Transición a energías renovables y requerimientos de tierras

Hace más de 2 años publicamos en este blog un post relacionado con este tema aplicado a las Comunidades Autónomas españolas. En aquel post presentamos unos resultados preliminares que nos llamaron la atención y nos motivaron a emprender un análisis más robusto con una metodología más refinada.

Recordemos que, mientras las energías fósiles representan depósitos concentrados de energía (“pozo” de petróleo o gas, “mina” de carbón, etc.), las energías renovables están dispersas por la biosfera (que además necesita estos flujos para su adecuado funcionamiento). Esto hace que los requerimientos de tierras para obtener la misma energía neta con energías renovables sean varios órdenes de magnitud mayor al de los pozos/minas, refinerías, centrales, etc. asociados a los combustibles fósiles. Por lo tanto, en buena lógica, la transición a las energías renovables (manteniendo los mismos niveles de consumo energético) tenderá a intensificar la competición por tierras, que ya es muy alta a nivel global y que se manifiesta en fenómenos como el acaparamiento de tierras, para satisfacer demandas de alimentación, madera, biocombustibles, etc.

Como hemos comentado en diversas ocasiones en este blog (por ejemplo aquí , aquí y aquí), existe una tendencia a subestimar las restricciones biofísicas a la expansión a gran escala de las energías renovables. Estas restricciones pueden venir por el potencial sostenible (que es menor que el económico quien a su vez es menor que el tecnológico), las necesidades de minerales escasos, las implicaciones para el sistema energético en su conjunto, etc. En el caso de las necesidades de tierras, el asunto se resuelve a menudo mostrando imágenes como la siguiente, que muestra la superfice necesaria en el Sáhara para cubrir el consumo mundial de electricidad actual:

Superficie teórica necesaria para satisfacer la demanda de electricidad del mundo (World), Unión Europea (EU-25) y Alemania (De). Fuente: http://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/institut/system/projects/Ecobalance_of_a_Solar_Electricity_Transmission.pdf

Una vez demostrado lo “pequeña” de esa superficie, la discusión se suele centrar en las dificultades técnicas, económicas y políticas para llevar a cabo la transición a fuentes renovables. Este enfoque es profundamente erróneo, pues ignora multitud de factores que invalidan la hipótesis de que la disponibilidad de tierras no pueda llegar a ser un problema significativo. En primer lugar, los cuadrados de la figura anterior suponen unos 40We/m2 de densidad que son en realidad un orden de magnitud mayores que la realidad que se está extrayendo. Tendría sentido si se construyera un panel fotovoltaico de esos tamaños, a todas luces ciencia ficción. Como comparación, la figura de abajo muestra visualmente los “cuadrados” necesarios tomando el dato real medio a nivel global (5 We/m2) para todo el consumo de energía final global:

Aún obviando que el área estimada en estos trabajos para satisfacer la demanda de energía con fuentes renovables sea mucho mayor que la reflejada, ¿cómo construir y mantener enormes superficies de infraestructuras en zonas inhóspitas y alejadas de los puntos de consumo?; ¿cómo  abordar el transporte de enormes cantidades de energía de un continente a otro?; ¿en qué lugar queda la soberanía energética?

Otros estudios que tratan de afinar algo más presentan estimaciones similares por grandes regiones del mundo (por ejemplo ésta). Sin embargo, cuestiones críticas como el hecho de que la mayor parte de las tierras actualmente ya tienen un uso (ya sea por actividades humanas – alimentación, productos forestales, ganadería, etc.- o sean necesarias para el propio funcionamiento de la biosfera) se ignoran sistemáticamente o no se tienen en cuenta de manera adecuada.

Con este panorama, nos propusimos estimar las necesidades de tierra para satisfacer toda la electricidad y energía final consumida hoy en día con energía producida a nivel nacional para 40 países (27 miembros de la Unión Europea (EU-27), y otros 13 países: Australia, Brasil, Canadá, China, India, Indonesia, Japón, Corea del Sur, México, Rusia, Turquía y EEUU). Decidimos centrarnos en la energía solar por simplicidad (para evitar la complejidad del modelado del mix eléctrico en este primer análisis) pero teniendo en cuenta que esta fuente de energía es la que tiene mayor potencial y mejor ratio producción energía/superficie ocupada. Consideramos la densidad de parques solares reales, el potencial en zonas urbanas, así como las implicaciones de la intermitencia en términos de almacenamiento y sobrecapacidad. Como argumentamos en el artículo, pensamos que esta primera aproximación se puede considerar como una hipótesis válida para capturar en orden de magnitud las necesidades de tierras de los sistemas energéticos 100% renovables.

