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energía sostenible

Ejemplos de energía sostenible: energía solar concentrada con almacenamiento de calor mediante sales fundidas en España; energía eólica en Sudáfrica; transporte público electrif...

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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.
Ejemplos de energía sostenible: energía solar concentrada con almacenamiento de calor mediante sales fundidas en España; energía eólica en Sudáfrica; transporte público electrificado en Singapur; y cocina limpia en Etiopía.

La energía es sostenible si «satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer las suyas». [ 1 ] [ 2 ] Las definiciones de energía sostenible suelen considerar sus efectos en el medio ambiente, la economía y la sociedad. Estos impactos abarcan desde las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación atmosférica hasta la pobreza energética y los residuos tóxicos . Las fuentes de energía renovables, como la eólica , la hidroeléctrica , la solar y la geotérmica , pueden causar daños ambientales, pero generalmente son mucho más sostenibles que las fuentes de combustibles fósiles.

El papel de las fuentes de energía no renovables en la energía sostenible es controvertido. La energía nuclear no produce contaminación por carbono ni contaminación atmosférica, pero tiene inconvenientes como los residuos radiactivos , el riesgo de proliferación nuclear y el riesgo de accidentes . El cambio del carbón al gas natural tiene beneficios ambientales, incluido un menor impacto climático , pero puede retrasar la transición a opciones más sostenibles. La captura y el almacenamiento de carbono pueden integrarse en las centrales eléctricas para eliminar sus emisiones de dióxido de carbono ( CO₂ ) , pero esta tecnología es costosa y rara vez se ha implementado.

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.  

La cuota de mercado de la energía eólica y solar creció hasta el 8,5 % de la electricidad mundial en 2019, y los costes siguen bajando. El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) estima que se necesitaría invertir el 2,5 % del producto interior bruto (PIB) mundial en el sistema energético cada año entre 2016 y 2035 para limitar el calentamiento global a 1,5 °C (2,7 °F) . Los gobiernos pueden financiar la investigación, el desarrollo y la demostración de nuevas tecnologías de energía limpia. También pueden construir infraestructura para la electrificación y el transporte sostenible. Por último, los gobiernos pueden fomentar el despliegue de energía limpia con políticas como la fijación de precios del carbono , los estándares de cartera de energías renovables y la eliminación gradual de los subsidios a los combustibles fósiles . Estas políticas también pueden aumentar la seguridad energética .  

Definiciones y antecedentes

     La energía es el hilo conductor que une el crecimiento económico, la mayor equidad social y un medio ambiente que permite al mundo prosperar. El desarrollo no es posible sin energía, y el desarrollo sostenible no es posible sin energía sostenible.

— Secretario General de la ONU, Ban Ki-moon [ 3 ]

Definiciones

La Comisión Brundtland de las Naciones Unidas describió el concepto de desarrollo sostenible , del cual la energía es un componente clave, en su informe de 1987, Nuestro Futuro Común . Definió el desarrollo sostenible como la satisfacción de "las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades". [ 1 ] Esta descripción del desarrollo sostenible se ha citado desde entonces en numerosas definiciones y explicaciones de energía sostenible. [ 1 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

No existe una interpretación universalmente aceptada de cómo se aplica el concepto de sostenibilidad a la energía a escala global. [ 7 ] Las definiciones operativas de energía sostenible abarcan múltiples dimensiones de la sostenibilidad, como las dimensiones ambiental, económica y social. [ 6 ] Históricamente, el concepto de desarrollo energético sostenible se ha centrado en las emisiones y en la seguridad energética . Desde principios de la década de 1990, el concepto se ha ampliado para abarcar cuestiones sociales y económicas más amplias. [ 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.

Satisfacer las demandas energéticas actuales y futuras de manera sostenible es un desafío crítico para el objetivo global de limitar el cambio climático, manteniendo al mismo tiempo el crecimiento económico y permitiendo que aumenten los niveles de vida. [ 28 ] La energía confiable y asequible, en particular la electricidad, es esencial para la atención médica, la educación y el desarrollo económico. [ 29 ] La pobreza energética es un problema multidimensional que afecta la capacidad de las personas para satisfacer las necesidades energéticas básicas. Algunas de estas necesidades son la iluminación, la calefacción y la cocina. [ 30 ] A partir de 2020, 790  millones de personas en países en desarrollo no tienen acceso a la electricidad, y alrededor de 2.6  mil millones dependen de la quema de combustibles contaminantes para cocinar. [ 31 ] [ 32 ]

