MODELO MEDEAS-WORLD. Límites climáticos y energéticos (post 3 de 3)

Además del Cambio Climático que hemos visto en el Post 2 existen otros factores limitantes.

MEDEAS tiene en cuenta límites al flujo de los recursos energéticos fósiles, nucleares y renovables y tiene en cuenta las implicaciones en las infraestructuras necesarias de acuerdo a cómo evolucione la Tasa de Retorno Energético (EROI): si el EROI del sistema energético global disminuye, se requieren más infraestructuras energéticas para dar los mismos servicios energéticos a la sociedad.

Con unas infraestructuras dadas, el efecto de una disminución del EROI es pues cubrir menos energía final en el sistema. El efecto introducido es dinámico, de tal forma que no importa el nivel final del EROI del sistema (siempre que sea mayor que uno), sino la velocidad de variación de ese EROI. Si se ponen demasiado rápidamente infraestructuras energéticas de baja EROI, baja el EROI del sistema rápidamente con un efecto de inadaptación mayor que si se va más lento. Para facilitar las cosas a los escenarios, MEDEAS da por supuesto que tenderán a crecer más rápido los nuevos sistemas energéticos renovables con mayor EROI; algo que no es así siempre pero que supone un sistema más inteligente del que tenemos ahora.

Para la realimentación de los flujos energéticos, la idea principal es dejar al usuario la opción de escoger posibles curvas de producción máxima anual para los recursos no renovables, atendiendo a la literatura basada en las curvas de Hubbert o similares. Se toman distintas curvas como puntos de partida y si la demanda esperada de alguno de los recursos no renovables supera en algún momento la oferta máxima de acuerdo a esas curvas de Hubbert, se limita a esa oferta y luego se filtra a la economía. Para las fuentes renovables se escoge un límite máximo (por defecto bajo respecto a la literatura y de acuerdo a nuestras publicaciones, aunque no va a tener mucha influencia), y se escoge un crecimiento deseado que se va matizando por la EROI de la fuente concreta.

Se tiene en cuenta además, y de manera por ahora muy conservadora, las necesidades de almacenamiento y de sobrecapacidad a añadir (con sus gastos en infraestructuras materiales y energéticos) para tener en cuenta la intermitencia de estas fuentes. Algunos sistemas o procesos energéticos que bajan muy rápidamente la EROI del sistema en cada escenario no se tienen en cuenta o se minimizan (almacenamiento de CO2, transformación del carbón en líquidos), tampoco se consideran “milagros” energéticos tipo “fusión nuclear con alta EROI”, pero se considera  un aumento de la eficiencia global (a través de una mejora en la intensidad energética), algo que es coherente con el pasado siempre que el sistema crezca, pero más dudoso si el sistema se estanca o decrece. Además, en algunas tecnologías se le añade una mejora a esta mejora global automática.

El resto de Warnings que atendíamos en el post 1 de esta serie se mantienen como tales para seguir manteniendo abierta la discusión y, sobre todo, por la dificultad de generar realimentaciones. Por ejemplo, siguiendo el esquema utilizado para los recursos fósiles energéticos podríamos haber tomado curvas de Hubbert análogas para recursos minerales, pues en algunos de ellos vemos que se sobrepasan las Reservas conocidas. Sin embargo, por seguir generando un modelo conservador, no lo hemos realimentado en base a que la incertidumbre sobre las Reservas y Recursos de los minerales es bastante mayor que los mejor estudiados petróleo, gas natural y carbón, y en base a que la sustitución por otros minerales o la tasa de reciclado permite en teoría –aunque a costa de organización y energía- alejar muchos de esos picos de producción más allá de las décadas de 2030-2050, que es donde ya encontramos las restricciones al crecimiento en todos los escenarios de MEDEAS con las realimentaciones ya hechas.

