Una crítica al informe del Hill’s group sobre el pico del petróleo

“¿Por qué no lo llamas entropía? (…) Nadie sabe realmente lo que es la entropía, así que ante cualquier debate estarás siempre en una posición ventajosa”. John von Neumann

 

Este informe ha venido circulando por páginas web y blogs que se preocupan por el problema que llamamos “pico del petróleo”.

Para los que partimos de la base de que éste fenómeno es tan incontrovertible como el cambio climático, informes como éste hacen un flaco favor a los que trabajamos seriamente sobre estos asuntos y por ello debe ser denunciado con contundencia, en especial porque ha tenido una cierta propagación, seguramente confirmando la intuición de hace más de medio siglo de John von Neumann.

Las bases físicas, lógicas, tecnológicas y económicas son erróneas, así que no me entretendré demasiado y solo señalaré algunos fallos que considero flagrantes.

El informe trata de calcular la energía total invertida para dar petróleo a los consumidores, a esta energía la llama Etp. Su conclusión es que en un horizonte muy cercano el petróleo dejará de ser una fuente neta de energía (costará más energía llevarlo al consumidor que la que le va a proporcionar a este). Es decir, en otros términos , la TRE (Tasa de Retorno Energético) será menor que 1.

El método que emplean es a partir de un supuesto cálculo termodinámico basado en la variación de entropía y la exergía perdida en ese proceso. Aclaremos que la sociedad no consume petróleo directamente para producir energía, sino gasolinas, diésel etc. Así pues ese cálculo tendría que tener en cuenta la energía gastada desde la exploración de pozos, la extracción del petróleo, su transporte y refino y las infraestructuras de la industria del petróleo. Las fuentes energéticas para ese proceso obviamente no tienen por qué ser combustibles líquidos provenientes del petróleo. Si hablamos de energía neta o de TRE, entonces habría que tener en cuenta la energía contenida en el vector energético que realmente utilizamos (e.g. la gasolina). Esta TRE es la que hemos llamado TRE estándar (o más precisamente TRE en el punto de uso). Para el caso de la gasolina o diésel y a escala global anda por 5-10 (ver mis post sobre el tema). Sin embargo, para que llegue la gasolina al consumidor final, se requiere de un sistema industrial y minero que también consume energía: el gasto energético en las minas para extraer el hierro y en las acerías para convertirlo en el acero con el que se hacen las plataformas petrolíferas es un ejemplo de que la cadena es aún mayor. Esta TRE es más difícil de calcular, la llamaríamos TRE extendida y  para el mundo y el sistema energético en su conjunto la he estimado en 4-5.

Pues bien, el informe del Hill’s group, en realidad solo calcula (y mal además, véase un análisis detallado en el blog de Antonio Turiel) la pérdida térmica del petróleo mientras sale del pozo. Esta pérdida energética es debida a que el petróleo puede estar a 400ºC dentro del pozo y cuando lo sacamos del mismo se enfría a la temperatura ambiente de la superficie. Esta pérdida energética nada tiene que ver con el gasto energético que hacemos los humanos para extraer en la boca del pozo el petróleo. Fijémonos que el petróleo puede salir por sus propios medios una vez que hemos hecho la perforación o puede necesitar ayuda si tenemos que inyectar agua, por ejemplo. Ni el gasto energético en la perforación ni el agua inyectada en su caso son energías relacionadas con lo que “calcula” el Hill’s group.

Y aunque fuera así, del petróleo no nos interesa su energía térmica (no aprovechamos que puede estar a 400ºC y podría ser pues una fuente de calor), sino que nos interesa su energía química interna (aunque tras el refino normalmente lo quemamos para obtener calor).

Este error garrafal invalida todo el informe desde el primer párrafo técnico.

