededor de dos tercios de las emisiones del carbón cuando se utiliza para producir calor. [ 114 ] La combustión de gas natural también produce menos contaminación atmosférica que el carbón. [ 115 ] Sin embargo, el gas natural es un potente gas de efecto invernadero en sí mismo, y las fugas durante la extracción y el transporte pueden anular las ventajas de abandonar el carbón. [ 116 ] La tecnología para controlar las fugas de metano está ampliamente disponible, pero no siempre se utiliza. [ 116 ]

El cambio del carbón al gas natural reduce las emisiones a corto plazo y, por lo tanto, contribuye a la mitigación del cambio climático . Sin embargo, a largo plazo no ofrece una vía hacia las emisiones netas cero . El desarrollo de infraestructura de gas natural conlleva el riesgo de dependencia del carbono y de activos varados , donde la nueva infraestructura de combustibles fósiles se compromete a décadas de emisiones de carbono o debe amortizarse antes de generar beneficios. [ 117 ] [ 118 ]

Las emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales eléctricas de combustibles fósiles y biomasa pueden reducirse significativamente mediante la captura y el almacenamiento de carbono (CAC). La mayoría de los estudios parten de la premisa de que la CAC puede capturar entre el 85 % y el 90 % de las emisiones de dióxido de carbono ( CO₂ ) de una central eléctrica. [ 119 ] [ 120 ] Incluso si se captura el 90 % del CO₂ emitido por una central eléctrica de carbón, sus emisiones no capturadas siguen siendo muchas veces mayores que las emisiones de la energía nuclear, solar o eólica por unidad de electricidad producida. [ 121 ] [ 122 ]

Dado que las centrales de carbón que utilizan CCS son menos eficientes, requieren más carbón y, por lo tanto, aumentan la contaminación asociada con la extracción y el transporte de carbón. [ 123 ] La CCS es una de las formas más costosas de reducir las emisiones en el sector energético. [ 124 ] El despliegue de esta tecnología es muy limitado. A partir de 2024, la CCS se utiliza en solo 5 centrales eléctricas y en otras 39 instalaciones. [ 125 ]

Energía nuclear

Gráfico que muestra la proporción de electricidad producida por combustibles fósiles, energía nuclear y energías renovables desde 1985 hasta 2020.
Since 1985, the proportion of electricity generated from low-carbon sources has increased only slightly. Advances in deploying renewables have been mostly offset by declining shares of nuclear power.[126]

Nuclear power has been used since the 1950s as a low-carbon source of baseload electricity.[127] Nuclear power plants in over 30 countries generate about 10% of global electricity.[128] As of 2019, nuclear generated over a quarter of all low-carbon energy, making it the second largest source after hydropower.[95]

Nuclear power's lifecycle greenhouse gas emissions—including the mining and processing of uranium—are similar to the emissions from renewable energy sources.[90] Nuclear power uses little land per unit of energy produced, compared to the major renewables. Additionally, nuclear power does not create local air pollution.[129][130] Although the uranium ore used to fuel nuclear power plants is a non-renewable resource, enough exists to provide a supply for hundreds to thousands of years.[131][132] However, uranium resources that can be accessed in an economically feasible manner, at the present state, are limited and uranium production could hardly keep up during the expansion phase.[133] Climate change mitigation pathways consistent with ambitious goals typically see an increase in power supply from nuclear.[134]

There is controversy over whether nuclear power is sustainable, in part due to concerns around nuclear waste, nuclear weapon proliferation, and accidents.[132] Radioactive nuclear waste must be managed for thousands of years.[132] For each unit of energy produced, nuclear energy has caused far fewer accidental and pollution-related deaths than fossil fuels, and the historic fatality rate of nuclear is comparable to renewable sources.[121]Public opposition to nuclear energy often makes nuclear plants politically difficult to implement.[132]

Reducing the time and the cost of building new nuclear plants have been goals for decades but costs remain high and timescales long.[135] Various new forms of nuclear energy are in development, hoping to address the drawbacks of conventional plants. Fast breeder reactors are capable of recycling nuclear waste and therefore can significantly reduce the amount of waste that requires geological disposal, but have not yet been deployed on a large-scale commercial basis.[136]Nuclear power based on thorium (rather than uranium) may be able to provide higher energy security for countries that do not have a large supply of uranium.[132]Small modular reactors may have several advantages over current large reactors: It should be possible to build them faster and their modularization would allow for cost reductions via learning-by-doing.[137] They are also considered safer to use than traditional power plants.[138]