Es decir, los resultados de MEDEAS para los distintos escenarios hay que tender a verlos como curvas máximas, la realidad probablemente se sitúe por debajo mientras se mantengan las hipótesis de partida.

El mismo razonamiento se aplica al resto de Warnings (uso de agua y suelos por ejemplo). Y se aplicaría a todo lo que no hemos modelado en MEDEAS aún (mundo financiero, desigualdad humana, pérdida masiva de biodiversidad, disrupción de otros ciclos biogeoquímicos además de los que dan lugar al cambio climático, etc.).

Estos son los escenarios BAU y Escenario 2 cuando está MEDEAS-World con las tres realimentaciones: Recursos Energéticos, EROI (estándar) y Cambio Climático (intermedio entre débil y fuerte):

Figura 10. Incremento de temperatura respecto a la preindustrial en los escenarios BAU y Escenario2 a lo largo del siglo XXI.

 

En la Figura 10 observamos que antes del 2035 se cruzará el límite de los 1.5ºC, pero el Escenario2 consigue no sobrepasar los 2ºC. Esta observación vale para todos los escenarios que hemos elaborado: no se evita en ninguno de ellos que se sobrepase el límite de los 1.5ºC a lo largo de este siglo.

Y también de forma generalizada: todos los escenarios ensayados terminan haciendo que la economía deje de crecer para luego decrecer fuertemente a lo largo de este siglo:

Figura 11. Renta global en los escenarios BAU y Escenario2.

 

El Escenario 2, al evitar sobrepasar los 2ºC y aunque ralentiza su crecimiento económico, no evita el colapso del sistema energético-económico mundial en la segunda mitad del siglo XXI.

El enorme esfuerzo que supone el Escenario 2 pareciera quedar en vano:

Figura 12. Millones de Hectáreas ocupadas por infraestructuras solares e hidroeléctricas en el escenario BAU y Escenario2.

 

Las infraestructuras terminan cayendo porque la economía cae, dejando de demandarlas. En la Figura 12 vemos que para el Escenario 2 estaríamos ocupando más de 100 Millones de hectáreas en el mundo con pantanos y plantas fotovoltaicas, lo que supera todas las infraestructuras existentes de todo tipo en todo Europa en el momento presente.

 

Figura 13. Potencia instalada en baterías eléctricas para los escenarios BAU y Escenario2

 

MEDEAS trata de cubrir las necesidades de almacenamiento eléctrico generales primero con bombeo hidráulico inverso y luego con baterías eléctricas. Las necesidades para el transporte las cubre con éstas últimas. MEDEAS, en el Escenario 2, llega a tener una flota de 600 millones de vehículos eléctricos, muchos menos que la flota actual de vehículos fósiles, pero fracasa en el empeño.

Los subsistemas se vienen abajo en todos los escenarios por la confluencia de las tres realimentaciones estudiadas. El intento de evitar el Cambio Climático a base de una sustitución rápida del sistema energético fósil en uno renovable, refuerza las otras realimentaciones limitantes: si lo hacemos muy rápido necesitamos mucha energía (fósil al principio) para extraer y procesar los minerales y materiales de las nuevas infraestructuras, lo que atrae los picos de materiales y hace descender rápidamente las Tasas de Retorno Energético. El descenso de la tasa de retorno exige, para cubrir los consumos que demanda la sociedad fuera del propio sistema energético, añadir una sobrecapacidad de infraestructuras que requieren además unas infraestructuras extra y materiales extra para el almacenamiento de la electricidad. Como el Cambio Climático no desaparece, aunque suponga un mucho menor lastre, el sistema no puede evitar la caída, lo hace desde un sitio más alto y lo hace más rápido, generando la intuición de que la adaptación necesaria posterior sería mucho más difícil (“¿engordar más para morir peor?”).

Las tensiones que resultan en el sistema aparecen más allá de indicadores económicos:

Figura 14. Promedio mundial del Índice de Desarrollo Humano.

