El objetivo de limitación de calentamiento global lleva indefectiblemente a la necesidad de reducir el uso de combustibles fósiles, de esto no hay duda. En la última COP28, más de 200 países se comprometieron a “alejarse de las fuentes de energías fósiles”, si bien es cierto, no se acordó una fecha de cumplimiento. La meta está fijada, los medios para alcanzarla no. La cuestión que se plantea ahora es cómo y con qué podemos sustituir los combustibles que desde hace dos siglos soportan la actividad humana.
Las soluciones de sustitución pueden ser más o menos evidentes en función del del uso al que se destina cada combustible. Para la producción de electricidad las fuentes renovables, hidráulica, fotovoltaica o eólica, han alcanzado un grado de madurez que permiten una sustitución a precios competitivos. Para la producción de calor, la biomasa, la geotermia, el aprovechamiento de calor residual de procesos industriales, etc. son soluciones que se usan desde hace décadas (algunos como la biomasa desde el origen de nuestra especie).
En otros sectores de actividad, especialmente en el del transporte, la sustitución resulta más complicada. Una fuente de energía para uso móvil debe tener como característica esencial, además de un coste competitivo, una densidad energética (energía contenida en un volumen) mínima que permita la necesaria autonomía en el desplazamiento. Como veremos en este artículo, la sustitución de los derivados del petróleo, en el transporte, no es tan evidente como pudiera parecer.
El sector del transporte (por carretera, marítimo y aéreo) es responsable del 16% de las emisiones de CO2 globales. De hecho, solo es superado por los sectores de producción de electricidad y el industrial. Evidentemente si queremos alcanzar el cero emisiones, hay que buscar sustitutivos a los combustibles usados para el transporte.
Gráfico 1. Emisiones de CO2 por sector
Una primera solución es el uso directo de la electricidad. Esta, si es de origen renovable, no produce emisiones de CO2, todo va bien por ahora. Por el contrario, para embarcar la electricidad en el vehículo se necesitan acumuladores (baterías). Las tecnologías más eficientes son caras, necesitan cantidades importante de metales y su densidad energética es relativamente baja. Su uso en el vehículo ligero parece adecuado (a pesar del coste). En el caso de los barcos y aviones, es evidente que por autonomía o por peso, no serán la solución ideal. Podemos esperar una revolución tecnológica de las baterías, pero por ahora no parece inmediata.
Otra alternativa son los biocombustibles que son aquellos que usan materia orgánica como fuente primaria. Si la fuente orgánica son cultivos dedicados a la fabricación de combustibles (bioetanol o biodiesel), se llega rápidamente al problema ético de si se debe desnutrir al mundo para alimentar las necesidades de combustibles de otra parte del mundo. Por el contrario, los biocombustibles que provienen de la metanización de residuos vegetales son muy beneficiosos para la lucha climática, ya que capturan metano que, de otra forma, habría escapado a la atmosfera[1].
En cuanto al uso final de estos biocombustibles, el bioetanol o el biodiesel son perfectamente utilizables como sustitutivo de la gasolina o el diésel fósil (hace años que se utilizan). Por su parte, el biometano parece muy indicado para el uso en transporte marítimo una vez licuado (bioLNG), para poder ser embarcado en cantidades suficientes.
El problema estructural de estos biocombustibles radica en la limitación del recurso primario. No existen fuentes orgánicas renovables en suficiente cantidad que permitan la sustitución masiva de los combustibles fósiles. Los biocombustibles de nueva generación (3G o 4G) utilizando microrganismos o algas, solo están en fase de experimentación y no se espera que puedan contribuir a la reducción de emisiones en un plazo medio.
Llegamos así a una tercera vía que son los llamados power-to-X. Aquí la idea es partir de la electricidad para producir hidrogeno que, por síntesis, se convierte en otras moléculas más tratables. La producción de hidrógeno se hace por electrolisis (ruptura de la molécula de agua usando electricidad) que es un proceso empleado en la industria desde hace más dos siglos. Por supuesto, es condición necesaria que la electricidad sea de origen renovable o de bajo nivel de emisiones. El hidrogeno así fabricado es de muy baja densidad energética y no es fácilmente almacenable. Para su uso en transporte necesita ser comprimido o licuado a temperaturas muy bajas.