En todo caso, el Hill’s group sólo estaría teniendo en cuenta el gasto energético en la boca del pozo, no hay ningún cálculo asociado a toda la cadena que hemos descrito y que está implícita en su pretensión al definir como hacen el Etp. Por tanto, si hubieran calculado bien solo habrían calculado una parte –pequeña de hecho- de todo el gasto total. Es decir, que la realidad sería muchísimo peor que la que ellos están dibujando. Como sus conclusiones son dramáticas (costes a la industria de 200$ el barril en 2020, 500$/barril en 2030, en 2012 la Etp es la mitad de la energía que contiene el petróleo y en 2030 la Etp es igual a la que contiene el petróleo, es decir, TRE extendidas de 2 y 1 respectivamente), parecería que antes del 2012 la gasolina ya no llegaba con energía neta al consumidor y por tanto, hace años el sector transporte debería haber entrado en un rápido y severo colapso. Hoy no deberíamos estar moviendo nada con gasolina o diésel.

El informe no pasaría ningún filtro si no fuera porque escondido bajo la terminología termodinámica (entropía, exergía) y escondido bajo una cadena de supuestos no hechos explícitos, provoca que se requiera un cierto tiempo –del que solemos carecer todos- y comprensión del lenguaje matemático físico para desmontar sus páginas iniciales. Quizás por eso, aunque también comete fallos en cuestiones tecnológicas y económicas, las críticas hasta ahora han sido medianamente tímidas y ha pasado sin una revisión básica.

Sin embargo, dado que efectivamente la situación de la industria del petróleo y energética está en momentos “críticos” y dado que efectivamente tenemos toda esa retahíla de problemas que nos conducen al colapso, este tipo de “estudios” pueden ser dados la vuelta y convertirse en armas para los negacionistas –en este caso de la crisis energética-. Es por ello que se carga sobre nuestras espaldas un trabajo que quizás no nos esperábamos tan pronto en este tema: desmontar los argumentos falaces de aquellos que terminan concluyendo no muy diferentemente a nosotros.

En todo caso, el ejercicio además de necesario, puede tener su utilidad, porque si lo hacemos, nos dará mayor credibilidad (nuestro filtro funciona a pesar de que no es tan fácil que lo haga cuando lo que se nos presenta confirma nuestras ideas/expectativas).

Todo se realimenta.

Carlos de Castro Carranza

 

Anexo:  Señalo aleatoriamente aquí algunos errores/incoherencias:

1º From Graph 1 and eq 6 we could estimate η The report estimate and use 0,2 constant but for 2030 I obtain 0,14.

 

2º EROEI=2 in 2012, but following Sankeys from EIA (real numbers) will be around 4 -5 even considering energy infrastructures (extended EROEI).

 

3º Eq 7 show Etp in BTU/lb/Gb but Ep is in BTU/Gb Different dimensions?

 

4º Eq 7 gives 3th column of Chart 1 that is << that the 4th column being used. Eq 7 refers only (and partially) to the Etp just in the oil extraction process; no Etp is calculated for exploration, extraction infrastructure, oil transport, oil refinery etc. This is supposed to be = 4th column but it is supposed from hypothesis 1, with no empirical support.

 

5º Etp is simulated supposing that the only source is oil but it is not true in the real World (for instance the report say: “The Etp function generated cannot exceed Eg, crude’s specific exergy”. That’s not necessarily true if Etp comes from natural gas or coal (if coal EROEI>10, then could have sense if we need liquids).

 

6º “Etp must also be an increasing function”. This could apply for the extraction process but it is not for the Etp of a refinery.

 

7º graph 5 show $/barrel as function of cumulative production. They exclude 1980-1985 for geopolitical reasons, but the same reasons could apply for 1973, 2001, 2008 etc. The price of oil is not only determined by geophysical reasons in any year from 1939 to present. The report use nominal $ that if inflation happens at a constant rate, it is expected that price growth in an exponential like curve (for mathematical reasons, neither physical nor economic reasons) therefore, the exponential nature of prices is artefactual with no physical base. If you use constant $ instead of nominal $ you do not see the same exponential growth but an erratic price, geopolitical dependent. Therefore the report is useless to predict oil price.