 

Dada la correlación actual que existe entre el Índice de Desarrollo Humano y la energía disponible, MEDEAS modeliza el indicador IDH de las Naciones Unidas para los distintos escenarios. Se considera un índice de desarrollo humano alto a partir de 0.8 (el que disfrutamos los países europeos por ejemplo). Los 4 países más empobrecidos del mundo bajo este indicador son Burkina Faso (0.40), Chad (0.40), Níger (0.35) y la República Centroafricana (0.35). MEDEAS no regionaliza ni entiende por ahora de desigualdad humana, por lo que es “optimista” acerca de cualquier posible warning/tensión/límite que podamos imaginar que provenga de ellos.

 

Podemos congratularnos al pensar que el modelo MEDEAS puede mantener el crecimiento económico y energético global en los escenarios de rápida transición renovable hasta al menos el 2050 (aunque con crecimientos que se van ralentizando hacia una economía estacionaria), que es el horizonte temporal para el que de hecho está diseñado MEDEAS. Podemos pensar que a partir de ese momento nuevas transiciones energéticas (renovables no imaginadas aún, fusión nuclear, reactores rápidos de fisión nuclear) o un cambio profundo en la matriz económica, permitiría salir de la tendencia sistemática al colapso que observamos.

Pero lo que en realidad observamos, salvo una fe “creacionista” en milagros tecnológicos u organizativos, es que cuanto más se retrasa la caída, más rápidamente viene esta (efecto Séneca). Algo que una y otra vez encontraron y discutieron ya los Meadows en sus Límites al Crecimiento y revisiones posteriores. MEDEAS refina pero corrobora las principales conclusiones de los Límites al Crecimiento: ya no es evitable el decrecimiento de variables como la energía, la renta mundial, etc. y las cuestiones que ahora se abren son de adaptación al decrecimiento material y energético del sistema y la evitación de los colapsos más catastróficos.

Es verdad que MEDEAS no habilita de hecho políticas de adaptación o de gestión de la demanda, pero pensar en estas debe ser en el contexto del decrecimiento del sistema.

Para los recalcitrantes que piensen que MEDEAS es pesimista por “colapsista”, recordemos que:

El Escenario 2 se come entre el 60% y el 250% (según minerales) de las Reservas conocidas de: cadmio, cobre,  cromo, litio, molibdeno, neodimio, plata y zinc (no todo se lo comen las renovables, pues suponemos que el sistema que crece requiere más de los minerales en extrapolación al pasado). Reciclar a altas tasas requiere organización y energía. Difíciles de imaginar en un sistema en decrecimiento rápido. Y si no colapsara el sistema, las reservas se las comería antes y en mayor cantidad…

En los escenarios no hay realimentaciones limitantes por el uso de suelos y agua. No hay realimentaciones limitantes por la pérdida de biodiversidad, la contaminación, etc. No hay corrupción, burbujas financieras, tensiones geopolíticas, etc.

En los escenarios suponemos que pase lo que pase la eficiencia del sistema para transformar energía en economía siempre va a seguir aumentando (la intensidad energética global va mejorando).

Las gráficas anteriores no han considerado ningún efecto de Tasas de Retorno Energético más allá del concepto estándar del mismo, permitiendo que siga funcionando el sistema con EROI < 5 (lo discutiremos en un próximo post).

Puede parecer que MEDEAS es desesperante porque no hay forma de salvar el sistema de un fuerte decrecimiento o quizás incluso colapso civilizatorio. Pero no es así salvo que uno desee verlo así. MEDEAS muestra la necesidad de un cambio de paradigma económico/energético/material y la necesidad de una fortísima adaptación a un mundo en el que va a decrecer pronto, o muy pronto, los indicadores actuales de economía y energía. MEDEAS no tiene fe ciega en la tecnología y calificarlo como “optimista” o “pesimista” tiene más que ver con el optimismo o pesimismo existencial de cada cual.