Several countries are attempting to develop nuclear fusion reactors, which would generate small amounts of waste and no risk of explosions.[139] Although fusion power has taken steps forward in the lab, the multi-decade timescale needed to bring it to commercialization and then scale means it will not contribute to a 2050 net zero goal for climate change mitigation.[140]

Energy system transformation

Production of technology such as renewable energy sources starts a positive feedback loop to form what has been called a virtuous cycle—the opposite of a vicious cycle. For example, as more and more solar modules are deployed, prices fall because of the economies of scale, allowing the technology to become cost-competitive in new applications that in turn increase demand for more deployment.[141]
By 2025, investment in the energy transition had grown to about twice that for fossil fuels (oil, natural gas and coal).[51]
In 2025, growth in solar, wind and other low-carbon electric power exceeded the overall growth in demand for electricity, reducing reliance on fossil fuels and helping to curb greenhouse gas emissions.[142]

Decarbonisation of the global energy system

Las reducciones de emisiones necesarias para mantener el calentamiento global por debajo de 2  °C requerirán una transformación sistémica de la forma en que se produce, distribuye, almacena y consume la energía. [ 13 ] Para que una sociedad reemplace una forma de energía por otra, deben cambiar múltiples tecnologías y comportamientos en el sistema energético. Por ejemplo, la transición del petróleo a la energía solar como fuente de energía para los automóviles requiere la generación de electricidad solar, modificaciones a la red eléctrica para acomodar las fluctuaciones en la producción de los paneles solares o la introducción de cargadores de baterías variables y una mayor demanda general, la adopción de automóviles eléctricos y redes de estaciones de carga y talleres de reparación de vehículos eléctricos . [ 143 ]

Muchas estrategias para mitigar el cambio climático contemplan tres aspectos principales de un sistema energético bajo en carbono:

  • El uso de fuentes de energía de bajas emisiones para producir electricidad
  • Electrificación : es decir, un mayor uso de la electricidad en lugar de quemar directamente combustibles fósiles.
  • Adopción acelerada de medidas de eficiencia energética [ 144 ]

Algunas tecnologías y procesos de alto consumo energético son difíciles de electrificar, como la aviación, el transporte marítimo y la siderurgia. Existen varias opciones para reducir las emisiones de estos sectores: los biocombustibles y los combustibles sintéticos neutros en carbono pueden alimentar muchos vehículos diseñados para quemar combustibles fósiles; sin embargo, los biocombustibles no pueden producirse de forma sostenible en las cantidades necesarias y los combustibles sintéticos son actualmente muy caros. [ 145 ] Para algunas aplicaciones, la alternativa más destacada a la electrificación es desarrollar un sistema basado en hidrógeno producido de forma sostenible . [ 146 ]

Se espera que la descarbonización total del sistema energético mundial tome varias décadas y se puede lograr en su mayor parte con tecnologías existentes. [ 147 ] En la propuesta de la AIE para lograr cero emisiones netas para 2050, alrededor del 35 % de la reducción de emisiones depende de tecnologías que aún están en desarrollo a partir de 2023. [ 148 ] Las tecnologías relativamente inmaduras incluyen baterías y procesos para crear combustibles neutros en carbono. [ 149 ] [ 150 ] El desarrollo de nuevas tecnologías requiere investigación y desarrollo, demostración y reducción de costos mediante la implementación . [ 149 ]

La transición a un sistema energético con cero emisiones de carbono traerá importantes beneficios colaterales para la salud humana: la Organización Mundial de la Salud estima que los esfuerzos para limitar el calentamiento global a 1,5  °C podrían salvar millones de vidas cada año solo con la reducción de la contaminación del aire. [ 151 ] [ 152 ] Con una buena planificación y gestión, existen vías para proporcionar acceso universal a la electricidad y a la cocina limpia para 2030 de forma coherente con los objetivos climáticos. [ 153 ] [ 154 ] Históricamente, varios países han obtenido rápidos beneficios económicos mediante el uso del carbón. [ 153 ] Sin embargo, aún existe una oportunidad para que muchos países y regiones pobres superen la dependencia de los combustibles fósiles desarrollando sus sistemas energéticos basados ​​en energías renovables, siempre que cuenten con la inversión internacional y la transferencia de conocimientos adecuadas. [ 153 ]