 

8º The red line in graph 6 goes over 100% of %reservoir extracted as possible; gross mistake

 

9º Trend line in graph 7 has no good correlation

 

10º From column 3 to column 4 in Chart 1 it is not clear how to go.

 

11º In graph 8 they suppose an horizontal asymptotic line for the Etp at the end of exploitation, a cero at the beginning (year 0) (which it is not correct from the point of view of reality and physics) and suppose a more or less logistic function in between. This could happen for Etp if it is excluded refineries and other Etp inputs. The logistic function imply (for mathematical necessities) that  EROEI=2 will be near peak oil, this has no real grounds because thermodynamics it is only one of the factors of real EROEI.

 

12º Graph 13: there is no physical sense to adjust with a SIN function, in fact, if Ep is not logistic, η will be not constant as supposed in the report. How could you explain that, from 1980 to 1995, the Ep decrease? This will mean that η decrease? I have calculated some η from their results and I find some values far from 0,2 used. Also, it seems that η is the machinery efficiency as the report writes, but it is obvious that this quantity evolve during s.XX. At present time combustion motors have >20% efficiencies. Even more, electricity and other secondary sources for the oil industry are produced with >20% efficiencies.

 

13ª Graph 16: nominal $/barrel <15$ have no sense in economic terms. From >15$ it seems more a slow declining line for EROEI. From >50$ it seems that EROEI is constant.

 

14º Report confuse several EROEIs; from the report the EROEI(extended?) will be 2 for the 2012 year, but in graph 16 is 10 (EROEIstandard?). If EROEIextended will be 2, then coal and gas must be sustaining oil industry many years before 2012, if so, Etp from this sources are the important ones, therefore they invalidate the implicit hypothesis that Etp is from oil.

 

15º The report confuse oil –that is not a direct source of energy for a consumer- with oil products like gasoline, etc. The report does not use real energy sources that it is the only source of coherent EROEI, etc. estimations.

 


Cuatro cosas básicas sobre entropía que todo ecologista y/o interesado en el pico del petróleo, los límites del crecimiento y el colapso de la civilización debería conocer

1.- La entropía no es desorden, ni caos, ni muerte. Es dispersión, reparto, multiplicidad [de la energía]

(No hay tendencia natural a Tanathia pues la muerte térmica del Universo no será antes de millones de veces el tiempo que el Universo lleva aquí desde su Big Bang)

La ley de la entropía está basada en una enormemente pequeña fluctuación de la distribución de la energía en los primeros instantes del Big Bang, quizás hiperamplificada por la inflación (no se preocupe si no me sigue ahora; se me ocurrió hace dos décadas que cuando un sistema crece demasiado rápido inevitablemente genera desigualdad…).

La sopa informe y desordenada de energía-materia había nacido con sitios donde había más energía concentrada que en otros.  Aborrecer esa pequeña desigualdad ha generado 13800 millones de años después todo lo que vemos y somos ahora.

La historia del Universo, su presente, y su futuro, es una historia de cómo volver a la equidad en el reparto de esa energía lo más rápidamente posible.

Probablemente esta es la idea más potente de la historia de la humanidad que estamos sólo empezando a explorar (algunos) científicos y filósofos (por favor vuelva a leerla).

El Universo aborrece los gradientes energéticos, la desigualdad. Lo importante no es la meta, lo importante es el largo y creativo camino hacia esa muerte térmica en el lejanísimo futuro  (una vez más física y tao parecen conectar).

Si se ha perdido, pido disculpas. Vuelvo al principio.

Decir que la entropía no es desorden es importante. El genial Maxwell ya lo entendió cuando dijo que “el orden no es una propiedad de las cosas materiales en sí mismas, sino solo una relación para la mente que lo percibe“.

Pero vamos con ejemplos/analogías para entenderlo mejor:

Imagine la habitación de un niño. En un rincón, sobre una estantería está la caja de sus juguetes. A este (micro)estado de la habitación lo vamos a llamar S0.