Mejorar el acceso a la energía en los países menos desarrollados y lograr energía más limpia son claves para alcanzar la mayoría de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas para 2030 , [ 33 ] que abarcan cuestiones que van desde la acción climática hasta la igualdad de género . [ 34 ] El Objetivo de Desarrollo Sostenible 7 exige "acceso a energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todos", incluido el acceso universal a la electricidad y a instalaciones de cocina limpias para 2030. [ 35 ]

conservación de la energía

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.
El consumo energético mundial es muy desigual. Países de altos ingresos como Estados Unidos y Canadá consumen 100 veces más energía per cápita que algunos de los países menos desarrollados de África. [ 36 ]

La eficiencia energética —utilizar menos energía para ofrecer los mismos bienes o servicios, o ofrecer servicios comparables con menos bienes— es un pilar fundamental de muchas estrategias de energía sostenible. [ 37 ] [ 38 ] La Agencia Internacional de Energía (AIE) ha estimado que el aumento de la eficiencia energética podría lograr el 40 % de las reducciones de emisiones de gases de efecto invernadero necesarias para cumplir los objetivos del Acuerdo de París. [ 39 ]

La energía se puede conservar aumentando la eficiencia técnica de los electrodomésticos, vehículos, procesos industriales y edificios. [ 40 ] Otro enfoque es utilizar menos materiales cuya producción requiere mucha energía, por ejemplo, mediante un mejor diseño de edificios y el reciclaje. Los cambios de comportamiento, como usar videoconferencias en lugar de vuelos de negocios, o realizar viajes urbanos en bicicleta, a pie o en transporte público en lugar de en coche, son otra forma de conservar energía. [ 41 ] Las políticas gubernamentales para mejorar la eficiencia pueden incluir códigos de construcción , estándares de rendimiento , precios del carbono y el desarrollo de infraestructura energéticamente eficiente para fomentar cambios en los modos de transporte . [ 41 ] [ 42 ]

La intensidad energética de la economía global (la cantidad de energía consumida por unidad de producto interno bruto (PIB)) es un indicador aproximado de la eficiencia energética de la producción económica. [ 43 ] En 2010, la intensidad energética global fue de 5,6 megajulios (1,6 kWh ) por dólar estadounidense de PIB. [ 43 ] Los objetivos de las Naciones Unidas exigen que la intensidad energética disminuya un 2,6 % cada año entre 2010 y 2030. [ 44 ] En los últimos años, este objetivo no se ha cumplido. Por ejemplo, entre 2017 y 2018, la intensidad energética disminuyó solo un 1,1 %. [ 44 ]

Las mejoras en la eficiencia suelen generar un efecto rebote en el que los consumidores utilizan el dinero ahorrado para comprar bienes y servicios que consumen más energía. [ 45 ] Por ejemplo, las recientes mejoras en la eficiencia técnica del transporte y los edificios se han visto contrarrestadas en gran medida por las tendencias en el comportamiento del consumidor , como la elección de vehículos y viviendas más grandes. [ 46 ]

Fuentes de energía sostenibles

Fuentes de energía renovables

En 2023, se proyectó que la generación de electricidad a partir de fuentes eólicas y solares superaría el 30% para 2030. [ 47 ]
La capacidad de energía renovable ha crecido de forma constante, liderada por la energía solar fotovoltaica . [ 48 ]
La energía solar y eólica se está expandiendo más rápidamente que las fuentes de electricidad anteriores. La disminución de los costos, el diseño modular y la mejora del almacenamiento en baterías facilitan la transición a las energías renovables. [ 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

El viento ha sido un importante motor de desarrollo durante milenios, proporcionando energía mecánica para procesos industriales, bombas de agua y barcos de vela. [ 76 ] Las turbinas eólicas modernas se utilizan para generar electricidad y proporcionaron más del 10 % de la electricidad mundial en 2024. [ 77 ] La electricidad de los parques eólicos terrestres suele ser más barata que la de las centrales de carbón existentes y competitiva con el gas natural y la energía nuclear. [ 67 ] Las turbinas eólicas también se pueden colocar en alta mar, donde los vientos son más constantes y fuertes que en tierra, pero los costos de construcción y mantenimiento son más altos. [ 78 ]

