Recursos energéticos mundiales

El carbón es el combustible fósil más abundante y consumido. Fue el combustible que impulsó la revolución industrial y su uso siguió creciendo; China, que ya cuenta con muchas de las ciudades más contaminadas del mundo, ^{[ 2 ]} construía en 2007 aproximadamente dos centrales eléctricas de carbón por semana. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Las grandes reservas de carbón lo convertirían en una opción atractiva para satisfacer la demanda energética de la comunidad global, salvo por las preocupaciones sobre el calentamiento global y otros contaminantes. ^{[ 5 ]}

El gas natural es un combustible fósil ampliamente disponible, con unas reservas recuperables estimadas en 850 000 ^km³  y al menos esa cantidad más mediante métodos mejorados para la extracción de gas de esquisto. Las mejoras tecnológicas y la exploración a gran escala propiciaron un aumento significativo de las reservas recuperables de gas natural gracias al desarrollo de los métodos de fracturación hidráulica de esquisto. A los niveles de consumo actuales, el gas natural podría abastecer la mayor parte de las necesidades energéticas mundiales durante un periodo de entre 100 y 250 años, dependiendo del incremento del consumo a lo largo del tiempo.

Se estima que puede haber 57 zettajulios (ZJ) de reservas de petróleo en la Tierra (aunque las estimaciones varían desde un mínimo de 8 ZJ, ^{[ 8 ]} que consisten en reservas actualmente probadas y recuperables, hasta un máximo de 110 ZJ ^{[ 9 ]} ) que consisten en reservas disponibles, pero no necesariamente recuperables, e incluyen estimaciones optimistas para fuentes no convencionales como arenas bituminosas y esquisto bituminoso . El consenso actual entre las 18 estimaciones reconocidas de perfiles de suministro es que el pico de extracción ocurrirá en 2020 a una tasa de 93 millones de barriles por día (mbd). El consumo actual de petróleo es a una tasa de 0,18 ZJ por año (31.1 mil millones de barriles) o 85 mbd.    

Existe una creciente preocupación de que la producción máxima de petróleo pueda alcanzarse en un futuro próximo, lo que resultaría en fuertes aumentos de los precios del petróleo . ^{[ 10 ]} Un informe de 2005 del Ministerio de Economía, Industria y Finanzas de Francia sugirió un escenario en el peor de los casos que podría ocurrir ya en 2013. ^{[ 11 ]} También hay teorías que sugieren que el pico de la producción mundial de petróleo podría ocurrir en tan solo 2 a 3 años. La ASPO predice que el año pico será en 2010. Algunas otras teorías presentan la opinión de que ya tuvo lugar en 2005. La producción mundial de petróleo crudo (incluidos los condensados ​​de arrendamiento) según datos de la EIA de EE. UU. disminuyó de un pico de 73,720 mbd en 2005 a 73,437 en 2006, 72,981 en 2007 y 73,697 en 2008. ^{[ 12 ]} Según la teoría del pico del petróleo, el aumento de la producción conducirá a un colapso más rápido de la producción en el futuro, mientras que la disminución de la producción conducirá a una disminución más lenta, ya que la curva en forma de campana se extenderá a lo largo de más años.

Con el objetivo declarado de aumentar los precios del petróleo a 75 dólares por barril, que habían caído de un máximo de 147 dólares a un mínimo de 40 dólares, la OPEP anunció una disminución de la producción de 2,2 millones de barriles diarios a partir del 1 de enero de 2009. ^{[ 13 ]}

Political considerations over the security of supplies, environmental concerns related to global warming and sustainability are expected to move the world's energy consumption away from fossil fuels. The concept of peak oil shows that about half of the available petroleum resources have been produced, and predicts a decrease of production.

A government moving away from fossil fuels would most likely create economic pressure through carbon emissions and green taxation. Some countries are taking action as a result of the Kyoto Protocol, and further steps in this direction are proposed. For example, the European Commission has proposed that the energy policy of the European Union should set a binding target of increasing the level of renewable energy in the EU's overall mix from less than 7% in 2007 to 20% by 2020.^[14]

The antithesis of sustainability is a disregard for limits, commonly referred to as the Easter Island Effect, which is the concept of being unable to develop sustainability, resulting in the depletion of natural resources.^[15] Some estimate that, assuming current consumption rates, current oil reserves could be completely depleted by 2050.^[16]