Integración de fuentes de energía variables

Pequeñas hileras de casas, con sus tejados inclinados completamente cubiertos de paneles solares.
Los edificios del asentamiento solar de Schlierberg , Alemania, producen más energía de la que consumen. Incorporan paneles solares en los tejados y están construidos para lograr la máxima eficiencia energética. [ 155 ]

Para suministrar electricidad fiable a partir de fuentes de energía renovables variables como la eólica y la solar, los sistemas de energía eléctrica requieren flexibilidad. [ 156 ] La mayoría de las redes eléctricas se construyeron para fuentes de energía no intermitentes como las centrales eléctricas de carbón. [ 157 ] A medida que se integran mayores cantidades de energía solar y eólica en la red, es necesario realizar cambios en el sistema energético para garantizar que el suministro de electricidad se ajuste a la demanda. [ 158 ] En 2019, estas fuentes generaron el 8,5 % de la electricidad mundial, una proporción que ha crecido rápidamente. [ 64 ]

Hay varias maneras de hacer que el sistema eléctrico sea más flexible. En muchos lugares, la generación eólica y solar se complementan a escala diaria y estacional: hay más viento durante la noche y en invierno, cuando la producción de energía solar es baja. [ 158 ] La conexión de diferentes regiones geográficas a través de líneas de transmisión de larga distancia permite una mayor compensación de la variabilidad. [ 159 ] La demanda de energía se puede desplazar en el tiempo mediante la gestión de la demanda de energía y el uso de redes inteligentes , ajustándose a los momentos en que la producción de energía variable es mayor. Con el almacenamiento de energía en la red , la energía producida en exceso se puede liberar cuando sea necesario. [ 158 ] Se podría proporcionar mayor flexibilidad mediante el acoplamiento sectorial , es decir, acoplando el sector eléctrico con el sector de la calefacción y la movilidad a través de sistemas de conversión de energía eléctrica en calor y vehículos eléctricos. [ 160 ]

Construir capacidad adicional para la generación eólica y solar puede ayudar a garantizar que se produzca suficiente electricidad incluso en condiciones climáticas adversas. En condiciones climáticas óptimas, la generación de energía podría tener que reducirse si el excedente de electricidad no puede utilizarse ni almacenarse. El desajuste final entre la oferta y la demanda puede cubrirse mediante el uso de fuentes de energía gestionables como la hidroeléctrica, la bioenergía o el gas natural. [ 161 ]

Almacenamiento de energía

La energía procedente de fuentes renovables se convierte en energía potencial que se almacena en dispositivos como baterías eléctricas. Esta energía potencial almacenada se transforma posteriormente en electricidad y se inyecta a la red eléctrica, incluso cuando la fuente original no está disponible.
Una instalación de almacenamiento de baterías

El almacenamiento de energía ayuda a superar las barreras a la energía renovable intermitente y es un aspecto importante de un sistema energético sostenible. [ 162 ] El método de almacenamiento más común y disponible es la hidroelectricidad de bombeo , que requiere ubicaciones con grandes diferencias de altura y acceso al agua. [ 162 ] Las baterías , especialmente las de iones de litio , también se utilizan ampliamente. [ 163 ] Las baterías suelen almacenar electricidad durante períodos cortos; se está investigando tecnología con capacidad suficiente para durar varias temporadas. [ 158 ]

Los costos de las baterías a escala industrial en EE. UU. han disminuido alrededor de un 70 % desde 2015; sin embargo, el costo y la baja densidad energética de las baterías las hacen poco prácticas para el almacenamiento de energía a gran escala necesario para equilibrar las variaciones interestacionales en la producción de energía. [ 164 ] El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo y la conversión de electricidad a gas (conversión de electricidad a gas y viceversa) con capacidad para uso durante varios meses se han implementado en algunos lugares. [ 165 ] [ 166 ] Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), se espera que la capacidad global de almacenamiento de baterías aumente casi 15 veces entre 2021 y 2030, impulsada por la disminución de los costos y el aumento de la inversión en infraestructura limpia. [ 167 ]