Los parques eólicos terrestres, a menudo construidos en zonas silvestres o rurales, tienen un impacto visual en el paisaje. [ 79 ] Cientos de turbinas eólicas suelen agruparse para crear parques eólicos. Colocarlas en un solo lugar reduce el costo de la conexión a la red y el desarrollo del sitio. [ 80 ] Si bien las colisiones con turbinas eólicas matan murciélagos y, en menor medida, aves, estos impactos son menores que los de otras infraestructuras como ventanas y líneas de transmisión . [ 81 ] [ 82 ] El ruido y la luz parpadeante que generan las turbinas pueden causar molestias y limitar la construcción cerca de áreas densamente pobladas. La energía eólica, a diferencia de las centrales nucleares y de combustibles fósiles, no consume agua. [ 83 ] Se necesita poca energía para la construcción de turbinas eólicas en comparación con la energía producida por la propia central eólica. [ 84 ] Las palas de las turbinas no son totalmente reciclables, y se están investigando métodos para fabricar palas más fáciles de reciclar. [ 85 ]

Energía hidroeléctrica

Un río fluye suavemente desde aberturas rectangulares en la base de un alto muro de hormigón inclinado, con cables eléctricos sobre el río.
La represa de Guri , una represa hidroeléctrica en Venezuela.

Las centrales hidroeléctricas convierten la energía del agua en movimiento en electricidad. En 2020, la energía hidroeléctrica suministró el 17% de la electricidad mundial, una cifra inferior al máximo de casi el 20% alcanzado a mediados y finales del siglo XX. [ 86 ] [ 87 ]

En la energía hidroeléctrica convencional, se crea un embalse detrás de una presa. Las centrales hidroeléctricas convencionales proporcionan un suministro eléctrico muy flexible y gestionable . Se pueden combinar con energía eólica y solar para satisfacer los picos de demanda y compensar cuando la disponibilidad de viento y sol es menor. [ 88 ]

En comparación con las centrales hidroeléctricas de pasada, la generación de energía a partir de embalses generalmente tiene un menor impacto ambiental. Sin embargo, su capacidad para generar energía depende del caudal del río, que puede variar según las condiciones climáticas diarias y estacionales. Los embalses permiten controlar la cantidad de agua, lo que se utiliza para el control de inundaciones y la producción flexible de electricidad, además de garantizar el suministro de agua potable y para riego durante las sequías. [ 89 ]

La energía hidroeléctrica se encuentra entre las fuentes de energía con los niveles más bajos de emisiones de gases de efecto invernadero por unidad de energía producida, pero los niveles de emisiones varían enormemente entre proyectos. [ 90 ] Las mayores emisiones tienden a ocurrir con grandes represas en regiones tropicales. [ 91 ] Estas emisiones se producen cuando la materia biológica que queda sumergida en la inundación del embalse se descompone y libera dióxido de carbono y metano. La deforestación y el cambio climático pueden reducir la generación de energía de las represas hidroeléctricas. [ 88 ] Dependiendo de la ubicación, las grandes represas pueden desplazar a los residentes y causar daños ambientales locales significativos; una posible falla de la represa podría poner en riesgo a la población circundante. [ 88 ]

Geotermia

Tres enormes cilindros verticales de hormigón con forma de cintura, uno de los cuales emite una columna de vapor, empequeñecen un edificio en primer plano.
Torres de refrigeración en una central geotérmica en Larderello , Italia.

La energía geotérmica se produce aprovechando el calor del subsuelo profundo [ 92 ] y utilizándolo para generar electricidad o calentar agua y edificios. El uso de la energía geotérmica se concentra en regiones donde la extracción de calor es económica: se requiere una combinación de altas temperaturas, flujo de calor y permeabilidad (la capacidad de la roca para permitir el paso de fluidos). [ 93 ] La energía se produce a partir del vapor generado en depósitos subterráneos. [ 94 ] La energía geotérmica proporcionó menos del 1% del consumo energético mundial en 2020. [ 95 ]

La energía geotérmica es un recurso renovable porque la energía térmica se repone constantemente desde regiones vecinas más cálidas y la desintegración radiactiva de isótopos naturales . [ 96 ] En promedio, las emisiones de gases de efecto invernadero de la electricidad basada en energía geotérmica son menos del 5 % de las de la electricidad basada en carbón. [ 90 ] La energía geotérmica conlleva el riesgo de provocar terremotos, necesita una protección eficaz para evitar la contaminación del agua y libera emisiones tóxicas que pueden ser capturadas. [ 97 ]

Bioenergía

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 ]

