Energía sostenible
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| Energía sostenible | |
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| Visión general | |
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| Conservación energética | |
| Energía renovable | |
| Transporte sostenible | |
La energía sostenible es un principio en el que el uso humano de la energía "satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades".[1] Otra definición de energía sostenible es que se consume a tasas insignificantes en comparación con su suministro y con efectos colaterales manejables, especialmente efectos ambientales. Las estrategias de energía sostenible generalmente tienen dos pilares: métodos más limpios de producción de energía y conservación energética.
Las tecnologías de energía sostenible se implementan para generar electricidad, calentar y enfriar edificios, y para alimentar los sistemas de transporte y las máquinas. Cuando se hace referencia a los métodos de producción de energía, el término "energía sostenible" a menudo se usa de manera intercambiable con el término "energía renovable". En general, las fuentes de energía renovable, como la energía solar, la energía eólica, la energía geotérmica y la energía mareomotriz, se consideran fuentes de energía sostenible. Sin embargo, la implementación de proyectos particulares de energía renovable, como la represa de ríos para generar hidroelectricidad o la tala de bosques para la producción de biocombustibles, a veces plantea importantes preocupaciones de sostenibilidad. Existe una considerable controversia sobre si la energía nuclear puede considerarse sostenible.
Los costos de las fuentes de energía sostenibles han disminuido enormemente a lo largo de los años y continúan disminuyendo. Cada vez más, las políticas gubernamentales efectivas apoyan la confianza de los inversionistas y estos mercados se están expandiendo. Se está logrando un progreso considerable en la transición energética de los combustibles fósiles a los sistemas ecológicamente sostenibles, hasta el punto en que muchos estudios apoyan la Energía renovable 100%.
El principio organizador para la sostenibilidad es el desarrollo sostenible, que incluye los cuatro dominios interconectados: ecología, economía, política y cultura.[2] La ciencia de la sostenibilidad es el estudio del desarrollo sostenible y la ciencia ambiental.[3]
En marzo de 2025, las fuentes renovables representaron el 62,3% del mix eléctrico en América Latina y el Caribe, destacando la hidroeléctrica (47,1%) como principal contribuyente, seguida por la solar y la eólica. Algunos países alcanzaron niveles cercanos al 100% de generación renovable, como Paraguay, mientras que Costa Rica, Brasil, Uruguay y Colombia superaron el 75%.[4]
El concepto de desarrollo sostenible fue descrito por la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo en su libro Nuestro futuro común de 1987.[5] Su definición de "sostenibilidad", que ahora se usa ampliamente, era:
"El desarrollo sostenible debe satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades".Comisión Brundtland, 1987
En su libro, la Comisión describió cuatro elementos clave de sostenibilidad con respecto a la energía: la capacidad de aumentar el suministro de energía para satisfacer las crecientes necesidades humanas, la eficiencia y conservación de la energía, la salud y seguridad públicas y la "protección de la biosfera y la prevención de formas más localizadas de contaminación".[6] Desde entonces, se han ofrecido varias definiciones de energía sostenible que también se basan en los tres pilares del desarrollo sostenible: el medio ambiente, la economía y la sociedad.
- Los criterios ambientales incluyen las emisiones de gases de efecto invernadero, el impacto en la biodiversidad y la producción de desechos peligrosos y emisiones tóxicas.
- Los criterios económicos incluyen el costo de la energía, la confiabilidad del suministro y los efectos en el empleo asociados con la producción de energía.