Electrificación

Tasas de electrificación de diferentes países en comparación con la OCDE Europa.
Fotografía de dos ventiladores, la sección exterior de una bomba de calor.
La sección exterior de una bomba de calor . A diferencia de las calderas de gasóleo y gas, utilizan electricidad y son altamente eficientes. Por lo tanto, la electrificación de la calefacción puede reducir significativamente las emisiones. [ 168 ]

En comparación con el resto del sistema energético, las emisiones pueden reducirse mucho más rápido en el sector eléctrico. [ 144 ] En 2019, el 37 % de la electricidad mundial se producía a partir de fuentes bajas en carbono (renovables y energía nuclear). Los combustibles fósiles, principalmente el carbón, producían el resto del suministro eléctrico. [ 169 ] Una de las formas más fáciles y rápidas de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero es eliminar gradualmente las centrales eléctricas de carbón y aumentar la generación de electricidad renovable. [ 144 ]

Las vías de mitigación del cambio climático prevén una electrificación generalizada: el uso de electricidad como sustituto de la quema directa de combustibles fósiles para la calefacción de edificios y el transporte. [ 144 ] Una política climática ambiciosa prevé que la proporción de energía consumida como electricidad se duplique para 2050, desde el 20 % en 2020. [ 170 ]

Uno de los desafíos para brindar acceso universal a la electricidad es la distribución de energía a las zonas rurales. Los sistemas fuera de la red y las minirredes basadas en energías renovables, como las pequeñas instalaciones solares fotovoltaicas que generan y almacenan suficiente electricidad para una aldea, son soluciones importantes. [ 171 ] Un mayor acceso a electricidad confiable conduciría a un menor uso de iluminación con queroseno y generadores diésel, que actualmente son comunes en el mundo en desarrollo. [ 172 ]

La infraestructura para generar y almacenar electricidad renovable requiere minerales y metales, como cobalto y litio para baterías y cobre para paneles solares. [ 173 ] El reciclaje puede satisfacer parte de esta demanda si los ciclos de vida de los productos están bien diseñados; sin embargo, lograr cero emisiones netas aún requeriría aumentos importantes en la minería de 17 tipos de metales y minerales. [ 173 ] Un pequeño grupo de países o empresas a veces domina los mercados de estas materias primas, lo que genera preocupaciones geopolíticas. [ 174 ] La mayor parte del cobalto mundial, por ejemplo, se extrae en la República Democrática del Congo , una región políticamente inestable donde la minería suele estar asociada con riesgos para los derechos humanos. [ 173 ] Una mayor diversidad geográfica de fuentes de suministro puede garantizar una cadena de suministro más flexible y menos frágil . [ 175 ]

Hidrógeno

El hidrógeno gaseoso se debate ampliamente como un combustible con potencial para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. [ 176 ] [ 177 ] Esto requiere que el hidrógeno se produzca de forma limpia, en cantidades suficientes para abastecer sectores y aplicaciones donde las alternativas de mitigación más económicas y energéticamente eficientes son limitadas. Estas aplicaciones incluyen la industria pesada y el transporte de larga distancia. [ 176 ]

El hidrógeno puede emplearse como fuente de energía en pilas de combustible para producir electricidad, o mediante combustión para generar calor. [ 178 ] Cuando el hidrógeno se consume en pilas de combustible, la única emisión en el punto de uso es vapor de agua. [ 178 ] La combustión del hidrógeno puede provocar la formación térmica de óxidos de nitrógeno nocivos . [ 178 ] Las emisiones totales del ciclo de vida del hidrógeno dependen de cómo se produce. Casi todo el suministro mundial actual de hidrógeno se crea a partir de combustibles fósiles. [ 179 ] [ 180 ]

El principal método de producción de hidrógeno es el reformado de metano con vapor , en el que el hidrógeno se produce mediante una reacción química entre vapor y metano , el componente principal del gas natural. La producción de una tonelada de hidrógeno mediante este proceso emite entre 6,6 y 9,3 toneladas de dióxido de carbono. [ 181 ] Si bien la captura y almacenamiento de carbono (CAC) podría eliminar una gran parte de estas emisiones, la huella de carbono total del hidrógeno procedente del gas natural es difícil de evaluar a partir de datos de 2021., en parte debido a las emisiones (incluido el metano liberado y fugitivo ) creadas en la producción del propio gas natural. [ 182 ]