El uso de tierras agrícolas para el cultivo de biomasa puede resultar en una menor disponibilidad de tierra para el cultivo de alimentos . En Estados Unidos, alrededor del 10% de la gasolina para motores ha sido reemplazada por etanol a base de maíz , lo que requiere una proporción significativa de la cosecha. [ 107 ] [ 108 ] En Malasia e Indonesia, la tala de bosques para producir aceite de palma para biodiésel ha provocado graves efectos sociales y ambientales , ya que estos bosques son sumideros de carbono críticos y hábitats para diversas especies. [ 109 ] [ 110 ] Dado que la fotosíntesis captura solo una pequeña fracción de la energía de la luz solar, producir una cantidad determinada de bioenergía requiere una gran cantidad de tierra en comparación con otras fuentes de energía renovables. [ 111 ]

Los biocombustibles de segunda generación , producidos a partir de plantas no alimentarias o residuos, reducen la competencia con la producción de alimentos, pero pueden tener otros efectos negativos, como la pérdida de áreas de conservación y la contaminación atmosférica local. [ 101 ] Entre las fuentes de biomasa relativamente sostenibles se incluyen las algas , los residuos y los cultivos cultivados en suelos no aptos para la producción de alimentos. [ 101 ]

La tecnología de captura y almacenamiento de carbono puede utilizarse para capturar las emisiones de las centrales eléctricas de bioenergía. Este proceso se conoce como bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) y puede resultar en la eliminación neta de dióxido de carbono de la atmósfera. Sin embargo, la BECCS también puede generar emisiones netas positivas, dependiendo de cómo se cultive, coseche y transporte la biomasa. La implementación de la BECCS a las escalas descritas en algunas vías de mitigación del cambio climático requeriría la conversión de grandes extensiones de tierras de cultivo. [ 112 ]

energía marina

La energía marina tiene la menor participación en el mercado energético. Incluye la energía OTEC , la energía mareomotriz , que se encuentra cerca de la madurez, y la energía undimotriz , que está en una etapa más temprana de desarrollo. Dos sistemas de presas mareomotrices en Francia y Corea del Sur representan el 90 % de la producción mundial. Si bien los dispositivos individuales de energía marina suponen un riesgo mínimo para el medio ambiente, los impactos de los dispositivos de mayor tamaño son menos conocidos. [ 113 ]

Fuentes de energía no renovables

Sustitución de combustibles fósiles y medidas de mitigación

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.
Desde 1985, la proporción de electricidad generada a partir de fuentes bajas en carbono ha aumentado solo ligeramente. Los avances en el despliegue de energías renovables se han visto contrarrestados en gran medida por la disminución de la participación de la energía nuclear. [ 126 ]

La energía nuclear se ha utilizado desde la década de 1950 como una fuente de electricidad de carga base con bajas emisiones de carbono . [ 127 ] Las centrales nucleares en más de 30 países generan alrededor del 10 % de la electricidad mundial. [ 128 ] En 2019, la energía nuclear generó más de una cuarta parte de toda la energía con bajas emisiones de carbono , lo que la convierte en la segunda fuente más grande después de la energía hidroeléctrica. [ 95 ]

Las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de la energía nuclear, incluyendo la extracción y el procesamiento de uranio , son similares a las emisiones de las fuentes de energía renovables. [ 90 ] La energía nuclear utiliza poca tierra por unidad de energía producida, en comparación con las principales energías renovables. Además, la energía nuclear no crea contaminación atmosférica local. [ 129 ] [ 130 ] Aunque el mineral de uranio utilizado para alimentar las centrales nucleares es un recurso no renovable, existe suficiente para proporcionar un suministro durante cientos o miles de años. [ 131 ] [ 132 ] Sin embargo, los recursos de uranio que pueden ser accesibles de manera económicamente viable, en el estado actual, son limitados y la producción de uranio difícilmente podría mantenerse durante la fase de expansión. [ 133 ] Las vías de mitigación del cambio climático consistentes con objetivos ambiciosos generalmente contemplan un aumento en el suministro de energía nuclear. [ 134 ]

Existe controversia sobre si la energía nuclear es sostenible, en parte debido a las preocupaciones en torno a los desechos nucleares , la proliferación de armas nucleares y los accidentes . [ 132 ] Los desechos nucleares radiactivos deben gestionarse durante miles de años. [ 132 ] Por cada unidad de energía producida, la energía nuclear ha causado muchas menos muertes accidentales y relacionadas con la contaminación que los combustibles fósiles, y la tasa histórica de mortalidad de la energía nuclear es comparable a la de las fuentes renovables. [ 121 ] La oposición pública a la energía nuclear a menudo hace que las centrales nucleares sean políticamente difíciles de implementar. [ 132 ]