- Los criterios socioculturales incluyen la prevención de conflictos por el suministro de energía (seguridad energética) y la disponibilidad de energía a largo plazo.[7]
Como ninguna fuente de energía cumple con estos criterios a la perfección, las fuentes de energía sostenible son sostenibles solo en comparación con otras fuentes. La inexistencia de fuentes de energía perfectas significa que promover un uso eficiente de la energía es esencial para las estrategias de energía sostenible.[7]
La energía verde es la energía que se puede extraer, generar y/o consumir sin ningún impacto negativo significativo para el medio ambiente. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) define la energía verde como la electricidad producida a partir de energía solar, eólica, geotérmica, biogás, biomasa y hidroeléctricas pequeñas de bajo impacto.[8]
Panorama global reciente
A nivel mundial, la transición hacia fuentes de energía sostenible ha cobrado un impulso significativo. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), la capacidad de generación renovable creció un 9,6% en 2024, con la solar y la eólica representando el 95% de esa expansión. China, Estados Unidos y la Unión Europea lideran las nuevas instalaciones. El costo nivelado de la energía (LCOE) para la solar fotovoltaica a escala de servicios públicos ha disminuido en aproximadamente un 85% desde 2010, mientras que la eólica terrestre ha visto reducciones de alrededor del 60%, haciendo que estas tecnologías sean competitivas o incluso más baratas que los combustibles fósiles en muchas regiones.
Fuentes de energía renovable
Cuando se hace referencia a fuentes de energía, los términos "energía sostenible" y "energía renovable" a menudo se usan indistintamente. Sin embargo, los proyectos particulares de energía renovable a veces plantean importantes preocupaciones de sostenibilidad. Las tecnologías de energía renovable son contribuyentes esenciales para la energía sostenible, ya que contribuyen a la seguridad energética mundial, reduciendo la dependencia de los recursos de combustibles fósiles[9] y brindando oportunidades para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero.[9] Se han realizado diversos trabajos de análisis costo-beneficio para determinar las vías más baratas y rápidas para descarbonizar el suministro energético mundial, aunque existe controversia, particularmente sobre el papel de la energía nuclear.[10][11]
Hidroelectricidad
Entre las fuentes de energía renovable, las plantas hidroeléctricas tienen la ventaja de ser de larga duración; muchas de las plantas existentes han operado por más de 100 años. Además, son limpias y tienen pocas emisiones directas. Las críticas dirigidas a las centrales hidroeléctricas a gran escala incluyen: la dislocación de personas que viven donde se planifican los embalses y la liberación de cantidades significativas de dióxido de carbono durante la construcción e inundación del embalse (especialmente en regiones tropicales).[12] Sin embargo, innovaciones recientes en la tecnología de turbinas están permitiendo el desarrollo eficiente de proyectos hidroeléctricos de bajo impacto en la corriente del río.[13]
La energía hidroeléctrica experimentó un intenso desarrollo durante el crecimiento de la electrificación en los siglos xix y xx, y está experimentando un resurgimiento en el xxi. Las áreas de mayor crecimiento hidroeléctrico son las economías en auge de Asia. China es el líder del desarrollo, aunque otras naciones asiáticas también están instalando energía hidroeléctrica a un ritmo rápido. Este crecimiento está impulsado por un aumento en los costos de la energía importada y por el deseo generalizado de una generación más doméstica, limpia, renovable y económica.
Energía geotérmica
Las tecnologías en uso para la producción geotérmica incluyen plantas de vapor seco, plantas de vapor flash y plantas de ciclo binario. La generación de electricidad geotérmica se usa actualmente en 24 países, mientras que la calefacción geotérmica se usa en 70 países.[14] Se considera que la energía geotérmica es una fuente de energía sostenible y renovable porque la extracción de calor es pequeña en comparación con el contenido de calor de la Tierra.[15] Las emisiones de gases de efecto invernadero de las plantas geotérmicas son en promedio 45 gramos de dióxido de carbono por kilovatio-hora de electricidad, o menos del 5% de las de las plantas de carbón convencionales.[14] Como fuente de energía renovable para electricidad y calefacción, la energía geotérmica tiene el potencial de satisfacer el 3-5% de la demanda mundial para 2050. Con incentivos económicos, se estima que para 2100 podría satisfacer el 10% de la demanda global.[16]