La electricidad puede utilizarse para separar moléculas de agua, produciendo hidrógeno sostenible siempre que la electricidad se genere de forma sostenible. Sin embargo, este proceso de electrólisis es actualmente más caro que la producción de hidrógeno a partir de metano sin captura y almacenamiento de carbono (CCS) y la eficiencia de la conversión de energía es inherentemente baja. [ 146 ] El hidrógeno puede producirse cuando hay un excedente de electricidad renovable variable , almacenarse y utilizarse para generar calor o regenerar electricidad. [ 183 ] Puede transformarse además en combustibles líquidos como amoníaco verde y metanol verde . [ 184 ] La innovación en los electrolizadores de hidrógeno podría hacer que la producción a gran escala de hidrógeno a partir de electricidad sea más competitiva en costes . [ 185 ]

El hidrógeno como combustible puede producir el calor intenso necesario para la producción industrial de acero, cemento, vidrio y productos químicos, contribuyendo así a la descarbonización de la industria junto con otras tecnologías, como los hornos de arco eléctrico para la fabricación de acero. [ 186 ] Para la fabricación de acero, el hidrógeno puede funcionar como un combustible limpio y, simultáneamente, como un catalizador bajo en carbono que reemplaza al coque derivado del carbón . [ 187 ] Es probable que el hidrógeno utilizado para descarbonizar el transporte encuentre sus mayores aplicaciones en el transporte marítimo, la aviación y, en menor medida, en los vehículos de mercancías pesadas. [ 176 ] Para los vehículos ligeros, incluidos los turismos, el hidrógeno está muy por detrás de otros vehículos de combustible alternativo , especialmente en comparación con la tasa de adopción de vehículos eléctricos de batería , y puede que no desempeñe un papel significativo en el futuro. [ 188 ]

Entre las desventajas del hidrógeno como combustible se incluyen los altos costos de almacenamiento y distribución debido a su explosividad, su gran volumen en comparación con otros combustibles y su tendencia a hacer que las tuberías se vuelvan quebradizas. [ 182 ]

Tecnologías de uso de energía

Transporte

Grupo de ciclistas utilizando un carril bici en Vancouver, Canadá.
La infraestructura ciclista de uso público , como este carril bici en Vancouver , fomenta el transporte sostenible. [ 189 ]

El transporte representa el 14 % de las emisiones globales de gases de efecto invernadero, [ 190 ] pero existen múltiples maneras de hacerlo más sostenible. El transporte público generalmente emite menos gases de efecto invernadero por pasajero que los vehículos privados, ya que los trenes y autobuses pueden transportar muchos más pasajeros a la vez. [ 191 ] [ 192 ] Los vuelos de corta distancia pueden ser reemplazados por trenes de alta velocidad , que son más eficientes, especialmente cuando están electrificados. [ 193 ] [ 194 ] Promover el transporte no motorizado, como caminar y andar en bicicleta, particularmente en las ciudades, puede hacer que el transporte sea más limpio y saludable. [ 195 ] [ 196 ]

La eficiencia energética de los automóviles ha aumentado con el tiempo, [ 197 ] pero la transición a los vehículos eléctricos es un paso importante más hacia la descarbonización del transporte y la reducción de la contaminación del aire. [ 198 ] Una gran proporción de la contaminación del aire relacionada con el tráfico consiste en material particulado del polvo de la carretera y el desgaste de los neumáticos y las pastillas de freno. [ 199 ] La electrificación no puede lograr una reducción sustancial de la contaminación proveniente de estas fuentes no relacionadas con el escape ; requiere medidas como aligerar los vehículos y reducir su uso. [ 200 ] Los automóviles ligeros, en particular, son un candidato ideal para la descarbonización mediante la tecnología de baterías . El 25 % de las emisiones mundiales de CO₂ todavía provienen del sector del transporte. [ 201 ]