Media hora después de entrar el niño la habitación ha quedado desordenada (para los padres, para el niño seguramente tiene una lógica y un orden que podría explicar). Decimos que ha aumentado la entropía porque los juguetes están dispersos en un nuevo estado que llamaremos S1.

Sin embargo, en realidad el estado concreto S1 en que se encuentra la habitación es tan improbable como el que caracterizarían sus padres como ordenado (el S0); la prueba es que nunca volveremos a ver exactamente S1.

Al día siguiente y tras el paso de un adulto (y un aumento de la entropía fuera de la habitación), la habitación queda de nuevo en el estado S0, pero ese mismo día el niño vuelve a dispersar los juguetes (está en su naturaleza). Si nos fijamos en los detalles ya no estamos en el estado S1, sino en un nuevo estado S2 (si nos encontráramos de nuevo con S1 pensaríamos que un milagro habría ocurrido o nos asustaríamos recordando la película “El día de la marmota“).

Al cabo de un año, habríamos encontrado 1 estado S0 y 365 estados S1, S2,… S365 (en realidad miles intermedios si miramos cada minuto la habitación).

Si no ordenamos nunca la habitación, nunca aparecería tampoco el estado S0 otra vez. Así pues, sin intervención paterna, tenemos 366 estados de la habitación, 365 con los juguetes dispersos y 1 con los juguetes concentrados en la caja.

La ley de la entropía no es más que un cálculo de probabilidad: existe una tendencia enorme a encontrarnos con estados dispersos sencillamente porque son enormemente más numerosos, y por tanto probables.

El término correcto es dispersión, no desorden (si viéramos instante a instante lo que hace el niño no encontraríamos ese desorden por ningún lado).

Si nuestra mente adulta agrupa en dos el universo-habitación: “juguetes en la caja” (macroestado C0) versus “juguetes dispersos por la habitación” (macroestado C1), entonces concluiremos que exite una tendencia -partiendo de C0- a ir espontánemente a C1, y consideraríamos un milagro el proceso inverso (no es que sea imposible, es que es altísimamente improbable que espontáneamente un niño disperse sus juguetes dentro de la caja).

La entropía ni nos lleva al desorden, ni al caos, ni a la muerte; no es mala. Como mucho es traviesa y, como veremos, creativa como un niño.

2.- La intervención del ser humano en la biosfera no aumenta la entropía que se produce en la Tierra, la disminuye.

La civilización humana, de hecho, cualquier metabolismo, para su mantenimiento requiere intercambios de energía, pues para intercambiar materia e información se necesita previamente intercambios de energía que reduzcan algún gradiente de la misma. Todo cambio requiere intercambio de energía y para que exista intercambio se necesita un gradiente, una concentración de energía que dispersar.

Siempre que hay un intercambio de energía entre el “metabolismo” y su entorno aumentará la entropía del metabolismo + su entorno; normalemtne aumenta sobre todo el del entorno, a veces disminuyendo el del metabolismo; sencillamente porque el entorno es más grande, y por tanto con más estados posibles, y porque el metabolismo se mantiene precisamente generando ese entropía.

Un metabolismo no cristalizado requiere intercambios continuados de energía.

Ahora bien, la civilización humana es un metabolismo montado sobre otro metabolismo mayor, la biosfera o Gaia. El entorno de nuestra civilización es Gaia y por tanto nuestro “metabolismo” genera un aumento de entropía en nuestro entorno. Lo hace también un bosque, aunque con una diferencia: el metabolismo de nuestra civilización funciona como un cáncer en la biosfera y como tal tiende a destruirla, un bosque no.

Como la biosfera-hospedante es mayor (y más compleja), intercambia mucha más energía que la civilización humana, así que es lógico pensar que la creación de entropía de Gaia sobre su entorno será mucho mayor que la que creamos los humanos sobre Gaia.