Figura 1 (Frases, 2023) Proceso de producción e-fuels
De ahí que se proponga combinarlo con otras moléculas para ganar en densidad o transportabilidad. Si se combina con CO2 (de origen bio o tras captura) da lugar a e-metanol que se puede usar directamente en motores térmicos convencionales. Si se sintetiza con nitrógeno se puede producir amoniaco que es fácil de transportar. También es posible fabricar moléculas más complejas como e-gasolina o e-keroseno, aunque a coste prohibitivo.
La última familia de combustibles son los basados en el hidrogeno de origen fósil (Blue Hydrogen based fuels) (ver articulo de Newsletter: Hidrógeno Verde Europa). En este caso el hidrogeno se obtiene a partir del gas natural, con captura y almacenamiento del CO2 emitido en el proceso. El coste de este hidrogeno por reformateo es relativamente competitivo, no así el coste de la captura y almacenamiento del CO2. La aceptación social del almacenamiento tampoco parece evidente ni la continuidad de la industria extractiva de gas natural es lo más adecuado si queremos evitar las emisiones de metano. Igual que en el caso de los power-to-X, la adición de otras moléculas para generar combustibles líquidos, hace extremadamente caro el combustible final.
Así llegamos a las cuestiones esenciales de esta transformación energética. Hoy en día, sabemos fabricar los sustitutivos de los combustibles fósiles: electricidad, biocombustibles, hidrogeno, power-to-X, etc., pero ¿A qué coste? ¿Son viables estos tipos de combustibles? ¿Cuánto subirá el precio de la energía? ¿Será aceptable por la sociedad? ¿Esta sustitución podrá ser implementada en todos los países?
Sin revolución tecnológica mayor, el coste de los combustibles de sustitución parece ligado a la evolución del coste de la electricidad renovable (o de bajas emisiones). Este a su vez depende del coste del capital y de las condiciones de funcionamiento (intermitencia de las fuentes renovables). En las mejores condiciones no creemos que el coste de la electricidad, como materia prima para producción de e-fuels, baje de los 40€-50€/MWh. Y esto suponiendo que se encuentran emplazamientos idóneos para generar masivamente la electricidad primaria. A partir de este coste, habrá que adicionar las inversiones en electrolizadores y las perdidas energéticas correspondientes a la producción de hidrogeno verde (40%). Si seguimos la cadena de producción de moléculas más complejas, seguiremos sumando inversiones y perdidas energéticas. Si a esto unimos los costes de transporte a destino, llegamos a combustibles que, en el mejor de los casos, costaran entre 3 y 7 veces mas que los combustibles tradicionales. ¡Tenemos un problema!
En conclusión, si queremos reducir las emisiones de CO2, deberemos sustituir los combustibles fósiles, pero esto se hará con un incremento muy sensible de los costes de la energía. En los países con políticas climáticas avanzadas, por ahora, los objetivos de reducción de emisiones obligan a la inclusión de biocombustibles en dosis homeopáticas que impiden que el consumidor final se percate del incremento del coste. Además, los nuevos combustibles suelen estar exonerados de los impuestos y tasas que gravan fuertemente a los combustibles fósiles. Indiscutiblemente, a medida que los objetivos de reducción de emisiones sean más ambiciosos, los efectos serán más palpables con subidas de precios para los consumidores y/o bajada de recaudación para los Estados.
Para alcanzar el objetivo climático necesitamos una correcta dosificación de las distintas soluciones viables, evitando posiciones dogmáticas o escépticas. En este incierto camino hacia el Net Zero en 2050, deseamos que entre todos seamos capaces de buscar soluciones pragmáticas aceptables desde el punto de vista medioambiental y societal que nos permitan salvar el planeta Buena suerte a todos.
[1] El metano emitido a la atmosfera permanece en ella unos 20 años con efectos en el calentamiento 80 veces más intensos que el CO2.