The International Atomic Energy Agency estimates the remaining uranium resources to be equal to 2500 zettajoule (ZJ).^[17] This assumes the use of breeder reactors, which are able to create more fissile material than they consume. IPCC estimated currently proved economically recoverable uranium deposits for once-through fuel cycles reactors to be only 2 ZJ. The ultimately recoverable uranium is estimated to be 17 ZJ for once-through reactors and 1000 ZJ with reprocessing and fast breeder reactors.^[18]

Los recursos y la tecnología no limitan la capacidad de la energía nuclear para contribuir a satisfacer la demanda energética del siglo XXI. Sin embargo, las preocupaciones políticas y ambientales sobre la seguridad nuclear y los residuos radiactivos comenzaron a limitar el crecimiento de este suministro energético a finales del siglo pasado, particularmente debido a una serie de accidentes nucleares . Las preocupaciones sobre la proliferación nuclear (especialmente con el plutonio producido por reactores reproductores) implican que la comunidad internacional desalienta activamente el desarrollo de la energía nuclear por parte de países como Irán y Siria . ^{[ 19 ]}

Si bien a principios del siglo XXI el uranio es el principal combustible nuclear a nivel mundial, otros como el torio y el hidrógeno han sido objeto de investigación desde mediados del siglo XX.

Las reservas de torio superan con creces las de uranio, y, por supuesto, el hidrógeno es abundante. Además, muchos consideran que es más fácil de obtener que el uranio . Mientras que las minas de uranio son subterráneas y, por lo tanto, muy peligrosas para los mineros, el torio se extrae de minas a cielo abierto y se estima que es aproximadamente tres veces más abundante que el uranio en la corteza terrestre. ^{[ 20 ]}

Desde la década de 1960, numerosas instalaciones en todo el mundo han quemado torio .

Desde la década de 1950 se investigan alternativas para la producción de energía mediante la fusión de hidrógeno. Ningún material puede soportar las temperaturas necesarias para encender el combustible, por lo que este debe confinarse mediante métodos que no utilicen materiales. El confinamiento magnético e inercial son las principales alternativas ( Cadarache , Fusión por confinamiento inercial ), y ambos constituyen temas de investigación de gran actualidad a principios del siglo XXI.

La fusión nuclear es el proceso que alimenta al sol y a otras estrellas. Genera grandes cantidades de calor mediante la fusión de los núcleos de isótopos de hidrógeno o helio, que pueden obtenerse del agua de mar. Teóricamente, este calor puede aprovecharse para generar electricidad. Las temperaturas y presiones necesarias para mantener la fusión hacen que sea un proceso muy difícil de controlar. En teoría, la fusión puede suministrar enormes cantidades de energía con relativamente poca contaminación. ^{[ 21 ]} Aunque tanto Estados Unidos como la Unión Europea, junto con otros países, apoyan la investigación sobre fusión (como la inversión en la instalación ITER ), según un informe, la investigación insuficiente ha frenado el progreso en este campo durante los últimos 20  años. ^{[ 22 ]}

La producción de biomasa y biocombustibles son industrias en crecimiento debido al creciente interés en fuentes de combustible sostenibles. El aprovechamiento de los residuos evita la disyuntiva entre alimentos y combustible , y la quema de metano reduce las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que, si bien libera dióxido de carbono, este último es 23 veces menos potente que el metano. Los biocombustibles representan un reemplazo parcial sostenible para los combustibles fósiles, pero su impacto neto en las emisiones de gases de efecto invernadero depende de las prácticas agrícolas utilizadas para cultivar las plantas que sirven como materia prima para su producción. Si bien se cree ampliamente que los biocombustibles pueden ser neutros en carbono , existen pruebas de que los biocombustibles producidos mediante los métodos agrícolas actuales son importantes emisores netos de carbono. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} La energía geotérmica y la biomasa son las únicas dos fuentes de energía renovable que requieren una gestión cuidadosa para evitar el agotamiento local. ^{[ 27 ]}

Las estimaciones de los recursos de energía geotérmica explotables a nivel mundial varían considerablemente, dependiendo de las inversiones supuestas en tecnología y exploración, así como de las conjeturas sobre las formaciones geológicas. Según un estudio de 1998, esto podría ascender a entre 65 y 138 GW de capacidad de generación eléctrica «utilizando tecnología mejorada». ^{[ 28 ]} Otras estimaciones oscilan entre 35 y 2000 GW de capacidad de generación eléctrica, con un potencial adicional de 140 E J /año de uso directo. ^{[ 29 ]}