El transporte de mercancías de larga distancia y la aviación son sectores difíciles de electrificar con las tecnologías actuales, principalmente debido al peso de las baterías necesarias para viajes de larga distancia, los tiempos de recarga de las baterías y la vida útil limitada de las mismas. [ 202 ] [ 164 ] Cuando está disponible, el transporte de mercancías por barco y ferrocarril es generalmente más sostenible que por aire y por carretera. [ 203 ] Los vehículos de hidrógeno pueden ser una opción para vehículos más grandes como los camiones. [ 204 ] Muchas de las técnicas necesarias para reducir las emisiones del transporte marítimo y aéreo aún se encuentran en una fase temprana de desarrollo, siendo el amoníaco (producido a partir de hidrógeno) un candidato prometedor para el combustible marítimo. [ 205 ] El biocombustible para aviación puede ser uno de los mejores usos de la bioenergía si las emisiones se capturan y almacenan durante la fabricación del combustible. [ 206 ]

Edificios

Más de un tercio del consumo energético se destina a edificios y su construcción. [ 207 ] Para calentar edificios, las alternativas a la quema de combustibles fósiles y biomasa incluyen la electrificación mediante bombas de calor o calentadores eléctricos , la energía geotérmica , la calefacción solar central , la reutilización del calor residual y el almacenamiento estacional de energía térmica . [ 208 ] [ 209 ] [ 210 ] Las bombas de calor proporcionan tanto calefacción como aire acondicionado mediante un único aparato. [ 211 ] La IEA estima que las bombas de calor podrían cubrir más del 90 % de las necesidades mundiales de calefacción de espacios y agua. [ 212 ]

Una forma muy eficiente de calentar edificios es mediante la calefacción urbana , en la que el calor se genera en una ubicación centralizada y luego se distribuye a varios edificios a través de tuberías aisladas . Tradicionalmente, la mayoría de los sistemas de calefacción urbana han utilizado combustibles fósiles, pero los sistemas modernos y de calefacción urbana para bajas temperaturas están diseñados para utilizar una alta proporción de energía renovable. [ 213 ] [ 214 ]

Edificio con torres captadoras de viento
Los sistemas de refrigeración pasiva , como estas torres captadoras de viento en Irán, introducen aire fresco en los edificios sin utilizar energía. [ 215 ]

La refrigeración de edificios puede hacerse más eficiente mediante el diseño pasivo de edificios , la planificación que minimiza el efecto de isla de calor urbana y los sistemas de refrigeración de distrito que enfrían varios edificios con agua fría canalizada. [ 216 ] [ 217 ] El aire acondicionado requiere grandes cantidades de electricidad y no siempre es asequible para los hogares más pobres. [ 217 ] Algunas unidades de aire acondicionado todavía utilizan refrigerantes que son gases de efecto invernadero, ya que algunos países no han ratificado la Enmienda de Kigali para utilizar únicamente refrigerantes respetuosos con el clima. [ 218 ]

Cocinando

Horno de inducción eléctrico
Para cocinar, las cocinas de inducción eléctricas son una de las opciones más eficientes energéticamente y seguras. [ 219 ] [ 220 ]

En los países en desarrollo donde las poblaciones sufren pobreza energética , a menudo se utilizan combustibles contaminantes como la leña o el estiércol animal para cocinar. Cocinar con estos combustibles generalmente no es sostenible, porque liberan humo nocivo y porque la tala de leña puede provocar la degradación de los bosques. [ 221 ] La adopción universal de instalaciones de cocina limpias, que ya son omnipresentes en los países ricos, [ 219 ] mejoraría drásticamente la salud y tendría efectos negativos mínimos sobre el clima. [ 222 ] [ 223 ] Las instalaciones de cocina limpias, por ejemplo, las instalaciones de cocina que producen menos hollín en el interior, suelen utilizar gas natural, gas licuado de petróleo (ambos consumen oxígeno y producen dióxido de carbono) o electricidad como fuente de energía; los sistemas de biogás son una alternativa prometedora en algunos contextos. [ 219 ] Las estufas mejoradas que queman biomasa de manera más eficiente que las estufas tradicionales son una solución provisional cuando la transición a sistemas de cocina limpios es difícil. [ 224 ]

Industria

Más de un tercio del consumo energético corresponde a la industria. La mayor parte de esa energía se emplea en procesos térmicos: generación de calor, secado y refrigeración . La proporción de energía renovable en la industria fue del 14,5 % en 2017, principalmente calor a baja temperatura suministrado por bioenergía y electricidad. Las actividades industriales que consumen más energía son las que presentan las menores proporciones de energía renovable, ya que tienen limitaciones para generar calor a temperaturas superiores a 200 °C (390 °F) . [ 225 ]  