Biomasa y biocombustibles
La biomasa es un material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos, principalmente plantas o materiales derivados de plantas (biomasa lignocelulósica).[17] Como fuente de energía, la biomasa puede usarse directamente mediante combustión para producir calor, o indirectamente después de convertirla en diversas formas de biocombustible (métodos térmicos, químicos o bioquímicos). La madera sigue siendo la mayor fuente de energía de biomasa en la actualidad.[18] Sin embargo, la combustión de biomasa produce contaminantes como óxidos sulfurosos (SOx), óxidos nitrosos (NOx) y partículas (PM). La Organización Mundial de la Salud estima que la contaminación del aire causa 7 millones de muertes prematuras anualmente, y la combustión de biomasa es un contribuyente importante.[19]
Las briquetas de biomasa se utilizan cada vez más en el mundo en desarrollo como una alternativa al carbón vegetal. Un ejemplo notable está en la provincia de Kivu del Norte, en el este de la República Democrática del Congo, donde el personal del Parque nacional Virunga ha capacitado a más de 3500 personas para producir briquetas de biomasa, reemplazando el carbón vegetal producido ilegalmente y creando empleo en zonas afectadas por conflictos.[20]
Brasil tiene uno de los programas de energía renovable más grandes del mundo, con producción de etanol a partir de caña de azúcar. El etanol proporciona el 18% del combustible automotriz del país, contribuyendo a la autosuficiencia petrolera.[21][22]
La mayoría de los autos en Estados Unidos pueden funcionar con mezclas de hasta 10% de etanol, y existen vehículos de "combustible flexible" que pueden usar hasta 85% de etanol (E85). A mediados de 2006, había aproximadamente seis millones de vehículos compatibles con E85 en las carreteras estadounidenses.[23]
Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), las nuevas tecnologías de bioenergía (biorrefinerías de etanol celulósico) podrían permitir que los biocombustibles desempeñen un papel más importante en el futuro.[24] El etanol celulósico se obtiene de materia vegetal no comestible (residuos de cultivos, residuos de madera, residuos sólidos municipales) y de cultivos energéticos como el switchgrass (Panicum virgatum).[25]
Energía eólica
En Europa, en el siglo xix, había unos 200.000 molinos de viento, principalmente para moler grano y bombear agua, pero la era del carbón y el vapor reemplazó este uso temprano.[27] Hoy, la energía eólica es una de las fuentes renovables de más rápido crecimiento. A finales de 2008, la capacidad mundial de parques eólicos era de 120.791 MW, un incremento del 28,8% durante el año,[28] y produjo aproximadamente el 1,3% del consumo mundial de electricidad.[29]
En 2006, la energía eólica representaba el 20% de la electricidad en Dinamarca, el 9% en España y el 7% en Alemania. La capacidad eólica instalada en la UE, principalmente offshore (mar adentro), alcanzó 14,6 GW en 2021 y se espera que aumente considerablemente.[30] La capacidad total acumulada de generación eólica en el mundo a finales de 2020 ascendía a 733 GW. Desde 2010, más de la mitad de la nueva energía eólica se ha agregado fuera de Europa y Norteamérica, impulsada por China, India, Brasil y Vietnam, entre otros.
| Pos. | País | Capacidad (MW) |
|---|---|---|
| 1 |  China | 281.993 |
| 2 |  Estados Unidos | 117.744 |
| 3 |  Alemania | 62.184 |
| 4 |  India | 38.559 |
| 5 |  España | 27.089 |
| 6 |  Reino Unido | 24.665 |
| 7 |  Francia | 17.382 |
| 8 |  Brasil | 17.198 |
| 9 |  Canadá | 13.577 |
| 10 |  Italia | 10.839 |
Fuente: IRENA, 2022.[31]
En 2022, la generación eólica mundial aumentó en 265 TWh (14%), superando los 2.100 TWh.[32]
Energía solar
Calefacción solar
Los sistemas de calefacción solar consisten en colectores solares térmicos, un sistema de fluido para mover el calor y un depósito de almacenamiento. Se utilizan para calentar agua caliente doméstica, piscinas o espacios.[33] En muchos climas pueden proporcionar del 20 al 80% de la energía para agua caliente doméstica.[34] Las plantas termosolares han operado comercialmente en California desde los años 80, incluyendo los 350 MW de los Solar Energy Generating Systems (SEGS). Nevada Solar One es otra planta de 64 MW.[35]
Electricidad solar fotovoltaica