Un informe de 2006 del MIT que tuvo en cuenta el uso de Sistemas Geotérmicos Mejorados (EGS) concluyó que sería asequible generar 100 GWe (gigavatios de electricidad) o más para 2050, solo en los Estados Unidos , con una inversión máxima de 1.000 millones de dólares estadounidenses en investigación y desarrollo durante 15 años. ^{[ 30 ]} El informe del MIT calculó que los recursos totales de EGS del mundo superaban los 13  YJ, de los cuales más de 0,2 YJ serían extraíbles, con el potencial de aumentar esta cifra a más de 2 YJ con mejoras tecnológicas, suficiente para satisfacer todas las necesidades energéticas del mundo durante varios miles de años. ^{[ 30 ]} El contenido térmico total de la Tierra es de 13.000.000 YJ. ^{[ 29 ]}

En 2005, la energía hidroeléctrica suministró el 16,4% de la electricidad mundial, una cifra inferior al 21,0% de 1973, pero solo el 2,2% de la energía mundial. ^{[ 31 ]}

Las fuentes de energía renovables son incluso más numerosas que los combustibles fósiles tradicionales y, en teoría, pueden satisfacer fácilmente las necesidades energéticas mundiales. En la superficie del planeta inciden 89 PW ^{[ 32 ]} de energía solar. Si bien no es posible capturar toda, ni siquiera la mayor parte, de esta energía, capturar menos del 0,02% sería suficiente para cubrir las necesidades energéticas actuales. Entre las barreras para una mayor generación de energía solar se encuentran el alto coste de fabricación de las células solares y la dependencia de los patrones climáticos para generar electricidad. Además, la generación solar actual no produce electricidad por la noche, lo que supone un problema particular en los países de latitudes altas del norte y del sur; la demanda de energía es mayor en invierno, mientras que la disponibilidad de energía solar es menor. Esto podría superarse comprando energía a países más cercanos al ecuador durante los meses de invierno, y también podría abordarse con avances tecnológicos como el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía económicos. A nivel mundial, la generación de energía solar es la fuente de energía de más rápido crecimiento, con un crecimiento medio anual del 35% en los últimos años. China , Europa , India , Japón y Estados Unidos son los principales inversores en energía solar. La participación de la energía solar en el consumo mundial de electricidad a finales de 2014 fue del 1%. ^{[ 33 ]}

A finales de 2005,  se produjeron 0,3 GW de electricidad mediante energía mareomotriz . ^{[ 34 ]} Debido a las fuerzas de marea creadas por la Luna (68 %) y el Sol (32 %), y la rotación relativa de la Tierra con respecto a la Luna y el Sol, se producen mareas fluctuantes. Estas fluctuaciones de marea dan como resultado una disipación a una tasa promedio de aproximadamente 3,7 TW. ^{[ 35 ]}

Otra limitación física es la energía disponible en las fluctuaciones de las mareas oceánicas, que es de aproximadamente 0,6 EJ ( exajulio ). ^{[ 36 ]} Cabe señalar que esto es solo una pequeña fracción de la energía rotacional total de la Tierra. Sin forzamiento, esta energía se disiparía (a una tasa de disipación de 3,7 TW) en aproximadamente cuatro períodos de marea semidiurna . Por lo tanto, la disipación juega un papel significativo en la dinámica de las mareas oceánicas . En consecuencia, esto limita la energía de las mareas disponible a alrededor de 0,8 TW (20 % de la tasa de disipación) para no perturbar demasiado la dinámica de las mareas.

Las olas se originan a partir del viento, que a su vez se origina a partir de la energía solar, y en cada conversión se produce una disminución de aproximadamente dos órdenes de magnitud en la energía disponible. La potencia total de las olas que llegan a las costas de la Tierra asciende a 3 TW. ^{[ 37 ]}

Las estimaciones de energía eólica disponible varían entre 300 TW y 870 TW. ^{[ 32 ] [ 38 ]} Utilizando la estimación más baja, solo el 5% de la energía eólica disponible cubriría las necesidades energéticas mundiales actuales. La mayor parte de esta energía eólica se encuentra en mar abierto. Los océanos cubren el 71% del planeta y el viento tiende a soplar con mayor fuerza sobre aguas abiertas debido a la menor cantidad de obstáculos.