For some industrial processes, commercialisation of technologies that have not yet been built or operated at full scale will be needed to eliminate greenhouse gas emissions.[226]Steelmaking, for instance, is difficult to electrify because it traditionally uses coke, which is derived from coal, both to create very high-temperature heat and as an ingredient in the steel itself.[227] The production of plastic, cement, and fertilisers also requires significant amounts of energy, with limited possibilities available to decarbonise.[228] A switch to a circular economy would make industry more sustainable as it involves recycling more and thereby using less energy compared to investing energy to mine and refine new raw materials.[229]

Government policies

"Bringing new energy technologies to market can often take several decades, but the imperative of reaching net‐zero emissions globally by 2050 means that progress has to be much faster. Experience has shown that the role of government is crucial in shortening the time needed to bring new technology to market and to diffuse it widely."

Well-designed government policies that promote energy system transformation can lower greenhouse gas emissions and improve air quality simultaneously, and in many cases can also increase energy security and lessen the financial burden of using energy.[231]

Regulations

Environmental regulations have been used since the 1970s to promote more sustainable use of energy.[232] Some governments have committed to dates for phasing out coal-fired power plants and ending new fossil fuel exploration. Governments can require that new cars produce zero emissions, or new buildings are heated by electricity instead of gas.[233]Renewable portfolio standards in several countries require utilities to increase the percentage of electricity they generate from renewable sources.[234][235]

Los gobiernos pueden acelerar la transformación del sistema energético liderando el desarrollo de infraestructura como líneas de transmisión eléctrica de larga distancia, redes inteligentes y gasoductos de hidrógeno. [ 236 ] En el transporte, la infraestructura y los incentivos adecuados pueden hacer que los viajes sean más eficientes y menos dependientes del automóvil. [ 231 ] La planificación urbana que desalienta la expansión urbana puede reducir el consumo de energía en el transporte local y los edificios, al tiempo que mejora la calidad de vida. [ 231 ] Las políticas de investigación, adquisición e incentivos financiadas por el gobierno han sido históricamente fundamentales para el desarrollo y la maduración de tecnologías de energía limpia, como la energía solar y las baterías de litio. [ 237 ] En el escenario de la AIE para un sistema energético con cero emisiones netas para 2050, la financiación pública se moviliza rápidamente para llevar una gama de tecnologías más nuevas a la fase de demostración y para fomentar su implementación. [ 238 ]

Fotografía de una fila de coches enchufados a cajas metálicas bajas bajo un techo.
Varios países y la Unión Europea se han comprometido a establecer fechas para que todos los coches nuevos sean vehículos de cero emisiones . [ 233 ]

Precios del carbono

La fijación de precios del carbono (como un impuesto sobre las emisiones de CO₂ ) incentiva a las industrias y a los consumidores a reducir las emisiones, permitiéndoles elegir cómo hacerlo. Por ejemplo, pueden optar por fuentes de energía de bajas emisiones, mejorar la eficiencia energética o reducir el uso de productos y servicios que consumen mucha energía. [ 239 ] La fijación de precios del carbono ha encontrado una fuerte resistencia política en algunas jurisdicciones, mientras que las políticas específicas para la energía tienden a ser políticamente más seguras. [ 240 ] [ 241 ] La mayoría de los estudios indican que, para limitar el calentamiento global a 1,5 °C, la fijación de precios del carbono debería complementarse con políticas estrictas específicas para la energía. [ 242 ] 

A partir de 2019, el precio del carbono en la mayoría de las regiones es demasiado bajo para alcanzar los objetivos del Acuerdo de París. [ 243 ] Los impuestos al carbono proporcionan una fuente de ingresos que puede utilizarse para reducir otros impuestos [ 244 ] o ayudar a los hogares de bajos ingresos a afrontar mayores costes energéticos. [ 245 ] Algunos gobiernos, como la UE y el Reino Unido, están explorando el uso de ajustes fronterizos al carbono . [ 246 ] Estos imponen aranceles a las importaciones procedentes de países con políticas climáticas menos estrictas, para garantizar que las industrias sujetas a precios internos del carbono sigan siendo competitivas. [ 247 ] [ 248 ]