Por simplicidad, en este post reportamos los resultados para 5 países que representan tipologías características identificadas entre todos los países analizados, y remitimos al lector a la versión original para los resultados de los 40 países analizados en el estudio.

Los resultados obtenidos muestran que para muchos países habitualmente denominados como “ricos/desarrollados”, las necesidades de tierra para cubrir su actual consumo energético exclusivamente con energía solar serían sustanciales. La figura siguiente muestras las necesidades “absolutas” de tierra para cubrir la electricidad (azul) y energía final total (naranja) para la selección de 5 países. Como era de esperar, los países localizados en latitudes altas (muy al norte en el hemisferio norte, por lo tanto con baja irradiancia solar – y mucha variación estacional en ésta), con alta densidad de población y gran consumo de electricidad per cápita como Reino Unido y Alemania salen especialmente mal parados. En particular, encontramos que el Reino Unido necesitaría aproximadamente el 25% de su territorio sólo para cubrir sus actual consumo eléctrico con solar, y más del 100% para cubrir su actual consumo de energía final. Para países como España o EEUU, con menor densidad de población, los ratios se mantendrían por debajo del 2% (electricidad) y 10% (energía final). Finalmente, en Australia esta ocupación requeriría una parte prácticamente despreciable frente a la superficie total del país.

Datos extraídos de las Figuras 5 y 6 del artículo original.

Así pues, noticias cómo “El Reino Unido instaló 37 veces más potencia fotovoltaica en 2017” (La Vanguardia, 23-4-2017) son aún más paradójicos puesto que esta fuente de energía será con seguridad marginal en el hipotético futuro mix renovable de este país.

Para tratar de contextualizar mejor las implicaciones de estas magnitudes intermedias (2%-10%-15%), estimamos la proporción de tierras necesarias para renovables en función de la superficie estimada como “no usada” para cada país. Es decir, tratamos de tener en cuenta los diferentes contextos nacionales en relación a la competición de tierras. Como se puede apreciar en la figura siguiente, según nuestros cálculos, el Reino Unido no dispondría de superficie disponible ni siquiera para cubrir su actual demanda de electricidad, mientras que Alemania no podría autoabastecerse energéticamente con renovables. España requeriría algo menos del 10% de la superficie disponible para cubrir su demanda actual de electricidad, y el 40% para satisfacer la energía final (números similares aunque algo mayores a los obtenidos para EEUU). Encontramos a Australia de nuevo en el extremo opuesto, con requerimientos respecto de la superficie disponible cercanos al 0%.

Datos extraídos de las Figuras 5 y 6 del artículo original.

Como es previsible, la réplica de la estimación de las necesidades de tierra para cubrir la energía final empeora la situación, teniendo en cuenta que la electricidad es una fracción (entorno a ¼ en la mayoría de países) del total consumido energético (ver Figura 6 en el artículo original). Otro factor que empeora la estimación para los llamados países “ricos/desarrollados” es tener en cuenta la huella energética.

Como cualquier estudio, este análisis tiene sus limitaciones y deficiencias, que esperamos afrontar en el futuro. Por ello los resultados deben de ser interpretados en términos de órden de magnitud. En todo caso, éstos indican que, dependiendo de las características de cada país (socioeconomía y potencial sostenible renovable), la disponibilidad de tierras puede ser un límite significativo en la transición a sistemas nacionales 100% renovables. Así, la transición a las energías renovables, que no olvidemos es obligatoria en las próximas décadas, en caso de querer mantener los actuales niveles de consumo podría provocar nuevas vulnerabilidades y/o reforzar las ya existentes en términos de seguridad energética y alimentaria, así como de conservación de la biodiversidad.

El artículo original (en inglés) se puede encontrar aquí , y aquí se puede descargar una versión sin copyright del mismo.

Iñigo Capellán-Pérez, Carlos de Castro e Iñaki Arto

Artículo original

Capellán-Pérez, Iñigo, Carlos de Castro, and Iñaki Arto. “Assessing Vulnerabilities and Limits in the Transition to Renewable Energies: Land Requirements under 100% Solar Energy Scenarios.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 77 (September 2017): 760–82. doi:10.1016/j.rser.2017.03.137.