 


’2052′: integrando límites en un “mundo lleno” (2)

Como comentábamos en el post anterior ’2052′: integrando límites en un “mundo lleno”, la ciencia económica convencional ha ignorado durante los siglos XIX y XX el tema de los límites. Más exactamente, no los ha ignorado sino que ha asumido que estos límites no eran significativos, y de existir, podían ser superados por otros factores, típicamente la tecnología. Esta hipótesis, progresivamente asumida hace unos 150-200 años, y entonces justificable y por tanto correcta (la hipótesis del “mundo vacío”), ha dejado sin embargo de ser válida en nuestros días.

Y es que en cualquier ciencia aparecen problemas cuando se deja de contrastar una hipótesis y se asume como principio. La hipótesis se convierte entonces en parte estructural (= incuestionable) del paradigma.

Tras la ola de investigación en torno a la sostenibilidad de los años 70, nos encontramos actualmente ante un nuevo impulso. Mientras hace 4 décadas esta ola se debió más a un esfuerzo de anticipación y planificación, la actual, mayor en magnitud y extensión, parece deberse simplemente a la fuerza que tienen los hechos al revelarse. Es interesante comprobar como aunque se advierten avances en el terreno académico, en el político la impresión es más bien la de retroceso respecto de la Cumbre de Estocolmo (1972) o de Río (1992).

En este contexto, el informe 2052 de J. Randers retoma el tema de la sostenibilidad sistémica (recursos, desigualdad, contaminación, etc.) y por lo tanto incluye el tema de la finitud de los recursos energéticos no renovables. Éstos son integrados en un modelo mundial de forma similar (aunque también con diferencias significativas) al modelo WORLD3 del informe de los “Límites del Crecimiento” – en el que Randers también participó.

Es muy interesante ver cómo, 40 años, después, los modelos siguen apuntando a resultados similares a los obtenidos por el WORLD3 de los años 70. Aunque más interesante aún quizá es constatar cómo éste modelo, opuestamente a la “creencia popular en la academia” ha reproducido muy bien la evolución de los últimos 40 años:

(Turner 2008; 2012). Figura tomada de Scientific American: http://www.scientificamerican.com/article/apocalypse-soon-has-civilization-passed-the-environmental-point-of-no-return/

El informe 2052 prevé que será la variable climática la variable crítica en las próximas décadas, es decir que una colapso sistémico sería causado por una interrelación de variables entre las cuales la primera en superar valores críticos sería la climática. Sin embargo, llama la atención cómo, en el contexto BAU que asume Randers, no considera el alcance de un pico en el GDP mundial como una variable crítica:

 

(Randers 2052)

Simplemente comenta que “la economía mundial en 2050 será mucho menor que lo que la mayoría de la gente cree” (aunque es posible que en el libro le extensión dedicada a este tema sea mayor). Las principales razones de esa saturación en el nivel de actividad económica mundial son consecuencia del efecto combinado del (1) declive de la productividad (como se viene observando en las últimas décadas), y (2) de la integración de la ley de rendimientos decrecientes en el sector energético (vía incremento de la proporción de la inversión sobre el GDP, o lo que es lo mismo, de la reducción del EROEI, como se puede ver en la figura anterior). Es muy significativo que la mayoría de modelos (y especialmente aquellos que son políticamente relevantes como el WEM de la Agencia Internacional de la Energía o aquellos que participan en el proceso del IPCC) obvian aspectos como el EROEI, y al hacerlo sus modelos son incapaces de representar estos procesos.

Otro ejemplo de modelo que integra la limitación de recursos y el EROEI es el GEMBA de M. Dale (Dale 2012). De nuevo, se obtienen techos de producción no-renovable poco antes de 2050 así como una saturación en la actividad económica asociada. Esto también coincide con el BAU del informe “Límites del Crecimiento” desde 1972. Grosso modo, parece que los modelos se ponen de acuerdo.