Desde la década de 1990, la industria fotovoltaica (FV) se ha centrado en edificios fotovoltaicos integrados y plantas conectadas a la red. Actualmente, la planta FV más grande de Norteamérica es la Nellis Solar Power Plant (15 MW).[36] Existen propuestas para plantas mucho mayores, como una de 154 MW en Victoria, Australia.[37][38]
La eficiencia de los paneles FV comerciales ronda el 15-24%, aunque en laboratorio se han alcanzado eficiencias superiores. Grandes proyectos de investigación en fotosíntesis artificial buscan usar energía solar para dividir el agua en hidrógeno (combustible solar).[39][40] En 2011, investigadores del MIT desarrollaron una "hoja artificial" que divide el agua directamente usando energía solar.[41]
Japón y China tienen programas nacionales para la energía solar basada en el espacio (SBSP) a escala comercial, con la esperanza de orbitar demostradores en la década de 2030.[16] La propuesta de la industria D3 (Diplomacia, Desarrollo, Defensa) ganó el Desafío de Innovación D3 de SECDEF/SECSTATE/USAID en 2016.[42]
Energía oceánica (mareomotriz y undimotriz)
Portugal inauguró la primera granja comercial de olas del mundo, el Parque de Olas de Aguçadora, en septiembre de 2008, utilizando tres máquinas Pelamis P-750 con una capacidad esperada de 2,25 MW.[44] Debido a problemas técnicos, las máquinas fueron devueltas a puerto en noviembre de 2008. En 2007, el gobierno escocés financió una granja de olas de 3 MW en Orkney.[45]
En 2007, se instaló en Strangford Lough (Irlanda) la primera turbina de marea comercial del mundo, de 1,2 MW, aprovechando corrientes de hasta 4 m/s. La turbina está casi completamente sumergida y sus rotores giran lo suficientemente lentos como para no suponer un peligro para la vida silvestre.[46]
Tecnologías habilitadoras para renovables
La energía solar y eólica son fuentes intermitentes que producen electricidad del 10 al 40% del tiempo. Para compensar esto, es común complementarlas con hidroelectricidad, hidroelectricidad con bombeo, o tecnologías de almacenamiento.
Las bombas de calor y el almacenamiento térmico permiten utilizar fuentes renovables de baja temperatura (agua de mar, suelo, aire). El almacenamiento térmico puede ser de corto plazo (horas, nocturno) o estacional (verano a invierno). Un ejemplo es la comunidad solar de Drake Landing (Alberta, Canadá), que obtiene el 97% de su calefacción anual de colectores solares en tejados, con almacenamiento en perforaciones geotérmicas.[47][48]
Controversia sobre la energía nuclear
Existe una considerable controversia sobre si la energía nuclear puede considerarse sostenible. Algunas formas de energía nuclear, como los reactores rápidos integrales capaces de "quemar" desechos nucleares mediante transmutación, podrían considerarse "verdes" por algunos.
Defensores notables de la energía nuclear (al menos como parte de la solución climática) incluyen a Patrick Moore (cofundador de Greenpeace),[49] George Monbiot,[50] Bill Gates[51] y James Lovelock.[52]
Críticos, como Phil Radford de Greenpeace, argumentan que los problemas con los desechos radiactivos y el riesgo de accidentes nucleares (Chernobyl, Fukushima) son inaceptables.[53] Los diseños de reactores de nueva generación (como los de sal fundida o los reactores modulares pequeños) abordan algunos de estos problemas, pero aún no se han comercializado a gran escala.
Eficiencia energética y conservación
Avanzar hacia la sostenibilidad energética requiere cambios no solo en la oferta, sino también en la demanda. La eficiencia energética y la conservación son a menudo más económicas que la generación adicional. La energía renovable y la eficiencia energética se consideran los "pilares gemelos" de la política energética sostenible.[54]
Sin embargo, históricamente la tasa de mejora en eficiencia ha sido superada por el crecimiento de la demanda debido al crecimiento económico y poblacional, por lo que el uso total de energía y las emisiones de carbono han seguido aumentando. Esto sugiere que, además de la eficiencia, es necesario reducir el crecimiento de la demanda.[55]
La energía renovable y la eficiencia ya no son sectores especializados. La inversión global en energía sostenible fue de $148 mil millones en 2007 (60% más que en 2006), con transacciones financieras totales (incluyendo adquisiciones) de $204 mil millones.[56]
Redes inteligentes (smart grids)
La red inteligente es una clase de tecnologías que modernizan los sistemas de suministro eléctrico mediante control remoto y automatización basada en computadoras, utilizando comunicación bidireccional.[57] Ofrecen mejoras significativas en eficiencia energética, integración de renovables intermitentes y gestión de la demanda.