Como nuestra civilización está degradando fuertemente el metabolismo que la acoje (la desordena, a diferencia de lo que hace un bosque en Gaia, que aumenta la entropía pero no la degrada ni la desordena), es lógico pensar que nuestra creación de entropía sobre Gaia no compensa la creación de entropía de Gaia sobre su entorno. Esa lógica se hace obvia bajo la hipótesis de que Gaia es un organismo complejo -mucho más complejo que la civilización humana que aunque con cierta complejidad y metabolismo, no llega ni de lejos a la complejidad de un organismo, ni siquiera tan “simple” como una bacteria).

La hipótesis Gaia orgánica, que le parece eso lógico y obvio, predice pues que el ser humano y su civilización hacen disminuir y no aumentar (ligeramente) la creación de entropía en el Universo. Nuestra civilización es la improbable y solo temporal en nuestro universo. Ayuda también saber que crear entropía no era “malo”, sino un proceso “creativo”.

Como la predicción se puede demostrar con cálculos biofísicos matemáticos, anotemos un punto para mi teoría, que se hace con una predicción que nadie había formulado antes -que yo sepa- (de hecho se ha venido diciendo la afirmación contraria).

 

3.- La ley de la entropía pone límites, pero la economía-metabolismo de la civilización actual humana es mucho más chapucera y sus límites no los pone la entropía sino otras leyes ecológicas y humanas.

Esta sentencia es fácil visto y comprendido lo anterior.

Puesto que la entropía no limita la complejidad y metabolismo de un sistema como Gaia o un bosque o un termitero, no puede imponer límites teórios a la civilización humana -más sencilla-, los límites son internos (por ejemplo, cuánta desigualdad -antientrópica- y corrupción es capaz de soportar) y ecológicos (flujos energéticos, daños sobre ecosistemas soporte, etc.). En definitiva, un cáncer (el cáncer es nuestra civilización, no los humanos ni otras culturas) tiene límites “naturales” obvios que no tienen que ver directamente con límites de entropía; a un cáncer se le elimina, muta y deja de serlo, o muere matando, su destino es siempre desaparecer relativamente pronto).

Aquí se abre una discusión interesantísima sobre el futuro de nuestra civilización: morir matando -o lo que persigue el BAU y aquellos que se empeñan en mantener tal cual el metabolismo haciendo crecer aún más el cáncer-, mutar -o lo que persiguen los movimientos en transición que en realidad deben tener claro que no es una simple transformación sino una metamorfosis total- o eliminar el metabolismo canceroso (de otra forma, menos traumática, a lo que ya está haciendo de forma acelerada el BAU).

Pero el tema de la entropía-Gaia abre también una habitación de esperanza para próximas civilizaciones humanas (¿en otro post?).

 

4.- La complejidad y la evolución de la vida no luchan contra la entropía, surgen de ella [condición necesaria, ¿suficiente?]

Cuando vemos la entropía como desorden es fácil caer en la idea de que la vida en un milagro, un suceso altísimamente improbable.

Cuando la vemos como dispersión, como mucho caeremos en la idea de que la vida tenderá también a dispersarse -sobre la Tierra, sobre el Universo-.

Cuando vemos la entropía como tendencia al caos o a la muerte es casi natural pensar que los organismos tienden a degenerar y morir por esta ley.

Cuando la vemos como multiplicidad no nos extrañará tanto la extraordinaria (bio)diversidad de organismos, planetas, estrellas o galaxias.

Tanathia no es un futuro prque Gaia es su contraejemplo real y observable. Gaia tampoco es un milagro, como no lo es que el universo “nacido” de una sopa informe y “desordenada” esté, solo 13800 millones de años después, repleto de estructuras dinámicas y complejas (y ordenadas).