(Dale 2012). IZQ: Proyección de potencia energética por fuentes de energía; DCHA: Nivel de capital industrial total (EJ) representado en función del capital del sector energético (EJ).

Sin embargo, estos 3 modelos no están preparados para representar los problemas a corto y medio plazo de la energía. Es decir, su modelado asume directamente que éstos no van a existir. En las propias palabras de Randers: “Por lo tanto, no preveo un shock petrolero, ni tampoco ninguna otra crisis relacionada con los recursos en el horizonte. Tan sólo veo una transición de materiales baratos a sustitutos más caros, y con suerte, que la transición se realice a un ritmo suficiente para evitar el tipo de choques que pudieran hacer descarrilar el sistema. Pero, de nuevo, esta previsión optimista es una consecuencia de la ralentización del crecimiento económico que confío que se produzca en los próximos 40 años”.

Es decir, estos modelos nos están hablando de máximos teóricos (inalcanzables por lo tanto), no de fechas más probables. Mucha literatura ha explorado las implicaciones económicas del peakoil. En particular, Gail Tverberg escribió un post en respuesta al informe de “2052” con el franco título: “Por qué no me creo la predicción para 2052 de Randers”, en el que criticaba diversos aspectos del modelado del sector energético, su insuficiente desagregación regional (que obvia particularidades locales que podrían tener implicaciones globales) o la omisión de los precios de la energía.

Pero no debemos olvidar que el modelo perfecto a corto, y largo plazo que incluya “todo” no existe ni existirá nunca por nuestra ignorancia intrínseca y las incertidumbres asociadas, y éstos se deben de usar más bien como “herramientas de orientación” en procesos político-sociales. Algo así como rudimentarios (e imprecisos) aparatos de navegación (brújula, astrolabios) en una nave: la tripulación también debe de valorar los riesgos y participar en el diseño de la ruta más segura.

Iñigo Capellán Pérez

Referencias

(Dale 2012) Dale, M., S. Krumdieck, and P. Bodger. “Global Energy Modelling — A Biophysical Approach (GEMBA) Part 2: Methodology.” Ecological Economics 73 (Enero 2012): 158–67. doi:10.1016/j.ecolecon.2011.10.028.

(Turner 2008) Turner, Graham M. “A Comparison of The Limits to Growth with 30 Years of Reality.” Global Environmental Change 18, no. 3 (Agosto 2008): 397–411. doi:10.1016/j.gloenvcha.2008.05.001.

(Turner 2012) Turner, Graham M. “On the Cusp of Global Collapse? Updated Comparison of The Limits to Growth with Historical Data.” GAIA  – Ecological Perspectives for Science and Society 21, no. 2 (2012): 116–24.


Nuestro futuro energético

No tenemos una bola de cristal para ver nuestro  futuro energético, pero  hemos recopilado datos muy diversos y los hemos juntado en un modelo matemático simulado por ordenador. Un modelo de ordenador no es un oráculo, pero ese “recopilar datos diversos y ponerlos juntos” es un ejercicio muy potente porque permite mirar la realidad como desde una avioneta, desde arriba, con una perspectiva global; algo poco habitual en esta sociedad actual, tan compleja y tan especializada.

Hemos usado este modelo matemático para estudiar dos cosas vitales en nuestra sociedad: la energía y la economía. Juntamos los datos del crecimiento económico y la demanda de energía con los estudios de los geólogos acerca de las reservas de petróleo, gas natural, carbón, uranio y energías renovables.

El panorama que se ve desde arriba nos lanza un mensaje muy claro: esto no puede seguir como hasta ahora. No es el mensaje de siempre, no sólo decimos que esto no “debe” seguir porque es perjudicial para el planeta. No. Decimos, simplemente, que nuestros datos muestran que no vamos a continuar por este camino, no es posible. No tenemos petróleo para continuar con el crecimiento económico y los patrones de consumo de las últimas décadas. Algo va a cambiar en nuestra sociedad en esta misma década y de forma muy sustancial.