Energía verde y etiquetado
La energía verde incluye procesos energéticos naturales que pueden aprovecharse con poca contaminación, generalmente de fuentes renovables.[58] Algunos argumentan que la energía verde debe ir acompañada de un cambio cultural que fomente la disminución del apetito energético.[59]
En varios países, los consumidores pueden comprar electricidad "verde" a través de proveedores, aunque la electricidad que llega a sus hogares no se distingue de la mezcla general. La venta de certificados de energía renovable (REC) permite a los consumidores financiar renovables incluso si no pueden instalarlas localmente.
Unión Europea
La Directiva 2004/8/CE promueve la cogeneración de alta eficiencia.[60] ONGs ambientales europeas han lanzado la etiqueta ecológica EKOenergy para electricidad renovable que cumple criterios adicionales de sostenibilidad, adicionalidad y transparencia.[61] En el Reino Unido, un plan de certificación de suministro de energía verde se lanzó en 2010 bajo la supervisión del regulador Ofgem.[62]
Estados Unidos
El Departamento de Energía (DOE), la EPA y el Centro de Soluciones de Recursos (CRS) reconocen la compra voluntaria de electricidad renovable como energía verde.[63] La forma más popular es mediante la compra de Certificados de Energía Renovable (REC). Según una encuesta, el 55% de los consumidores estadounidenses desea que las empresas aumenten su uso de energías renovables.[63] En 2014, Arcadia Power comenzó a ofrecer REC a hogares y empresas en los 50 estados, permitiendo el uso de "100% energía verde" según la definición de la EPA.[64][65]
Más de la mitad de los clientes de electricidad de EE. UU. tienen opción de comprar energía verde. Las ventas minoristas voluntarias de energía renovable en EE. UU. superaron los 12 mil millones de kWh en 2006, un 40% más que el año anterior.[57]
Investigación en energía sostenible
La producción científica en energía sostenible ha crecido exponencialmente, de unos 500 artículos en inglés sobre energías renovables en 1992 a casi 9.000 en 2011.[66] Organizaciones clave incluyen:
- Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, EE. UU.): presupuesto de $375 millones (2009), con programas en solar, eólica, geotermia, hidrógeno y biocombustibles.[67]
- Laboratorio Nacional de Sandía (SNL, EE. UU.): presupuesto total de $2,4 mil millones (2011), con divisiones en energía solar fotovoltaica, eólica, geotermia e hidrógeno.[68]
- Centro de Investigación de Energía Solar (SERC, UNC): enfocado en tecnología solar rentable.
- Joint BioEnergy Institute (JBEI): financiado por el DOE, enfocado en biocombustibles celulósicos.
- Centro Internacional de Investigación Geotérmica (IGC, Alemania): investigación en desarrollo geotérmico.
Inversiones en energía limpia
La inversión global en energía limpia (renovables + eficiencia) alcanzó los $333,5 mil millones en 2017, con China liderando ($132,6 mil millones), seguida de EE. UU. ($56,9 mil millones) y la UE ($49,5 mil millones). La solar representó el 57% de las nuevas inversiones en renovables, seguida de la eólica (38%).[69]
En Estados Unidos, la eficiencia energética gastó $6,6 mil millones en 2017 (eléctrica) y $1,3 mil millones (gas natural), logrando ahorros de 27,3 millones de MWh.[70]
Revistas científicas relacionadas
- Energy & Environmental Science (RSC)
- Energy for Sustainable Development (Elsevier)
- Energy Policy (Elsevier)
- Journal of Renewable and Sustainable Energy (AIP)
- Renewable and Sustainable Energy Reviews (Elsevier)