Volvamos a la habitación con la caja de juguetes en la estantería. Supongamos que no entra ningún niño pero sí hay intercambios de energía en la habitación de vez en cuando. Con el tiempo veremos algún juguete fuera de la caja, por ejemplo, un día que entró una fuerte corriente de aire, o un codazo de un adulto que derrama algunos juguetes en las cercanías de la estantería. Veremos algunos S1, S2, etc. pero no veremos tantos como cuando entraba el niño en la habitación diariamente. La complejidad del niño hace que el entorno disponga de más posibilidades de generar más estados posibles (más caminos para intercambiar energía). La entropía de la habitación aumenta más rápido con el niño que sin él. Cuando entra el niño en la habitación todo se acelera, la dispersión aumenta más rápido.

No es que el niño busque la dispersión, es que es más probable ver una habitación con juguetes dispersos con niño que sin niño. De hecho, si uno ve una habitación con juguetes dispersos apostará a que un niño ha estado allí, más que pensar en un milagro.

Otra imagen:

Imagínese que contempla una playa en la que flotan agitados por las olas 100 patitos de juguete amarillos y otros 100 azules.

Unas horas después regresa a la playa en un momento de marea baja y se encuentra a esos 200 patos sobre la arena. Pero extrañamente se los encuentra a casi todos ellos perfectamente ordenados: amarillo-azul-amarillo-azul… formando una larga cadena.

Enseguida pensará que un milagro ha ocurrido o que “alguien”, quizás un niño, ha intervenido.

Pero si se fija con atención quizás descubra que las patos amarillos tienen velcro en las alas y los azules el otro lado del velcro… Los intercambios de energía con las olas pueden ayudar a explicar el resto: demasiados golpes rompen los velcros pero al retirarse poco a poco el mar, la energía puede ser la adecuada para mover los patos sueltos y mezclarlos, pero no para rormper los velcros ya formados…

Si ha entendido esta imagen acaba de entender porqué no pensamos que es un milagro que se forme un cristal de sal al evaporarse el agua de mar.

El cristal de sal es estable y contiene energía almacenada y concentrada en los enlaces quimicos formados. El universo, “aprovechando” la formación del cristal ha encontrado un montón de nuevas vías o estados de alta probabilidad, de alta dispersión: las moléculas de agua que estaban “concentradas” en forma líquida, han pasado a la forma gaseosa al intercambiar energía solar; ahora están más repartidas y dispersas, con muchísimos más estados  a su disposición que antes.

Un metabolismo es estable como lo es un cristal de sal porque ayuda a reducir gradientes energéticos y a dispersar la energía, con una “desventaja” y es que requiere de un flujo continuo de energía, de intercambios de la misma, de reducción de gradientes. Pero con ventajas sobre el cristal:

El metabolismo reduce más rápido los gradientes a su escala temporal y espacial precisamente porque su complejidad abre más caminos y posibilidades de reducir esos gradientes, aumentando el tamaño de estados posibles (los Si de nuestro ejemplo infantil).

Cuando se forman las células de Benárd (esa danza de trillones de moléculas que parecieran un milagro de probabilidad cero de ser solo movimientos aleatorios) aceleran de pronto la creación de entropía: el intercambio de energía es más rápido y se dispersa antes la energía con el entorno.

Bajo las condiciones adecuadas -un flujo mínimo pero constante y estable de energía, un mínimo de propiedades de la materia- se forman siempre (probabiliad 1, no cero)-.

¿Podemos imaginar lo que un flujo mínimo y constante y casi estable puede hacer durante miles de millones de años? Sí, las bandas de Júpiter, el vulcanismo de Io, Gaia…

La evolución de la vida no sólo es posible (y probable) sino que está doblemente dirigida, por un lado por la ley de la entropía -que autoestabiliza y autoselecciona los estados recién adquiridos- y por otro lado por ella misma (pero eso es otro post -y mis dos libros sobre Gaia-). (También puede explorar los escritos de Margalef, Odum, Schneider y Dorion Sagan).

La entropía y la vida se realimentan positivamente.

 

Todo se realimenta.

Carlos de Castro Carranza