Paso

La magnitud y el ritmo de las reformas políticas iniciadas hasta 2020 son mucho menores de lo necesario para cumplir los objetivos climáticos del Acuerdo de París. [ 249 ] [ 250 ] Además de las políticas nacionales, se requiere una mayor cooperación internacional para acelerar la innovación y ayudar a los países más pobres a establecer una vía sostenible hacia el pleno acceso a la energía. [ 251 ]

Los países pueden apoyar las energías renovables para crear empleos. [ 252 ] La Organización Internacional del Trabajo estima que los esfuerzos para limitar el calentamiento global a 2  °C resultarían en la creación neta de empleos en la mayoría de los sectores de la economía. [ 253 ] Predice que  se crearían 24 millones de nuevos empleos para 2030 en áreas como la generación de electricidad renovable, la mejora de la eficiencia energética en edificios y la transición a vehículos eléctricos. Se perderían seis millones de empleos en sectores como la minería y los combustibles fósiles. [ 253 ] Los gobiernos pueden hacer que la transición a la energía sostenible sea más viable política y socialmente al garantizar una transición justa para los trabajadores y las regiones que dependen de la industria de los combustibles fósiles, para asegurar que tengan oportunidades económicas alternativas. [ 153 ]

Finanzas

Gráfico de la inversión global en energías renovables, calefacción y transporte electrificados, y otras fuentes de energía no fósiles.
El transporte electrificado y las energías renovables son áreas clave de inversión para la transición energética renovable . [ 254 ] [ 255 ] [ 256 ] [ 257 ]
El número de solicitudes de patentes multinacionales de China ha aumentado considerablemente desde mediados de la década de 2010, liderando en baterías y energía solar, aunque Europa sigue dominando en energía eólica y redes inteligentes. [ 258 ] China también lidera en publicaciones altamente citadas en revistas globales revisadas por pares. [ 258 ]

Recaudar fondos suficientes para la innovación y la inversión es un requisito previo para la transición energética. [ 259 ] El IPCC estima que para limitar el calentamiento global a 1,5 °C, se necesitaría invertir  US$2,4 billones en el sistema energético cada año entre 2016 y 2035. La mayoría de los estudios proyectan que estos costos, equivalentes al 2,5 % del PIB mundial, serían pequeños en comparación con los beneficios económicos y para la salud. [ 260 ] La inversión anual promedio en tecnologías de energía baja en carbono y eficiencia energética tendría que ser seis veces mayor para 2050 en comparación con 2015. [ 261 ] La falta de financiación es particularmente grave en los países menos desarrollados, que no son atractivos para el sector privado. [ 262 ] 

La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático estima que la financiación climática totalizó 681  mil millones de dólares en 2016. [ 263 ] La mayor parte de esto corresponde a la inversión del sector privado en el despliegue de energías renovables, la inversión del sector público en transporte sostenible y la inversión del sector privado en eficiencia energética. [ 264 ] El Acuerdo de París incluye un compromiso de 100  mil millones de dólares adicionales por año de los países desarrollados a los países pobres para la mitigación y adaptación al cambio climático. Este objetivo no se ha cumplido y la medición del progreso se ha visto obstaculizada por normas contables poco claras. [ 265 ] [ 266 ] Si las empresas con alto consumo energético, como las de productos químicos, fertilizantes, cerámica, acero y metales no ferrosos, invierten significativamente en I+D, su uso en la industria podría representar entre el 5 % y el 20 % de toda la energía utilizada. [ 267 ] [ 268 ]

La financiación y los subsidios a los combustibles fósiles constituyen una barrera significativa para la transición energética. [ 269 ] [ 259 ] Los subsidios directos globales a los combustibles fósiles fueron de 319  mil millones de dólares en 2017. Esta cifra asciende a 5,2  billones de dólares cuando se incluyen los costos indirectos, como los efectos de la contaminación atmosférica. [ 270 ] Poner fin a estos subsidios podría conducir a una reducción del 28 % en las emisiones globales de carbono y a una reducción del 46 % en las muertes por contaminación atmosférica. [ 271 ] La financiación para la energía limpia no se ha visto afectada en gran medida por la pandemia de COVID-19 , y los paquetes de estímulo económico relacionados con la pandemia ofrecen posibilidades para una recuperación verde . [ 272 ] [ 273 ]

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