Reducir el tiempo y el costo de construcción de nuevas centrales nucleares ha sido un objetivo durante décadas, pero los costos siguen siendo altos y los plazos largos. [ 135 ] Se están desarrollando varias formas nuevas de energía nuclear, con la esperanza de abordar las desventajas de las centrales convencionales. Los reactores reproductores rápidos son capaces de reciclar los residuos nucleares y, por lo tanto, pueden reducir significativamente la cantidad de residuos que requieren almacenamiento geológico , pero aún no se han implementado a gran escala comercialmente. [ 136 ] La energía nuclear basada en torio (en lugar de uranio) puede proporcionar una mayor seguridad energética para los países que no tienen una gran reserva de uranio. [ 132 ] Los pequeños reactores modulares pueden tener varias ventajas sobre los grandes reactores actuales: deberían poder construirse más rápido y su modularización permitiría reducciones de costos mediante el aprendizaje práctico . [ 137 ] También se consideran más seguros de usar que las centrales eléctricas tradicionales. [ 138 ]

Varios países están intentando desarrollar reactores de fusión nuclear , que generarían pequeñas cantidades de residuos y no tendrían riesgo de explosiones. [ 139 ] Aunque la energía de fusión ha avanzado en el laboratorio, el plazo de varias décadas necesario para su comercialización y posterior producción a gran escala implica que no contribuirá al objetivo de cero emisiones netas para la mitigación del cambio climático en 2050. [ 140 ]

transformación del sistema energético

La producción de tecnologías como las fuentes de energía renovables inicia un ciclo de retroalimentación positiva que forma lo que se ha denominado un ciclo virtuoso , lo opuesto a un ciclo vicioso . Por ejemplo, a medida que se instalan más y más módulos solares, los precios bajan debido a las economías de escala , lo que permite que la tecnología sea competitiva en costos en nuevas aplicaciones que, a su vez, aumentan la demanda de una mayor instalación. [ 141 ]
Para 2025, la inversión en la transición energética había crecido hasta alcanzar aproximadamente el doble de la destinada a los combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón). [ 51 ]
En 2025, el crecimiento de la energía solar, eólica y otras fuentes de energía eléctrica bajas en carbono superó el crecimiento general de la demanda de electricidad, reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles y ayudando a frenar las emisiones de gases de efecto invernadero . [ 142 ]

Descarbonización del sistema energético mundial

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 ]  

Para algunos procesos industriales, será necesaria la comercialización de tecnologías que aún no se han construido ni operado a gran escala para eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero. [ 226 ] La producción de acero , por ejemplo, es difícil de electrificar porque tradicionalmente utiliza coque , que se deriva del carbón, tanto para generar calor a muy alta temperatura como ingrediente del propio acero. [ 227 ] La producción de plástico, cemento y fertilizantes también requiere cantidades significativas de energía, con posibilidades limitadas para descarbonizarla. [ 228 ] Un cambio hacia una economía circular haría que la industria fuera más sostenible, ya que implica un mayor reciclaje y, por lo tanto, un menor consumo de energía en comparación con la inversión de energía para extraer y refinar nuevas materias primas . [ 229 ]

Políticas gubernamentales

"Llevar nuevas tecnologías energéticas al mercado suele llevar varias décadas, pero la imperiosa necesidad de alcanzar cero emisiones netas a nivel mundial para 2050 exige un progreso mucho más rápido. La experiencia ha demostrado que el papel del gobierno es crucial para acortar el tiempo necesario para introducir nuevas tecnologías en el mercado y difundirlas ampliamente."

Las políticas gubernamentales bien diseñadas que promueven la transformación del sistema energético pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aire simultáneamente, y en muchos casos también pueden aumentar la seguridad energética y disminuir la carga financiera del uso de la energía. [ 231 ]

Reglamentos

Las regulaciones ambientales se han utilizado desde la década de 1970 para promover un uso más sostenible de la energía. [ 232 ] Algunos gobiernos se han comprometido a establecer fechas para la eliminación gradual de las centrales eléctricas de carbón y el fin de la exploración de nuevos combustibles fósiles . Los gobiernos pueden exigir que los automóviles nuevos produzcan cero emisiones o que los edificios nuevos se calienten con electricidad en lugar de gas. [ 233 ] Las normas de cartera de energías renovables en varios países exigen que las empresas de servicios públicos aumenten el porcentaje de electricidad que generan a partir de fuentes renovables. [ 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 ]

Referencias

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