Según las estimaciones de la mayor parte de los geólogos y según los datos que estamos observando estos últimos años, estamos viviendo el estancamiento y declive de la extracción de petróleo, y no vamos a poder sustituirlo con otras tecnologías. Aunque nadie sabe dónde puede llegar la ciencia en el futuro, sí sabemos que las tecnologías necesitan años e incluso décadas de desarrollo y ya no tenemos tiempo. Los biocombustibles o los vehículos eléctricos, que podrían sustituir ahora mismo al petróleo, son tecnologías muy limitadas, poco más que parches. Parches, además, con efectos secundarios indeseables, especialmente los biocombustibles, que compiten de forma muy preocupante con la alimentación humana.

Ni las energías renovables ni la nuclear van a servir tampoco para superar el declive del petróleo por una razón evidente: estas tecnologías nos proporcionan electricidad, mientras el petróleo es un combustible líquido, muy versátil y ligero, imprescindible para el transporte y la agricultura actuales.

Si el declive del petróleo se espera para esta década, el resto de los recursos energéticos no van a durar mucho más. El gas natural, el carbón y el uranio probablemente encuentren sus declives antes de la primera mitad del siglo. Esto nos dejará sin los combustibles que generan la mayor parte de la electricidad, aunque, en el caso de la energía eléctrica, la sustitución es un poco más sencilla porque el declive del carbón, gas y uranio no es tan inminente y las energías renovables están más desarrolladas.

Aunque el mensaje dominante en los medios de comunicación y en los discursos políticos huye de estos temas y nos invita a pensar que vivimos en un mundo de recursos naturales y energía prácticamente ilimitada, cada vez son más los estudios científicos que exponen conclusiones similares a las nuestras. Dice mucho de la clase de políticos y medios de comunicación que tenemos el que una noticia de esta envergadura se encuentre en las publicaciones científicas, en informes europeos y en notas marginales de los periódicos, pero esté ausente de las primeras planas y los debates electorales.

En las próximas décadas vamos a experimentar el declive de la mayor parte de los recursos energéticos a los que estamos acostumbrados y la sustitución no siempre va a ser posible. Lo más probable es que tengamos que conformarnos con consumir significativamente menos energía de la que usamos ahora. Si bien es cierto que existen formas de satisfacer las necesidades de los habitantes del planeta consumiendo bastante menos, no es menos cierto que llevamos siglos incrementando nuestro consumo y tenemos una enorme inercia que nos empuja en dirección completamente opuesta al ahorro.

Asumir el reto de la crisis energética supone enfrentarse a un gran cambio global, un cambio en la industria, la agricultura, el transporte, el urbanismo y la vivienda, pero, sobre todo, un gran cambio de mentalidad colectiva que necesitará del  abandono del consumismo y el crecimiento como pilares de la sociedad. Es preciso que todos vayamos tomando consciencia del problema cuanto antes y asumamos la necesidad del cambio, ya que el declive de los recursos no es una opción. Si nuestras sociedades no son capaces de aplicar medidas de ahorro, la disminución de recursos se hará de igual manera y serán la pobreza, la desigualdad y la recesión económica quienes, probablemente, se encarguen de disminuir el consumo energético.

Margarita Mediavilla Pascual, marzo 2012.

  • Un borrador del artículo que describe el modelo y  los resultados de forma detallada en castellano se puede descargar aquí.
  • La referencia del artículo publicado en Energy Policy es:

The Transition toward renewable energies: physical limits and temporal conditions, Margarita Mediavilla, Carlos de Castro, Iñigo Capellán, Luis Javier Miguel, Iñaki Arto, Fernando Frechoso. Energy Policy, vol 52, enero 2013, páginas 297-311. (Accepted Author Manuscript available for download here).